CN100586180C - 用于进行解块滤波的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于对帧进行滤波的系统和方法，方法包括：(i)由执行指令的处理单元处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分；(ii)由硬件滤波器对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及(iii)在所述处理单元可访问的存储单元中储存所述至少一个滤波后的帧部分；其中所述的处理步骤响应于以前滤波后的帧部分。系统包括：(i)处理单元，适于执行指令，处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分；(ii)硬件滤波器，连接到处理单元，适于对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及(iii)存储器单元，连接到处理单元，适于储存所述至少一个滤波后的帧部分；其中所述的处理单元适于响应于以前滤波后的帧部分而处理所述至少一部分。

Description

用于进行解块滤波的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于进行解块滤波的方法和系统。
背景技术
本领域中已知用于压缩和传送媒体信号的方法和系统。压缩数字视频很大程度上成为了用于传送到各处的视频观看者的优选媒介。移动图像专家组(MPEG)的部分规范是标准化的方法，用于压缩和传送视频。国际电信联盟电信标准化部分(ITU-T)也定义了各种压缩标准，包括H.261、H.263、H.264等。
一般地，MPEG和ITU-T标准现今用于通过陆地、无线、卫星和有线通信信道来传送视频，并且也用于储存数字视频。
某些标准化压缩/编码标准利用各种压缩方案，诸如自适应量化、帧内编码、帧间编码、游程长度编码以及变长编码。帧内编码利用图像中的空间冗余度。帧间编码利用视频序列中图像到图像之间的时间冗余度。帧间编码涉及运动估计和运动补偿。运动估计涉及在预定区域内对每一块(包括NxM像素，其中N通常等于M)搜索最佳匹配块。这些块的相对位置称为运动矢量。运动补偿涉及计算每一块与最佳匹配块之差，并且通过诸如离散余弦变换(DCT)的空间变换来对这个差进行编码。
基于块的编码导致块噪声。这些噪声出现在相邻块的边界处。这个问题通常在低码率传输系统中更为尖锐，其中充分地应用了强量化操作。
为了克服这些块噪声，引入了两种类型的解块滤波器。第一种类型被称为后滤波器，第二种类型被称为环路滤波器(或者内环滤波器)。第一类型在编码处理结束之后施加，而环路滤波器作为编码方案的一部分而施加。包括环路滤波器的编码器的特征在于更好的图像质量。
第一和第二类型的解块滤波器在Kadono等的题为“Codingdistortion removal method，moving picture coding method，moving picturedecoding method，and apparatus for realizing the same，program”的美国专利申请20040076237中有所描述，在此通过引用结合进来。
Andrews等的题为“deblocking filter for encoder/decoderarrangement and method for divergence reduction”的美国专利申请20010020906描述了环路滤波器，在此通过引用结合进来。
作者为P.List，A.Joch，J.Lainema，G.Bjontegaard和M.Karczewicz的“Adaptive Deblocking Filter”，IEEE transactions on circuitsand systems for video technology，Vol.13，No.7，July 2003描述了符合H.264/MPEG-4的自适应解块滤波器，在此通过引用结合进来。
典型解块滤波器，尤其是符合H.264/MPEG-4的解块滤波器可以应用不同的滤波操作(换句话说，操作于各种滤波模式)，以响应边界强度参数。不同的滤波模式的区别在于应用于图像数据的解块滤波的强度。
解块滤波非常复杂，并且需要许多计算资源。通常，执行专用软件的处理器实现解块滤波处理。该方法具有两个主要的缺点：处理器相对比较耗电并且还忙于许多任务，这些任务在整个编码处理期间都将暂停。
需要提供一种有效系统和方法来进行解块滤波，尤其是在蜂窝电话中。
发明内容
本发明提供一种用于对帧进行滤波的方法，该方法包括：(i)由执行指令的处理单元处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分；(ii)由硬件滤波器对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及(iii)在处理单元可访问的存储单元中储存所述至少一个滤波后的帧部分；其中所述的处理步骤响应于以前滤波后的帧部分。
本发明提供一种对帧进行滤波的方法，该方法包括：(i)确定进行环路解块滤波还是后解块滤波；(ii)由执行指令的处理单元处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分；以及(iii)由硬件滤波器对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；其中，响应于所述确定而利用所述至少一个滤波后的帧部分。
本发明提供一种用于对帧进行滤波的系统，该系统包括：(i)处理单元，适于执行指令，处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分；(ii)硬件滤波器，连接到处理单元，适于对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及(iii)存储器单元，连接到处理单元，适于储存所述至少一个滤波后的帧部分；其中所述的处理单元适于响应于以前滤波后的帧部分而处理帧的至少一部分。
本发明提供一种对帧进行滤波的系统，该系统包括：(i)硬件滤波器，其适于对至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及(ii)处理单元，适于执行指令，确定进行环路解块滤波还是后解块滤波，并且处理帧的至少一部分，以提供所述至少一个处理过的帧部分；其中，响应于所述确定而利用所述至少一个滤波后的帧部分。
附图说明
通过下面的详细描述，并且结合附图，将更全面地理解和认识本发明，在附图中：
图1是根据本发明实施例的片上系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的参与帧处理和环路滤波的各种软件和硬件部件的示意图；
图3是根据本发明实施例的参与帧处理和后滤波的各种软件和硬件部件的示意图；
图4图示说明了根据本发明实施例的滤波器；以及
图5-8是图示说明根据本发明各种实施例的用于对帧进行滤波的方法的流程图。
具体实施方式
图1图示说明了片上系统10，其包括外部存储器420和处理器100。处理器100包括IPU 200以及主处理单元400。主处理单元400(也称为“通用处理器”、“数字信号处理器”或就是“处理器”)能够执行指令。
片上系统10包括多个部件，以及多个指令、控制和数据总线。为简化解释说明，只显示了主要的数据总线与单独一条指令总线。
根据本发明的各种实施例，IPU 200能够进行各种图像处理操作，并且与诸如图像传感器、摄像机、显示器、编码器等的各种外部设备进行连接。IPU 200比主处理单元400小得多，并且消耗更少的电力。
IPU 200具有硬件滤波器240，其能够进行各种滤波操作，诸如解块(de-blocking)滤波、解环(de-ringing)滤波等。用于进行所述滤波操作的各种现有技术方法是本领域中已知的，并且不需要额外的解释。
通过由滤波器240而不是主处理单元400进行解块滤波操作，IPU200减小了主处理单元400的计算负担。在一种操作模式中，滤波器240可以通过与主处理单元400并行操作而加速图像处理过程。
IPU 200包括控制模块210、传感器接口220、图像转换器230、滤波器240、图像直接存储器访问控制器(IDMAC)280、同步显示控制器250、异步显示控制器260以及显示接口270。
传感器接口220一端连接到诸如摄像机300的图像传感器，另一端连接到图像转换器230。显示接口270连接到同步显示控制器(SDC)250并且并行连接到异步显示控制器(ADC)260。显示接口270适于连接到多个设备，诸如但不限于，TV编码器310、图形加速器320、以及显示器330。
IDMAC 280促进IPU 200各种模块对诸如内部存储器430和外部存储器420的存储器组的访问。IDMAC 280一方面连接到图像转换器230、滤波器240、SDC 250和ADC 260，另一方面连接到存储器接口410。存储器接口410连接到内部存储器430，并且附加地，或者替换地，连接到外部存储器420。
传感器接口220从摄像机300或从TV解码器(未示出)获取图像数据。获取的图像数据可以被发送到图像转换器230用于预处理或者后处理，但获取的数据图像也可以不施加任何上述操作就发送到IDMAC 280，然后再通过存储器接口410发送到内部存储器430或外部存储器420。
图像转换器230能够预处理来自传感器接口220的图像数据或者后处理从外部存储器420或内部存储器430中提取的图像数据。预处理操作与后处理操作包括小型化、调整大小、色空间转换(例如YUV到RGB、RGB到YUV、YUV到另一YUV)、图像旋转、上/下和左/右翻转图像、以及将视频图像与图片进行组合。
显示接口270能够使用时间复用方案来仲裁对多个显示器的访问。其将图像数据从SDC 250、ADC 260和主处理单元400转换为适合于连接到其上的显示器的格式。还要适于生成控制和定时信号并且将这些信号提供给显示器。
SDC 250支持在诸如无声显示器和无存储显示器的同步显示器上、以及在电视(通过TV编码器)上显示视频和图片。ADC 260支持在智能显示器上显示视频和图片。
IDMAC 280具有多个DMA通道并且管理对内部和外部存储器430和420的访问。
参看图2，图示说明了根据本发明实施例的参与对帧的处理和滤波的各种软件和硬件部件。为了简化解释说明，假定图像部分、处理过的图像部分以及滤波后的图像部分储存在外部存储器420中的各个位置。并不是必需要这样，信息也可以储存在内部存储器430中或者储存在两个存储器420和430中。
根据本发明的实施例，块解码的顺序与块解块滤波的相同。例如，如果形成图像帧的块以光栅扫描的方式进行解码(例如，图像帧顶端并且从左至右来回进行)，则这些图像帧也可以相同顺序被解块滤波。根据本发明其他实施例，就并非如此，解码顺序可与解块滤波顺序不同。在这种情况下，系统100追踪解码过程以确定可对哪些图像帧进行解块滤波。
主处理单元400独立于IPU 200而操作，并且不会停止，直到IPU200向其提供滤波后的图像帧，而不可以执行并非基于滤波后的图像帧的额外任务。
发明人发现，IPU 200可以为诸如H.264解码和编码以各种方式来执行解块滤波。
在第一操作模式中，主处理单元400执行指令，诸如处理压缩媒体流。媒体流包括多个帧。该处理由各种方框来表示，包括解析器408，用于访问包括图像部分的压缩媒体流，并且将转换数据发送到第一变长编码器(VLC-1)403，同时发送运动数据到第二变长编码器(VLC-1)404。第一变长编码器403之后是解量化器(Q-1)232以及反离散余弦变换(DCT-1)方框401。反离散余弦变换方框401的输出发送到加法器405，将所述输出加入到运动补偿框406的输出。第二变长编码器404对运动数据进行编码并将编码后的运动数据发送到运动补偿框406。运动补偿框406还从外部存储器430提取以前滤波后的帧。一旦当前帧完全由主处理单元400处理并且由IPU 200内的滤波器430滤波，其可以提供给显示器，储存在外部存储器中以便进一步使用，尤其是可以由运动补偿方框406访问以便处理将来的帧。
特定帧处理序列开始于由解析器408提取帧或至少一个帧部分(诸如一行块)的步骤。该步骤在图2中标为(A)。由主处理单元400处理特定帧部分，如方框403-406所示，并且还可以响应于以前滤波的帧。一旦步骤(A)结束，处理过的帧部分储存在视频输出缓冲器425(标为B)。视频输出缓冲器允许主处理单元400和IPU 200同时访问其内容。步骤(B)包括通知IPU 200并且尤其是通知控制模块210：解块滤波可以开始。注意，用户可以对步骤(C)可以开始之前处理的像素的数目进行编程。
步骤(C)包括由滤波器430取出处理过的帧部分并且进行解块滤波。滤波后的图像部分随后被发送到视频输出缓冲器425。主处理单元400可以进一步对其进行处理(例如混合图片与滤波后的帧，等等)，还可以将其发送到显示器。一旦对帧进行了处理和滤波，其可以用于处理将来的帧。步骤(F)包括发送滤波后的帧到参考帧缓冲器423。注意，步骤(F)可以通过交换指针来实现，而并不进行实际数据传输。
方便地，在开始解块滤波之前处理块序列。典型地，特定序列的滤波在相同帧的其他块序列被处理的同时进行。
方便地，主处理单元400适于向IPU 200发送处理过的帧部分指示，指出处理过的帧部分的生成。这可以包括设定IPU 200的控制寄存器的特定比特。方便地，滤波器240适于生成滤波后的帧指示，指出滤波后的帧的生成。
根据本发明的实施例，处理过的帧部分指示是在中央处理单元400完成处理两个块序列时生成的，其中每一块序列延伸通过帧的整个宽度。滤波器240通过生成中断通知主处理单元400：对帧进行了滤波。
根据本发明另一实施例，滤波器430还能够施加解环(de-ringing)滤波。方便地，滤波器430施加解块滤波操作，然后施加解环滤波操作。
根据本发明实施例，主处理单元400可以确定滤波器430要被操作为环路滤波器还是后滤波器。如果主处理单元400确定滤波器430要被操作为后处理器，其发送适当控制信号到控制模块210。
根据本发明实施例，滤波器430可以在接收到关于主处理单元完成对整个帧的滤波的指示之后激活为后滤波器。根据本发明另一实施例，滤波器430可以与主处理单元400并行操作，但其输出的滤波后的帧不被主处理单元400用作参考帧。
图3图示说明了根据本发明实施例的参与帧处理的各种组件。根据这个实施例，滤波器430操作为后滤波器，与主处理单元400并行。图3类似于图2，但有一个主要区别：滤波后的帧不用作用于处理将来帧的参考帧。因此，IPU 200的输出没有发送到视频输出缓冲器425，然后(一旦对整个帧进行了滤波)发送到参考帧缓冲器423。而是将滤波后的帧(IPU 200的输出)发送(标为D)到滤波后的视频双缓冲器427(标为E)，同时处理过的帧从视频输出缓冲器425发送到参考帧缓冲器(标为F)。
图4图示说明了根据本发明的滤波器430。滤波器430包括模式判决单元431、滤波器算术单元433、滤波器流程控制器435、滤波器存储器控制器437和滤波器存储器439。
模式判决单元431连接到滤波器算术单元433、连接到滤波器流程控制器435、并且连接到滤波器存储器控制器437。滤波器算术单元433进一步连接到滤波器流程控制器435和连接到滤波器存储器控制器437。滤波器存储器控制器437连接到滤波器存储器439并且连接到IDMAC 280。
模式判决单元431适于确定滤波器430操作于哪种模式。这通常是对边界强度参数的响应。该参数可以通过读取和分析多个处理过的像素来计算。所选择的模式确定滤波器算术单元433所施加的滤波器。滤波处理的中间结果，以及滤波后的块，都储存在滤波器存储器439中。滤波器流程控制器435控制滤波器430的操作并且能够对解块滤波、解环滤波等进行定时控制。滤波器流程控制器435能够接收处理过的帧部分指示并且能够生成滤波后的帧指示。滤波后的块从滤波器存储器439中提取并且经由滤波器存储器控制器437发送到IDMAC280。
根据本发明实施例，滤波器430接收处理过的Y、U和V帧部分，并开始处理Y帧，直到特定行。主处理单元400指示其完成处理整个帧，滤波器430对剩余Y帧、U帧和V帧进行滤波。
图5是图示说明根据本发明实施例的用于对帧进行滤波的方法600的流程图。
方法600开始于步骤610，由执行指令的处理单元处理帧部分，以提供处理过的帧部分。帧部分包括多个像素，其可以按行或列或甚至按块进行排列。
步骤610之后是步骤620和625。步骤625包括取出下一帧部分。步骤625之后是步骤610，进行帧部分取出操作的循环。该循环可以在取出整个帧之后停止，但也不必非要这样。该循环也可以在完成了特定控制标准时停止。
步骤620包括生成处理器帧部分指示，其指示处理过的帧部分可用于滤波。
步骤620之后是步骤630，由硬件滤波器对处理过的帧部分进行解块滤波，以提供滤波后的帧部分。
步骤630之后是步骤640，检查是否对整个帧进行了滤波。如果答案是否，则步骤640之后是步骤630。注意，如果有新帧部分可用，就可以执行步骤630，否则可以延迟步骤630，直到这样处理过的帧部分可用。如果对整个帧进行了滤波，则步骤640之后是步骤650，生成帧滤波后的帧指示，指出滤波后的帧的生成。滤波后的帧可以提供给显示器，储存在存储器中，也可以定义为参考帧，可在处理将来的帧时使用。步骤660图示说明了后者的选项，尽管另外两个选项也是可以实施的。
根据本发明实施例，硬件滤波器还可以在对特定数量的像素进行滤波时处理指示，即使该数量不等于一帧。
图6是根据本发明实施例的图示说明用于对帧进行后滤波的方法602的流程图。方法600类似于方法602，其中处理单元和滤波器430都并行操作。主要的区别在于参考帧是处理过的帧(如步骤665所示，替换图5的步骤660)。注意，将处理过的帧定义为参考帧可以在处理完成之后开始，而不在完成滤波之后开始(如图5所示)。
图7是根据本发明实施例的图示说明用于对帧进行后滤波的方法604的流程图。根据这个实施例，滤波器430在处理单元400完成处理帧之后进行解块滤波。这些部件不并行工作，至少对于相同帧不并行工作。
方法604开始于步骤612，由执行指令的处理单元处理帧，以提供处理过的帧。步骤612可以包括诸如图6的步骤610和625的多个步骤迭代。
步骤610之后是步骤622和665。步骤622包括生成处理器帧指示，其指示处理过的帧可用于滤波。步骤665包括将处理过的帧定义为参考帧，用于将来帧的处理。
步骤622之后是步骤625，由硬件滤波器对处理过的帧进行解块滤波，以提供滤波后的帧。步骤625之后是步骤650，生成滤波后的帧指示，指出滤波后的帧的生成。
图8是根据本发明实施例的用于对帧进行滤波的方法700的流程图。方法700开始于步骤710，确定进行环路解块滤波还是后解块滤波。判定通常是由主处理单元400响应于片上系统设计者所投入的指令而做出的。
步骤710之后是步骤720和730。这些步骤可以并行进行或者以连续的方式进行。换句话说，整个帧可以首先被处理，然后仅进行滤波，但并不是必需要这样，帧的第一部分可以被滤波，而另一部分被处理。为了简化解释说明，步骤720被画在步骤730之上。
步骤720包括由执行指令的处理单元处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分。
步骤730包括由硬件滤波器对处理过的帧部分进行解块滤波，以提供滤波后的帧部分。
所述的处理的步骤响应于参考帧。根据步骤710的判定，其可以是滤波后的帧或者处理过的帧。
注意，如果步骤710判定进行解块滤波，则可以执行方法600的步骤。如果步骤710判定进行后解块滤波，则可以施加方法602或604的步骤。
对于本领域普通技术人员来说，这里所描述的内容的变化、修改或其他实现都将可能发生，而不会背离本发明所要求的精神和范围。因此，本发明并不通过前面的说明性描述来限定，而是由所附权利要求的精神和范围来限定。

Claims (20)

1.一种用于对帧进行滤波的方法，所述方法包括：
确定进行环路解块滤波还是后解块滤波；
根据确定将硬件滤波器配置为操作为环路解块滤波器或后解块滤波器；
由执行指令的处理单元处理帧的至少一部分，以提供至少一个处理过的帧部分，
如果确定进行环路解块，则由处理单元生成处理过的帧部分指示，指出所述处理过的帧部分的生成，以及
由硬件滤波器对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；其中，响应于所述确定而利用所述至少一个滤波后的帧部分，其中，如果确定进行环路解块，则响应于由硬件滤波器接收到处理过的帧部分指示来进行解块滤波；
其中如果确定进行环路解块，那么在对相同帧的另一帧部分进行环路解块滤波的同时，由处理单元处理帧部分；
其中在进行解块滤波之前，由硬件滤波器接收处理过的Y、U和V帧部分，其中进行解块滤波包括处理Y帧，直到特定行，以及在所述处理单元指示其完成处理整个帧之后，对剩余Y帧、U帧和V帧进行滤波。
2.权利要求1的方法，其中如果确定进行后解块滤波，所述的对至少一个帧部分进行解块滤波的步骤是在所述整个帧的处理步骤完成之后执行的。
3.权利要求1的方法，进一步包括生成处理过的帧指示的步骤，指出所述处理单元对帧进行了处理。
4.权利要求1的方法，其中，如果确定进行环路解块滤波，则在处理另一帧的步骤期间利用所述至少一个滤波后的帧部分。
5.权利要求1的方法，进一步包括：由所述硬件滤波器生成滤波后的帧指示，指出滤波后的帧的生成。
6.权利要求1的方法，进一步包括：如果确定进行后解块，生成处理过的帧部分指示，指出所述处理过的帧部分的生成。
7.权利要求1的方法，进一步包括：在进行到由所述硬件滤波器进行解块滤波之前，确定要处理至少哪一个帧部分。
8.权利要求1的方法，进一步包括：显示处理过的帧。
9.权利要求1的方法，进一步包括：在所述处理单元完成处理一帧之后，所述处理单元操作于低功率消耗操作模式。
10.权利要求1的方法，进一步包括对所述至少一个帧部分进行预处理的预备步骤。
11.权利要求1的方法，其中所述的处理包括施加变长编码、解量化以及施加反离散余弦变换操作。
12.一种用于对帧进行滤波的系统，所述系统包括：
硬件滤波器，其适于被配置为环路解块滤波器或后解块滤波器，对至少一个处理过的帧部分进行解块滤波，以提供至少一个滤波后的帧部分；以及
处理单元，其适于执行指令，确定进行环路解块滤波还是后解块滤波，并且处理帧的至少一部分，以提供所述至少一个处理过的帧部分；其中，响应于所述确定而利用所述至少一个滤波后的帧部分；其中如果所述处理单元确定将所述硬件滤波器配置为环路解块滤波器，那么：(a)在所述硬件滤波器对相同帧的另一帧部分进行环路解块滤波的同时，所述处理单元适于处理帧部分；(b)所述处理单元适于生成处理过的帧部分指示，指出所述处理过的帧部分的生成，以及(c)响应于接收到所述处理过的帧部分指示，所述硬件滤波器适于对所述至少一个处理过的帧部分进行解块滤波；
其中所述硬件滤波器适于接收处理过的Y、U和V帧部分，并且被配置为开始处理Y帧，直到特定行，以及在所述处理单元指示其完成处理整个帧之后，对剩余Y帧、U帧和V帧进行滤波。
13.权利要求12的系统，其中如果将所述的硬件滤波器配置为后解块滤波器，所述的硬件滤波器适于在所述处理单元对整个帧进行了处理之后对至少一个帧部分进行解块。
14.权利要求12的系统，其中所述的处理单元适于生成处理过的帧指示，指出所述处理单元对帧进行了处理。
15.权利要求12的系统，其中所述的硬件滤波器适于平行于所述处理单元对帧部分进行处理而对图像部分进行解块滤波。
16.权利要求12的系统，其中，如果所述处理单元确定进行环路解块滤波，则所述处理单元适于在对另一帧进行处理期间利用滤波后的帧。
17.权利要求12的系统，其中所述的硬件滤波器适于生成滤波后的帧指示，指出滤波后的帧的生成。
18.权利要求12的系统，其中，如果所述处理单元确定进行后解块滤波，所述处理单元适于生成处理过的帧指示。
19.权利要求12的系统，其中所述的处理单元适于在进行解块滤波之前确定要处理至少哪一个帧部分。
20.权利要求12的系统，其中所述的处理单元适于在完成处理一帧之后操作于低功率消耗操作模式。
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