CN101022553A - 图像数据的存取和解码方法及解码装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像数据的存取方法,包括:在存储器的存储空间中,将图像块的数据按照像素行连续存放,将图像块的多个像素行存储在所述存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行,并计算该图像块的复合地址;如果图像块的数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;在提取图像块的数据时,根据图像块的复合地址进行提取。本发明还公开了两种图像数据的解码方法,以及两种图像数据的解码装置,包括:存储器、视频解码器及时频高速执行总线。本发明节省了外存的存储空间,并提高了总线存取效率。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术,特别是图像数据的存取和解码方法及解码装置。
背景技术
在目前广泛应用的视频图像压缩标准中,对于运动图像的压缩能力很大程度上归因于所采用的运动估计算法,即:将16×16的像素块定义为宏块(MB),在编码时从视频帧序列中选取部分帧图作为参考帧,并以宏块为单位对这些参考帧的像素数据完全编码;而在对其它非参考帧进行编码时,也以宏块为单位,在编码时先在参考帧中找出与当前待编码宏块最相似的部分,求出当前宏块在帧图中的位置与所述找到的最相似部分在帧图中的位置两者之间的位移,该位移称为运动向量,以及当前宏块与最相似部分之间的差值,该差值称为残差,最后只需对该运动向量和残差进行编码,从而能够大大降低编码的数据量。
在对视频码流进行解码时,必须要以选定的参考帧为基础,才能正确地解码所有的视频帧图像。因此,在解码过程中始终需要保存最少一幅最多两幅参考帧,因为在双向运动预测时,需要保存前向和后向两幅参考帧。在图像数据中包括Y、U和V数据,其中Y数据为图像的亮度数据,UV数据为图像的色度数据。除了存储参考帧之外,在解码中还需要保存当前正被解码的帧以及正在被显示的帧。因此,需要保存的图像数据的数据量很大,要求外部存储器具有较大的存储容量。同时,当被解码的压缩视频图像具有很高的分辨率时,例如在解码高清晰电视(HDTV)信号时,解码系统的数据吞吐量很大,这就对外部存储器的数据带宽提出了很高的要求。
现有的提高存储器容量和带宽利用率的装置结构如图1所示,外部存储器采用分组的内部结构,通常为四个分组,四个分组共享地址与数据总线,每个分组具有独立的行地址译码器、列地址译码器和读出放大器。一个分组中的一行分配给一个窗口,且分配给任意四个相邻窗口的存储空间是四个互不相同的分组中的一行。使用该装置的方法为:将视频序列中的帧图像划分成多个像素块,每个像素块中包含多个像素行,定义像素块为窗口,并为各个窗口分配存储空间,所述窗口由多个宏块组成,一个窗口中的像素行在存储空间中连续存放;写入完成解码的宏块,为所述宏块生成多个写入地址,所述写入地址各自指向分配给所述宏块所在窗口的存储空间中的不同位置;当当前解码宏块需要读取参考宏块时,生成多个读取地址,根据读取地址读取参考宏块。
在实现本发明过程中,发明人发现现有技术中至少存在如下问题:该方法由于采用将一个分组的一行存储空间固定分配给一个窗口,而该窗口很可能没有完全占用该行,这就导致了对于存储空间的浪费,增大了存储器芯片的面积。并且,该方法对图像数据的提取和重构是按顺序连续执行,即先提取参考数据再重构再提取的方式,这就造成了在重构图像时总线资源被闲置,没有充分地利用总线。
另外,该方法复杂的地址计算也占用了较大的总线带宽,降低了总线的利用率。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例的第一目的在于提供图像数据的存取方法,用于节省存储空间,减少存储器芯片的面积。
本发明实施例的第二目的在于提供图像数据的解码方法,用于节省存储空间,并提高总线存取效率。
本发明实施例的第三目的在于提供图像数据的解码装置,用于节省存储空间,并提高总线的存取效率。
本发明的实施例提供了一种图像数据的存取方法,包括:
在存储器的存储空间中,将图像块的数据按照像素行连续存放,将所述图像块的多个像素行存储在所述存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行,并计算该图像块的复合地址;
如果所述图像块的数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
在提取所述图像块的数据时,根据所述图像块的复合地址进行提取。
本发明的实施例还提供了一种图像数据的解码方法,包括:
A、将待预测图像块的图像亮度参考数据及图像色度参考数据按照像素行连续存放存储器的存储空间中,遇到存储器边缘自动换行;
B、在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
本发明的实施例还提供了一种图像数据的解码装置,包括:
存储器,用于存储待预测图像的图像亮度参考数据及图像色度参考数据,以及重构的亮度图像数据及色度图像数据,所述数据按照像素行连续存放,多个像素行存储在存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行;
视频解码器,用于在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
视频高速执行总线,用于在存储器中提取参考数据,以及将所述视频解码器重构的图像数据写入到存储器中。
本发明还提供了一种图像数据的解码方法,包括:
A、将待预测图像块的图像亮度参考数据及图像色度参考数据按照像素行连续存放存储器的存储空间中,遇到存储器边缘自动换行;如果所述图像亮度参考数据及图像色度参考数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
B、在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
本发明还提供了一种图像数据的解码装置,包括:
存储器,用于存储待预测图像的图像亮度参考数据及图像色度参考数据,以及重构的亮度图像数据及色度图像数据,所述数据按照像素行连续存放,多个像素行存储在存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行;如果所述图像块的数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
视频解码器,用于在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
视频高速执行总线,用于在存储器中提取参考数据,以及将所述视频解码器重构的图像数据写入到存储器中。
本发明的实施例采用重构与提取的流水结构,缩短了解码流程,并把总线存取突发操作连续起来,更大的提高了总线效率,降低其闲置的时间。另外,本发明的实施例对存储器采用了按像素行逐行存放,并在存储器边缘换行的方式,提高了对存储空间的利用率,节省了存储空间,从而节省了存储器的面积。
进一步地,本发明的实施例采用了复合地址的存取方式,能够直接得到数据的地址,无须多次查询,从而简化了存取流程。
附图说明
图1为现有技术中提高存储器容量和带宽利用率的装置结构图;
图2为本发明的实施例中图像解码和存储的方法流程图;
图3为本发明的实施例中图像解码和存储的装置结构图;
图4为本发明的实施例中外部存储器的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明的实施例采用了将UV数据合并存取的方式,提高了总线的利用率;而采用重构与提取的流水结构,缩短了解码流程,并把总线存取突发操作连续起来,更大的提高了总线效率,降低其闲置的时间。另外,本发明的实施例对外部存储器采用了按像素行逐行存放,并在存储器边缘换行的方式,提高了对存储空间的利用率,节省了存储空间,从而节省了存储器的面积。
在本发明的图像存储方法的实施例中,具体包括:
在存储器的存储空间中,将图像数据按照像素行连续存放,遇到存储器边缘自动换行,并把所述图像数据中的U、V数据合并存储于存储器的同一块存储空间中,将U数据和V数据间隔存放,在该存储空间的每一行上,一个U数据与一个V数据相邻。
在该方法中,存储器需要保存待预测图像的图像亮度参考数据、图像色度参考数据,以及重构得到的亮度图像数据和色度图像数据。这些数据都以Y、U和V数据的格式存储在存储器中,Y数据为亮度数据,UV数据为色度数据。
由于在现有技术中是将存储器中的一行存储空间仅分配给一个窗口,存储下一个窗口时自动换行,在一个窗口未占满一行时导致存储空间的浪费,而本实施例有效的避免了该问题的发生,将多个窗口在存储器中连续存放,在边缘处换行,从而充分利用了存储空间,在硬件实现上减少了存储器芯片的面积。
此外,现有技术中是将UV数据分别存放在存储空间的不同区域,对UV数据数据分别存取。由于采用流行的视频图像压缩标准,YUV数据为4:2:2,即UV数据为Y数据的一半,通过总线存取UV数据时,其存取效率仅为存取Y数据的一半。本实施例通过将UV数据合并存放,一个U数据与一个V数据相邻,使得总线能够以一个U数据与一个V数据为基本单位进行存取,这样就大大提高了总线的利用率。
图2为本发明的实施例中图像解码的方法流程图,该方法具体包括以下步骤:
步骤201、视频解码器从编码比特流中恢复图像数据。该图像数据包括待预测图像的运动矢量及残差等信息,视频解码器根据该数据进行参考图像数据的提取和生成重构图像。
步骤202、从外部存储器中提取待预测图像亮度参考数据。在图像数据中,包括四个亮度块和两个色度块,本发明的技术方案要求先重构两个亮度块,再重构两个亮度块,最后重构两个色度块。在重构前两个亮度块前,需要先在外部RAM存储器中提取预测图像的亮度参考数据。
本发明的实施例对于现有技术的一个重要改进在于对参考数据的提取地址的变化,本实施例的技术方案将从编码比特流的头中获取的参考图像块的跨行存取的长度、参考图像块的行数、参考图象块的列数及参考图象块的首地址复合为一个地址。根据该复合地址,在外部RAM存储器中进行隔行或逐行的提取操作。所述存储跨行存取的长度值由图像数据像素点的取值方式和一行像素点的个数确定,例如图像块为720×576,取值方式为逐行存取,首地址为0,那么该图像块的存储跨行存取长度为720,即第一行首地址为0,第二行首地址为720,依此类推;如果取值方式为隔行存取,则存储跨行存取长度为1440,第一行首地址不变,第二行首地址为1440。
在重构图像时,首先能够从编码比特流中解析出地址信息,该信息中包括复合地址。如前所述,该复合地址包括四部分,首地址为参考图像块在存储器中的首地址,根据码流中的运动矢量,能够得出重构图像块相对参考图像的位置偏移,利用该位置偏移和首地址,就能够得到重构图像块的首地址,通过该重构首地址在存储器中提取所述跨行存取长度的数据,该数据中包含的图像块的行数和列数在复合地址中都能够得到,从而就能够恢复出一个图像块,在根据码流中的残差,就能够重构该图像块。
采用这种复合地址的存取方式,能够直接得到数据的地址,无须多次查询,从而简化了存取流程。
由于采用现有的视频压缩标准,要采用宏块作为基本单元进行存取,根据参考图像类型是场图还是帧图,选择逐行存取或隔行存取的方式,如果为场图,根据顶场或底场的选择,其中,奇数行为顶场,偶数行为底场,进行隔行存取的存取方式,为帧图,则逐行存取。提取的宏块为16×4个双字(DW)或8×4个双字,因为1个像素点占用一个字节存储,4个像素点为一个双字。但是考虑到半像素的影响,即运动矢量中出现了半个像素点,此时应在参考图像中多取一个像素点,则提取的宏块最多为9×5个双字或17×5个双字,因为VHB总线是以双字为单位在外存中存取的,所以多取一个像素就意味着多取一个双字。
步骤203、完成对待预测图像的前两个亮度块图像数据的重构。按照前述的重构顺序,先重构两个亮度块,将重构后的亮度数据与残差相加。
在本发明的实施例中,进行两个亮度图像块的数据重构的同时,能够进行另外两个亮度块的参考数据的提取。这是因为,在视频解码器重构亮度图像数据的同时,不需要用到VHB总线,即此时VHB总线为空闲状态,从而可利用该空闲时间段进行另外两个亮度块的参考数据的提取。同样,在进行另外两个亮度图像块的数据重构时,可以利用VHB总线进行两个色度块的参考数据的提取。本发明的实施例将这种重构图像数据和提取参考图像数据的方式称为流水结构或流水方式,采用这种方式,加快了解码的整个流程,提高了VHB总线的利用率。
当然,这种流水结构并不仅限于以上所述的这一种执行方式,例如,在重构前两个亮度块的时候,不进行另两个亮度块参考数据的提取,而仅在重构另两个亮度块的同时,才进行色度块参考数据的提取,同样符合本发明的实施例中的流水结构的思想。
另外,本发明的实施例在存储图像数据时,还采用了将UV数据合并存放的方式。在现有视频压缩标准中,U数据和V数据各为Y数据的四分之一,即在一个16×16的宏块中,Y数据为16×16,即16×4个双字,考虑到半像素的影响,最多为17×5个双字,而U数据和V数据分别为8×8,即8×2个双字,考虑到半像素的影响,最多为9×3个双字,将UV数据合并后,变为8×16的块,即8×4个双字,考虑到半像素的影响,最多为9×5个双字。而VHB总线位宽为总线时钟与总线位宽的乘积,其中总线时钟保持不变,位宽值直接决定了总线的带宽。VHB总线是以双字为单元进行存取的,其位宽就是一次存取的双字个数,在将UV数据合并存储前,其位宽是2个或3个双字,而合并后的位宽为4个或5个双字,可见,通过将UV数据合并存储,扩大了总线位宽,提高了VHB总线的读写效率。
步骤204、将重构的亮度图像数据通过视频高速执行总线写入到外部存储器中。
在本发明的实施例中,对于图像数据在外部存储器RAM中的存储方式,与现有技术有所不同,没有采用将RAM的一行存储空间固定分配给一个窗口的方式,而是将像素行逐行存储,遇到存储器边缘自动换行,从而不会在存储器边缘留下空白的存储单元,有效地节省了存储空间,也就减小了外部RAM的芯片面积,给芯片的成本计算带来了显著的效益。
步骤205、完成对待预测图像的后两个亮度块的图像数据的重构。在进行重构的同时,应用流水结构思想,进行两个色度图像块的参考数据的提取。此处依然应用流水结构思想,在重构的同时进行提取。
步骤206、将重构的后两个亮度块的图像数据通过视频高速执行总线写入到外部存储器中。后两个亮度块的图像数据在外部存储器RAM中的存储方式相同。
步骤207、完成对待预测图像的两个色度块的图像数据的重构,并将该重构图像数据写入到存储器中。
通过以上流程,就实现了根据参考图像对一个图像宏块的解码和存储。
图3为本发明的实施例中实现以上流程的图像解码和存储的装置结构图,该装置包括:
存储器31,用于存储待预测图像的参考数据,以及重构图像的数据。本发明实施例支持三缓冲区的存储器,即存放最多三副图像,分别为重构图像、前向参考图像和后向参考图像。在从外部存储器中进行参考图像的提取时,根据从编码比特流中解析出的前后向预测标志选择前向参考图像或后向参考图像的提取。该外部存储器的内部结构如图4所示,其存储空间被划分为两个部分,前405行用于存储Y数据,随后的203行用于UV数据合并存放。该存储器行宽为1024字节,即一行可存储1024个像素点,对于现有视频压缩标准,图像的最大尺寸为720×576,在将第一行的720个像素点存入存储器的第一行后,还有1024-720个字节的存储空间,可用于存放下一行像素点。这就是本发明的实施例所采用的像素行逐行存储,遇到存储器边缘自动换行的存储方式。采用这种存储方式,一帧图像需要的存储空间为:720×576×1.5=622080byte=0.62MB。采用三缓冲区方案,那么总体需要的解码缓冲区为:622080byte×3=1866240byte=1.87MB。由此计算过程看出,以上存储方式节约了存储器空间,节省了芯片中外存的面积。
视频解码器32,用于在编码比特流中恢复图像数据,并根据从外部存储器中获取的待预测图像参考数据完成对待预测图像的重构,在重构亮度图像数据的同时,进行待预测图像色度参考数据的提取。
视频高速执行总线33,用于在外部存储器中提取待预测图像参考数据,以及将视频解码器重构的待预测图像数据写入到外部存储器中。由于视频解码器32实现了重构与提取的并行执行,因此,该VHB总线的闲置时间被缩短,其利用率得到显著提高,并且加快了解码流程。
在该装置中,视频解码器32具体又包括:
运动补偿模块321,用于在编码比特流中恢复图像数据,根据图像数据中的地址信息计算复合地址,利用该复合地址读取待预测图像的参考数据,并采用相应的解码算法重构预测图像。在重构亮度块的同时,在外部存储器中提取另外两个亮度块或色度块的参考图像数据,实现流水结构。
缓存一322,用于暂存通过VHB总线从外部存储器中提取的预测图像参考数据,并发送给运动补偿模块;
缓存二323,用于暂存所述运动补偿模块重构的预测图像,并通过VHB总线发送给外部存储器。
采用本发明实施例的技术方案,能够节省存储空间和提高总线利用率,这能够通过以下分析进一步看出:
首先,因为UV数据为Y数据的一般,考虑半像素的影响,U数据或V数据每行最多为9个字节,即3个双字,采用总线进行传输时,除了开始传输前的9个时钟的延迟外,还需要3个时钟来传输,因为总线传输的基本单元为双字,一个时钟传输一个双字,因此,采用这种方式的传输效率为:3/(3+9)=25%,即在12个时钟内传输了3个双字。如果将UV数据合并,则其宽度与Y数据相同,考虑半像素的影响,每行最多为18个字节,即5个双字,此时,其传输效率为5/(5+9)=35.7%,这样就将总线效率提高了10.7%。
然后,进一步采用本发明的实施例所述的总线操作流水结构,考虑半像素的影响,在理想情况下,能够将最多17行的Y数据传输连续操作,即在17×5个时钟内,连续传输17×5个Y数据双字,考虑到开始传输前的9个时钟的延迟,假设在后面的每行传输中都没有延迟,则采用这种方式的传输效率达到了17×5/17×5+9=90.4%,该值为理想值,在实际应用中的实测平均值达到了70%左右。
可见,本发明的实施例在采用了将UV数据合并传输存储的方式后,总线的存取效率已经得到了较大提高,而在实现了流水结构后,又进一步提高了总线的利用率。
总之,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (15)
1、一种图像数据的存取方法,其特征在于,包括:
在存储器的存储空间中,将图像块的数据按照像素行连续存放,将所述图像块的多个像素行存储在所述存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行,并计算该图像块的复合地址;
如果所述图像块的数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
根据所述复合地址提取所述图像块的数据。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算图像块的复合地址具体包括:
将所述图像块在存储器中的首地址、跨行存取的长度、图像块的行数及列数合并为一个地址;
根据所述复合地址提取所述图像块的数据具体包括:
根据所述首地址及跨行存储的长度提取图像块的数据,根据所述图像块的行数及列数恢复图像块。
3、根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该方法还进一步包括:
把所述图像数据中的色度数据合并存放在存储器中,在所述存储器空间中的每一行上,不同的色度数据相邻存放。
4、根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述不同色差数据相邻存放具体包括:
把U、V数据合并存储于所述存储器的同一块存储空间中,将U数据和V数据间隔存放,在所述存储空间的每一行上,一个U数据与一个V数据相邻。
5、一种图像数据的解码方法,其特征在于,包括:
A、将待预测图像块的图像亮度参考数据及图像色度参考数据按照像素行连续存放存储器的存储空间中,遇到存储器边缘自动换行;
B、在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述步骤A进一步包括:
如果所述图像亮度参考数据及图像色度参考数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据。
7、根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,所述步骤A进一步包括:
将所述图像色度参考数据中的U、V数据合并存储于所述存储器的同一块存储空间中,将U数据和V数据间隔存放,在所述存储空间的每一行上,一个U数据与一个V数据相邻。
8、根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,步骤B中所述在重构图像数据的同时提取参考数据具体包括:
从存储器中提取一组图像亮度参考数据;
根据该组图像亮度参考数据重构一组亮度图像数据,同时,从存储器中提取下一组图像亮度参考数据;
根据所述下一组图像亮度参考数据重构下一组亮度图像数据,同时,从存储器中提取图像色度参考数据;
根据所述图像色度参考数据,完成对色度图像数据的重构。
9、根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述提取图像亮度参考数据及图像色度参考数据具体包括:
在所述图像数据中解析地址信息,并根据该地址信息计算出一复合地址,利用所述复合地址通过视频高速执行总线在存储器中读取待预测图像块的图像亮度参考数据及图像色度参考数据。
10、根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述根据地址信息计算复合地址具体包括:
将待预测图像块的跨行存取的长度、待预测图像块的行数、列数及待预测图像块的首地址合并为一个地址。
11、根据权利要求8所述的方法,其特征在于,该方法还进一步包括将所述重构的亮度图像数据及色度图像数据存储在存储器中,具体包括:
在存储器的存储空间中,将所述亮度图像数据及色度图像数据按照像素行连续存放,遇到存储器边缘自动换行,并将所述色度图像数据中的U、V数据合并存储于所述存储器的同一块存储空间中,将U数据和V数据间隔存放,在所述存储空间的每一行上,一个U数据与一个V数据相邻。
12、一种图像数据的解码装置,其特征在于,包括:
存储器,用于存储待预测图像的图像亮度参考数据及图像色度参考数据,以及重构的亮度图像数据及色度图像数据,所述数据按照像素行连续存放,多个像素行存储在存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行;
视频解码器,用于在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
视频高速执行总线,用于在存储器中提取参考数据,以及将所述视频解码器重构的图像数据写入到存储器中。
13、根据权利要求12所述的装置,其特征在于,所述视频解码器具体包括:
运动补偿模块,用于在编码比特流中恢复图像数据,根据图像数据中的地址信息计算复合地址,利用该复合地址在存储器中读取待预测图像的参考数据,并采用相应的解码算法重构待预测图像;
第一缓存,用于暂存从存储器中提取的待预测图像的参考数据,并发送给运动补偿模块;
第二缓存,用于暂存所述运动补偿模块重构的待预测图像数据,并发送给存储器。
14、一种图像数据的解码方法,其特征在于,包括:
A、将待预测图像块的图像亮度参考数据及图像色度参考数据按照像素行连续存放存储器的存储空间中,遇到存储器边缘自动换行;如果所述图像亮度参考数据及图像色度参考数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
B、在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
15、一种图像数据的解码装置,其特征在于,包括:
存储器,用于存储待预测图像的图像亮度参考数据及图像色度参考数据,以及重构的亮度图像数据及色度图像数据,所述数据按照像素行连续存放,多个像素行存储在存储空间的一行中,遇到存储器边缘自动换行;如果所述图像块的数据未占满一行存储空间,则在该行存储空间的空白位置上连续存放其它图像块的数据;
视频解码器,用于在编码比特流中恢复图像数据,将所述图像数据分为多于一组,在重构其中一组图像数据时,进行待重构的下一组图像数据的参考数据的提取。
视频高速执行总线,用于在存储器中提取参考数据,以及将所述视频解码器重构的图像数据写入到存储器中。
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