CN100502508C - 一种影片播放的加速方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种影片播放的方法。该方法包括以下步骤：1)将图块的位串流经过可变长度解码；2)然后对数字数据进行逆向量化处理；3)接着进行简化的逆向离散余弦转换；3.1)将图块中高频部分设为零，而仅保留图块中低频部分；3.2)将该低频部分进行逆向离散余弦转换；3.3)得出的结果只取奇数行与奇数列形成新的图块；4)播放该新的图块。本发明为解决背景技术存在的技术问题，而提供一种影片播放的加速方法，使得影片解压缩所需的运算量降低一倍以上，增加播放器的可播放性。

Description

一种影片播放的加速方法

技术领域

本发明涉及一种影片播放的方法，尤其是一种降低影片分辨率，以提高影片播放流畅性的方法。

背景技术

随着数字化时代来临，将模拟的影像数字化可使得影像更易于保存与管理，然而，数字影像的原始格式会占用极大量的储存空间，因此，当模拟影像经取样后必须再借助视讯压缩技术以减少数字影像的数据量。

视讯压缩的原理是利用影像在时间与空间上存有相似性，这些相似的数据经过压缩算法处理之后，可以将人眼无法感知的部分抽离出来，这些称为视觉冗余(visual redundancy)的部分在去除之后，就可以达到视讯压缩的目的。

一般在影像的压缩或解压缩上是以图块(block-based)为基础单元，通常一个图框(frame)代表一张影像，而一个图框是由许多矩形的图块或巨图块(macroblock，MB，复数个图块组成一个巨图块)组成，最常见的图块大小为8×8(长宽各为8个像素)，其它还有8×4、4×8以及4×4等，以一分辨率为320×240的影片为例，若影片每秒播放20张影像，即图框速率(framerate)达20fps(frame per second)，假定每一张影像/图框是由复数个8×8图块所构成，则每一张影像/图框可分解为40×30共1200个图块。

影像压缩技术是根据视讯压缩标准：MPEG(motion pictures expertgroup)，MPEG是国际标准组织(international standards organization，ISO)的动画专家群组所制定的标准，MPEG有三种影像压缩方式：(一)图框内压缩(intra-frame)，其压缩的图框称I图框；(二)图框间压缩(inter-frame或predictive frame)，其压缩的图框称P图框；(三)双向图框压缩(Bi-directionalframe或Bi-predictive frame)，其压缩的图框称B图框。

参见图1，图框内压缩的压缩整个图框的压缩法类似静态影像压缩标准：JPEG(joint photographic experts group)，其压缩过程如下：

摄影机101获取影像后以光线分色得到RGB三原色信号；矩阵回路102将RGB三原色信号转换成Y亮度信号以及R-Y与B-Y彩色信号或称Pr与Pb色差信号；模拟数字转换器103将Y、R-Y与B-Y信号数字化后分别得到Y数字亮度信号与Cr、Cb数字色差信号，合称YUV色差信号(YUVcomponent)，根据4：2：2取样比率，Y数字亮度信号是一个16×16的图块，而Cr与Cb数字色差信号各是一个8×8的图块，这些图块构成一个巨图块；接着再通过离散余弦转换(discrete cosine transform，DCT)104将图块自空间域转成频率域，产生二维离散余弦转换系数；将转换后的二维离散余弦转换系数进行量化矩阵105的量化处理(quantization)，即转换成0与1的数字结构，当量化阶数愈高，影像反应愈细腻，但相对的数字化数据量会愈大，因此必须将数字影像压缩减少影像数据量；经过量化处理后，即进入影像压缩程序，利用可变长度编码(vary length coding，VLC)106进行压缩被量化后的离散余弦转换系数，进而输出一连串的变动长度位码，压缩方法是使用短位码来取代经常出现的值，而使用较长的位码来取代不常出现的值，可变长度编码有熵编码(entropy encoding)、哈夫曼编码(Huffman encoding)等。

MPEG的第二种图框压缩方式图框间压缩是基于影像移动补偿(motioncompensation)的压缩机制，其充分利用动态预测以减少显示一个影像所需的数据，即预测前后二个图框内压缩算出来的数据。第三种为双向图框压缩，是借助预测及修改形成的，来自前后图框(I图框或P图框)的信息组成目前的B图框。在这三种压缩图框中，I图框所占的数据量最大，B图框的数据量最小，P图框和B图框应用前后图框的数据来减少显示一个特定图框所需要的数据总量，所以两者是暂时性的压缩数据，并非是完整的数据，它们只是储存解压缩用的数据表达式。当影片压缩好之后，是以位串流(bitstream)的数字数据储存与传播，其中各压缩图格的编制方式是复数个P图框或B图框中置放一个I图框。

参见图2，在影片播放时，通常需要先将影片解压缩方能播放，影片解压缩的程序刚好与影片压缩的程序相反，首先位串流经过可变长度译码201(vary length decoding，VLD)，然后对数字数据进行逆向量化处理(inversequantization)202，再执行逆向离散余弦转换(inverse discrete cosine transform，IDCT)203，这样即可得到误差系数。影像移动补偿步骤则会复制和内插移动向量所对应的参考图块，然后把移动补偿预测值加至误差系数，以得到最后输出值。

然而，许多携带型多媒体播放器(portable multimedia player，PMP)，其液晶屏幕可呈现的分辨率仅有640×480，而更多只有到320×240的分辨率或甚至更低，当影片的分辨率较高时，其解压缩所需的运算量也较多，需要更高的微处理器处理能力，当微处理器处理能力不足时，会导致某些影片无法顺利播放，造成断断续续的问题，因此，需要降低运算量的解决方案。

发明内容

本发明为解决背景技术存在的上述技术问题，而提供一种影片播放的加速方法，使得影片解压缩所需的运算量降低一倍以上，增加播放器的可播放性。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种影片播放的加速方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)将图块的位串流经过可变长度解码；

2)然后对数字数据进行逆向量化处理；

3)接着进行简化的逆向离散余弦转换；

3.1)将图块中高频部分设为零，而仅保留图块中低频部分；

3.2)将该低频部分进行逆向离散余弦转换；

3.3)得出的结果只取奇数行与奇数列形成新的图块；

4)播放该新的图块。

上述图块为P图框与B图框时，所述步骤3)和步骤4)之间需执行移动补偿以做修正，将移动向量所对应的参考图块转换成长宽各二分之一的大小，然后复制和内插移动向量所对应的参考图块，把移动补偿预测值加至误差系数进行补偿，以得到输出影像。

上述移动向量的坐标值为奇数时，则参考图块取二分之一后会出现非整数的移动向量，此时落在非整数点的参考图块的像素点需取相邻整数位置的像素点来平均或内插。

本发明的是借助调降影片分辨率以减少影片解压缩时的运算量，降低影片的分辨率系将8×8、8×4、4×8与4×4的图块简化为4×4、4×2、2×4与2×2的图块，利用简化的图块做逆向离散余弦转换运算及移动补偿运算，由于整体数据量及内存储存空间降为四分之一，最后的YUV转RGB的色彩空间转换也只需要四分之一的运算量，相对于图框速率也可以提高一倍以上，这样可使得低分辨率播放器的微处理器因运算量减少而提高图框速率并且增加影片的播放性。

附图说明

图1为现有的图框内压缩的功能方块图；

图2为现有的视讯解压缩的功能方块图；

图3为本发明的视讯解压缩的功能方块图；

图4为本发明的移动补偿图。

具体实施方式

本发明揭露调降影片分辨率的方法系可用于携带型多媒体播放器或是手持或携带型的电子产品上，该类的电子产品具有播放影片的功能。本发明的方法主要是用于影片解压缩的过程，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明：

参见图3，首先将I图框的位串流经过可变长度译码301，再进行对数字数据逆向量化处理302，假设在影片压缩过程中，离散余弦转换104的基本压缩图块大小是8×8(长宽各为8个像素)，各像素点的图块数据为X(i，j)，其中i与j分别代表图块的列与行，i＝0，1，2，...7；j＝0，1，2，...7，在视讯解压缩中，简化的逆向离散余弦转换303的运算流程如下。

先将8×8图块的4至7行的图块数据设为零，即对于j＝4，5，6，7，各X(i，j)＝0，该4至7行的图块数据属于图块的高频部分；对8×8图块的0至3列，每一列做一维的逆向离散余弦转换运算，得到第一图块数据Y(i，k)，逆向离散余弦转换的如方程式第(1)式；

$Y(i,k)=\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X(i,j)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}}{n}k(j+\frac{1}{2})\right]---\left(1\right)$

在方程式第(1)式中，只取0至3列做一维的逆向离散余弦转换运算，因此i＝0～3，而n表示行数，即n＝8，以图块数据X(i，j)代入做运算后产生新的图块数据，称第一图块数据Y(i，k)，其中k表示第一图块的行，在此减少运算量而降低分辨率的方法即是只取新图块的奇数行，即k＝0，2，4，6(注：k＝0表示第一行、k＝2表示第三行，其余依此顺推)，对于i＝0～3，Y(i，0)、Y(i，2)、Y(i，4)与Y(i，6)分别以方程式第(2)式至第(5)式表示如下。

Y(i，0)＝X(i，0)+X(i，1)+X(i，2)+...+X(i，7)(2)

$Y(i,2)=X(i,0)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{8}\right)+X(i,1)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{8}\right)+$

$X(i,2)\cos \left(\frac{5\mathrm{\π}}{8}\right)+...+X(i,7)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{8}\right)---\left(3\right)$

$Y(i,4)=X(i,0)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{4}\right)+X(i,1)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{4}\right)+$

$X(i,2)\cos \left(\frac{5\mathrm{\π}}{4}\right)+...+X(i,7)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{4}\right)---\left(4\right)$

$Y(i,6)=X(i,0)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{8}\right)+X(i,1)\cos \left(\frac{9\mathrm{\π}}{8}\right)+$

$X(i,2)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{8}\right)+...+X(i,7)\cos \left(\frac{45\mathrm{\π}}{8}\right)---\left(5\right)$

接着再将第一图块的4至7列之图块数据设为零，即对于i＝4，5，6，7，各Y(i，k)＝0；对第一图块的奇数行做一维的逆向离散余弦转换运算，得到第二图块数据Z(p，k)，依据的方程式如第(6)式。

$Z(p,k)=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y(i,k)\cos \left[\frac{\mathrm{\π}}{n}p(i+\frac{1}{2})\right]---\left(6\right)$

于方程式第(6)式中，只取第一图块的奇数行(0，2，4，6)做一维的逆向离散余弦转换运算，而n＝8，以第一图块数据Y(i，k)代入做运算后产生新的图块数据，称第二图块数据Z(p，k)，其中p表示第二图块的列，在此亦减少运算量因此只取第二图块的奇数行与奇数列，即p＝0，2，4，6对于k＝0，2，4，6(注：p＝0表示第一列、p＝2表示第三列，其余依此顺推)，Z(0，k)、Z(2，k)、Z(4，k)与Z(6，k)分别分别以方程式第(7)式至第(10)式表示如下。

Z(0，k)＝Y(0，k)+Y(1，k)+Y(2，k)+...+Y(7，k)(7)

$Z(2,k)=Y(0,k)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{8}\right)+Y(1,k)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{8}\right)+$

$Y(2,k)\cos \left(\frac{5\mathrm{\π}}{8}\right)+...+Y(7,k)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{8}\right)---\left(8\right)$

$Z(4,k)=Y(0,k)\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{4}\right)+Y(1,k)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{4}\right)+$

$Y(2,k)\cos \left(\frac{5\mathrm{\π}}{4}\right)+...+Y(7,k)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{4}\right)---\left(9\right)$

$Z(6,k)=Y(0,k)\cos \left(\frac{3\mathrm{\π}}{8}\right)+Y(1,k)\cos \left(\frac{9\mathrm{\π}}{8}\right)+$

$Y(2,k)\cos \left(\frac{15\mathrm{\π}}{8}\right)+...+Y(7,k)\cos \left(\frac{45\mathrm{\π}}{8}\right)---\left(10\right)$

最后得到的第二图块即是完成降低分辨率的图块，由以上可知，简化的逆向离散余弦转换303在运算时是将图块中高频部分设为零，而仅保留图块中低频部分，得出的结果只取奇数行与奇数列，藉此省略的部分，可减少二分之一以上的运算量。

对于影片中的I图框仅需做简化的逆向离散余弦转换303即可达成将分辨率调降一半，然而对于P图框与B图框而言，还需执行移动补偿304以做修正，移动补偿304指目前的图块是参考前一个或前两个图块，即参考图块305，并再加上移动向量306的补偿，经处理后即可得到输出影像307。参考图块305复制时，从原本复制8×8图块变成只需复制4×4图块，另外移动向量306，即参考图块305的相对坐标，因为目前欲解图块与参考图块305都转换成长宽各二分之一的大小，故移动向量306也相对地变成二分之一，但若原移动向量的坐标值为奇数，则取二分之一后会出现非整数的移动向量306，此时落在非整数点的参考图块305的像素点需取相邻整数位置像素点来平均或内插。

参见图4，本发明的移动补偿图块40，实心点401与402表示原像素点，其像素数据为上述的X(i，j)；圆空心点411、412、413与414表示取二分之一分辨率后的像素点，其像素数据为上述的Z(p，k)；方空心点421表示参考图块305取二分之一分辨率后的像素点，其移动向量以实心点401与402的坐标X(i，j)来看为(1，1)，而以取二分之一分辨率后的圆空心点411与414的坐标Z(p，k)来看为(1/2，1/2)，并且方空心点421的像素点需以圆空心点411、412、413与414的像素点以内插方式求得：假设所有的圆空心点的坐标以P_C(x，y)表示，所有的方空心点的坐标以P_R(x，y)表示，则P_R(x，y)以方程式第(11)式表示如下。

$P_R(x,y)=\frac{P_C(x,y)+P_C(x+1,y)+P_C(x,y+1)+P_C(x+1,y+1)}{4}---\left(11\right)$

本发明为方便说明，因此取基本压缩图块大小是8×8，然而，若是基本压缩图块大小是4×8、8×4或4×4，也是可用于本发明的简化的逆向离散余弦转换303。本发明另有一较佳的实施例，简化的逆向离散余弦转换303是可取影片的四分之一或八分之一等2的负次方的分辨率，即图块的长宽取四分之一或八分之一等2的负次方的大小，也可以降低分辨率而达成减少运算量的目的。

Claims (1)

1、一种影片播放的加速方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)将图块的位串流经过可变长度解码；

2)然后对数字数据进行逆向量化处理；

3)接着进行简化的逆向离散余弦转换；

3.1)将图块中高频部分设为零，而仅保留图块中低频部分；

3.2)将该低频部分进行逆向离散余弦转换；

3.3)得出的结果只取奇数行与奇数列形成新的图块；

4)当图块为P图框与B图框时，执行移动补偿以做修正，将移动向量所对应的参考图块转换成长宽各二分之一的大小，然后复制和内插移动向量所对应的参考图块，把移动补偿预测值加至误差系数进行补偿，以得到输出影像；当移动向量的坐标值为奇数，则参考图块取二分之一后会出现非整数的移动向量，此时落在非整数点的参考图块的像素点需取相邻整数位置的像素点来平均或内插；

5)播放该新的图块。

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