CN101061724A - 用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊的方法、装置和系统。在本发明的一个实施例中,一种用于存储胶片颗粒图案的方法包括:把胶片颗粒图案的至少第一部分存储在内部存储器中,并且把胶片颗粒图案的至少第二部分存储在外部存储器中。就是说,本发明中,一种用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊的方法包括:在内部高速缓存和外部存储器之间分摊胶片颗粒图案的存储。在本发明的一个实施例中,内部高速缓存被集成到解码器的集成电路芯片中。
Description
相关申请的对照
本申请要求2004年11月22日递交的美国临时专利申请序列号60/630,049的优先权,将其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明大体上涉及胶片颗粒仿真,更具体地涉及用于实现有效且低成本的胶片颗粒仿真的方法和系统。
背景技术
在显影过程中,在运动图像形成了胶片颗粒。胶片颗粒在HD图像中是明显可察觉的,并具有与众不同的电影特性,该特性正在变得更加期望在完整的图像处理和传递链中得到保护。然而,胶片颗粒保护对于当前的编码器是一种挑战,因为不能够利用与时间预测有关的压缩颗粒。由于颗粒的随机性质,仅能够在非常高的比特率上实现无损可视编码。在对与典型地与噪声和微观组织相关的高频进行滤波时,有损编码器趋于对胶片颗粒产生抑制。
近来创建的H.264 I MPEG-4 AVC视频压缩标准中,尤其是在其保真度范围扩展(FRExt)修正1(JVT-K051,ITU-T Recommendation H.264I ISO/IEC 14496-10 International Standard with Amendment1,Redmond,USA,June 2004)中,定义了胶片颗粒补充增强信息(SEI)消息。该消息描述了与例如大小和强度的属性有关的胶片颗粒特性,而且使视频解码器可以在已解码图像上仿真胶片颗粒外观。H.264 IMPEG-4 AVC标准规定了哪些参数会出现在胶片颗粒SEI消息中、怎样解释这些消息以及用于以二进制格式对SEI消息进行编码的语法。然而,该标准没有规定用于在接收到胶片颗粒SEI消息时对胶片颗粒进行仿真的精确过程。
胶片颗粒仿真是一种再现后使用的相对新的技术,用于在恢复旧的库存电影胶片期间、在计算机产生的材料上对胶片颗粒进行仿真。针对这种应用,市场上存在像来自Eastman Kodak Co,Rochester,NY的Cineon和来自Visual Infinity的Grain SurgeryTM那样的商业软件。这些工具需要用户交互而且执行复杂,这使得它们不适于实时的视频编码应用。此外,这些工具中没有一个能够根据H.264/AVC视频编码标准的规定对胶片颗粒SEI消息进行解释。
发明内容
本发明提供了一种用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊的方法、装置和系统。
在本发明的一个实施例中,一种用于存储胶片颗粒图案的方法包括:把胶片颗粒图案的至少第一部分存储在内部存储器中,并且把胶片颗粒图案的至少第二部分存储在外部存储器中。
在本发明的备选实施例中,一种用于胶片颗粒仿真的装置包括:用于至少接收已编码图像和补充信息的装置,所述补充信息包括用于胶片颗粒仿真过程中的胶片颗粒特征化信息;内部存储装置,用于存储胶片颗粒图案的至少第一部分;以及外部存储装置,用于存储所述胶片颗粒仿真图案的至少第二部分。
在本发明的备选实施例中,一种用于对胶片颗粒进行仿真的系统包括:解码器,用于至少接收已编码图像和补充信息,所述补充信息包括用于胶片颗粒仿真过程中的胶片颗粒特征化信息;内部存储装置,用于存储胶片颗粒图案的至少第一部分;以及外部存储装置,用于存储所述胶片颗粒仿真图案的至少第二部分,其中所述内部存储装置位于所述解码器中。
附图说明
通过结合附图考虑下文的详细描述,可以容易地理解本发明的教导,附图中:
图1示出了根据本发明一个实施例的具有胶片颗粒仿真能力的视频解码器子系统的高级框图;以及
图2示出了图1中的胶片颗粒数据库的典型布置的高级框图。
应当理解的是,附图的目的是对本发明的概念进行说明,而且不一定是用于说明本发明的仅有的可能配置。为了便于理解,在可能的地方使用相同的附图标记指代附图中共用的相同元件。
具体实施方式
有利地,本发明提供了用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊的方法、装置和系统。尽管将主要在例如用于消费者HD DVD播放机的IC设计中的视频解码器子系统的上下文中对本发明进行描述,本发明的特定实施例不应被看作对本发明的范围做出限制。本领域的技术人员可以理解、而且从本发明的教导将会获知的是,本发明的概念可以有利地用于例如媒体播放机/接收机设备、解码器、机顶盒、电视机等中的任意胶片颗粒仿真过程中。
图1示出了根据本发明一个实施例的具有胶片颗粒仿真能力的视频解码器子系统的高级框图。图1中的视频解码器子系统100示意性地包括视频解码器(例如H.264解码器)106、视频显示和图形引擎以及胶片颗粒仿真器108、主接口110、接口控制器(例如RAM接口控制器)112以及存储器(例如外部Ram存储器)114,所述存储器114实现为用于存储远程胶片颗粒数据库104的胶片颗粒图案中至少一个小子集的胶片颗粒高速缓存。图1中的视频显示和图形引擎以及胶片颗粒仿真器108示意性地还包括以内部胶片颗粒高速缓存109示意性示出的内部存储能力。尽管在图1中内部胶片颗粒高速缓存109被示出为处于视频显示和图形引擎以及胶片颗粒仿真器108内部,然而在本发明的备选实施例中,本发明的内部胶片颗粒高速缓存可以位于图1中的视频解码器子系统的视频解码器106或其它组件之内。
图1还示出了主CPU 102和包括胶片颗粒数据库的持久性存储程序存储器(例如远程持久性存储器)104。尽管在图1中的视频解码器子系统中,主CPU 102和远程胶片颗粒数据库104被示出为包括分离的组件,然而在本发明的备选实施例中,远程胶片颗粒数据库104可以位于CPU 102的持久性存储器中。此外,尽管在图1中的视频解码器子系统中,视频解码器106、视频显示和图形引擎108、主接口100以及接口控制器112被示出为包括分离的元件,然而在本发明的备选实施例中,视频解码器106、视频显示和图形引擎108、主接口100以及接口控制器112可以包括单一的组件并被集成在单一的集成的片上系统(SoC)中。在该实施例中,图1中的视频解码器子系统100将包括内部的片上胶片颗粒高速缓存109和外部的胶片颗粒高速缓存114。
此外,尽管在图1中的视频解码器子系统中,用于存储胶片颗粒图案的装置被示出为外部Ram存储器114(高速缓存)、内部高速缓存存储器109和远程胶片颗粒数据库104,然而在本发明的备选实施例中,实质上任何可访问的存储装置都可以被实现用于维持胶片颗粒图案的子集和全体胶片颗粒图案。这种装置可以包括存储盘、磁存储介质、光存储介质或实质上任意存储装置。另外,可以针对每一个存储设备而实现一个或多个存储装置。此外,尽管图1中的胶片颗粒数据库104被示出为处于外部Ram存储器114和内部高速缓存存储器109的远端,然而在本发明的备选实施例中,胶片颗粒图案存储装置的位置可以彼此邻近或远离。
在例如图1中的视频解码器子系统100的胶片颗粒仿真系统中,远程胶片颗粒数据库104典型地相对较大。在本发明的一个实施例中,H.264视频解码器106、视频显示和图形引擎108、主接口110、接口控制器112以及外部Ram存储器114构成HD DVD播放机的组件。需要以例如HD DVD播放机的采样率来访问来自远程胶片颗粒数据库104的胶片颗粒图案。因此,需要对大型胶片颗粒数据库104的快速访问。在图1中根据本发明的视频解码器子系统100中,在补充增强信息(SEI)胶片颗粒周期中仅使用远程胶片颗粒数据库104中的一小部分,这是开发高速缓存技术以减小复杂性的方法。
更具体地,图1中的胶片颗粒仿真过程要求对胶片颗粒SEI消息进行解码,所述消息在修正1(保真度范围扩展)所规定的国际标准ITU-TRec.H.264 I ISO/IEC 14496-10比特流中传递,在此将该修正和标准的全体内容引入作为参考。在本发明的一个实施例中,胶片颗粒SEI消息在I(帧内编码)图像之前发送,而且在具体的I图像之前仅发送一个胶片颗粒SEI消息。
在本发明的一个实施例中并根据标准规范,具有胶片颗粒图案的远程胶片颗粒数据库104包括169个具有4096个胶片颗粒样本的图案,每一个图案都表示64×64的胶片颗粒图像。例如,图2示出了图1中的胶片颗粒数据库的典型布置的高级框图。图3示出了x轴为I_offset以及y轴为j_offset的64×64样本胶片颗粒图案。图2还示出了169个各种类型的胶片颗粒图案。
在胶片颗粒数据库104中,使用根据标准规范的频率滤波模型的不同截频(cur frequency)对,对每一个胶片颗粒图案进行合成。SEI消息中传输的截频用于在胶片颗粒仿真过程中访问具有胶片颗粒图案的远程胶片颗粒数据库104。胶片颗粒数据库104存储在ROM、Flash或其它持久性存储设备中,例如图1中的视频解码器子系统100的胶片颗粒数据库104,而且典型地不会发生改变。胶片颗粒数据库104包含具有很多种胶片颗粒形状和大小的随机胶片颗粒图案。然而,对于特定视频内容序列,实际上仅需要这个数据库的一个小子集来有效地对胶片颗粒进行仿真。对于任意的SEI消息周期,所述规范把胶片颗粒图案的个数限制为小子集。因此,本发明实现了小型胶片颗粒高速缓存,例如外部Ram存储器114和内部高速缓存存储器109,当接收到SEI消息时对它们进行更新。
典型地,远程胶片颗粒数据库104存储在主CPU 102的持久性存储器中或主CPU 102的位置处。然而,视频解码器106以及视频显示和图形引擎108需要对胶片颗粒数据库104的快速访问。因此,根据本发明,提供了外部存储器114和内部高速缓存109,用于对胶片颗粒图案的至少一个子集进行快速访问。就是说,如下文所述,将已有SEI消息周期所实现或所需的胶片颗粒图案中的至少一个小子集传输并存储到外部存储器114和内部高速缓存109中。
更具体地,根据本发明,用于最小化胶片颗粒仿真系统(例如图1中的视频解码器子系统100)的全部设计成本的解决方案是在解码器IC内部的高速缓存109和余下的外部存储器114之间分摊胶片颗粒图案的存储。例如,在总共将要存储10个胶片颗粒图案的实施方式中,如果内部高速缓存109存储了N个胶片颗粒图案,那么外部存储器114存储余下的10-N个胶片颗粒图案。根据本发明在内部高速缓存109和外部存储器114之间分摊胶片颗粒图案的存储提供了减小的内部存储大小的需求,从而导致减小的芯片面积和减小的典型和平均存储器带宽,优于仅具有用于存储胶片颗粒图案的外部存储器的解决方案。在本发明的多个实施例中,由于并非所有已存储的胶片颗粒图案都用于特定的胶片内容,所以根据本发明进行胶片颗粒仿真所需的存储器带宽(BW)可以减小至0。
在本发明的实施例中,不同的高速缓存分摊可以用于存储所需的胶片颗粒图案。就是说,根据本发明,任意的分摊都是可能的。存储在内部高速缓存109中的胶片颗粒图案越多,在最坏情况下需要外部存储器BW的可能性就越低。另外,由于在给定内容仿真期间不需要所有的胶片颗粒高速缓存,所以在多个情况下可以显著地减小存储器BW。
例如,在本发明的一个实施例中,其中将要存储10个胶片颗粒图案,如果一半的(5个)胶片颗粒图案存储在内部高速缓存中(例如图1中的视频解码器子系统100的内部高速缓存109),那么内部存储器大小是需要存储10个胶片颗粒图案的总存储器的一半。在本发明的这种实施例中,多数内容的存储器带宽减小至36Mbytes/sec之下,而且对于某些情况将会更小。
在上述示例中,如果10个胶片颗粒图案中仅有1个被存储在内部高速缓存中(例如N=1),那么在本发明的这种实施例中仅需要非常小数量的内部高速缓存。本发明的这种实施例仅需要很小的额外芯片面积来提供仅存储1个胶片颗粒图案所需的内部高速缓存。在该实施例中,由于可以把最频繁实施的胶片颗粒图案放置在内部高速缓存中,所以将会显著地减小存储器BW。
在本发明的备选实施例中,实现内部高速缓存和外部存储器,以分别存储亮度和色度分量。就是说,亮度分量可以置于内部高速缓存中,而色度分量可以置于外部存储器中。在本发明的这个实施例中,可以保证在最坏情况下胶片颗粒仿真的存储器BW为36Mbytes/sec(仅针对色度分量),而且内部高速缓存的大小仅需要保存高速缓存中的亮度部分。然而,本发明的该实施例要求胶片颗粒仿真规范包括对亮度高速缓存大小和色度高速缓存大小之间的分摊的定义,该定义用于配置内部高速缓存和外部存储器。
在本发明的亮度/色度分摊的实施例中,仅有一个色度分量存储在外部存储器中,存储器BW被降低至每秒18Mbytes。该实施例要求更多的内部高速缓存,但小于最大值。
在本发明的另一个实施例中,胶片颗粒仿真过程中的SEI消息包括指示已存储胶片颗粒图案的优先顺序的附加信息。例如,图1中的视频解码器子系统100使用这个优先顺序,把最频繁需要的胶片颗粒图案存储在解码器IC的内部高速缓存中,从而最优化了内部高速缓存的使用并最小化了外部存储器BW。对于胶片颗粒仿真过程,这可以利用新的SEI语法元素来完成,其特征由下面的等式1来描述:
fg_pattern_priority-specifies the[h,v]pair of cutfrequencies in priority order.[h,v]
=(comp_model_value[j][i][1],comp_model_value[j][i][2])
(1)
在本发明的另一个实施例中,从标准化的胶片颗粒SEI消息中导出胶片颗粒图案的优先顺序。就是说,由于SEI消息包含强度间隔列表,每一个强度间隔具有其自有的胶片颗粒参数,所以可以根据强度间隔的优先级而列出这些强度间隔(代替了利用增加的强度间隔限度而列出强度间隔)。应当注意的是,这个改变与H.264 I MPEG AVC标准兼容。这样,对于每一个颜色分量,排在前面的N个胶片颗粒图案存储在内部高速缓存中,因为这N个胶片颗粒图案是最频繁实施的胶片颗粒图案。另外,可以产生用于在颜色分量之间进行优先顺序排序的规则。例如,将排在前面的N/2个Y胶片颗粒图案、排在前面的N/4个U胶片颗粒图案以及排在前面的N/4个V胶片颗粒图案置于内部高速缓存中,而余下的胶片颗粒图案存储在外部存储器中。
已经描述了用于胶片颗粒仿真的胶片颗粒高速缓存分摊的方法、装置和系统(意欲作为示意性而非限制性),要注意的是,本领域的技术人员根据上述教导可以做出修改和改变。因此可以理解的是,在由所附权利要求限定的本发明的范围和精神内,可以对所公开的本发明的具体实施例进行改变。虽然上文描述了本发明的多个实施例,在不背离本发明的基本范围的前提下,可以想到本发明的其它和另外的实施例。因此,根据所附权利要求来确定本发明的适当范围。
Claims (21)
1.一种用于存储胶片颗粒图案的方法,包括:
把所述胶片颗粒图案的至少第一部分存储在内部存储器中;以及
把所述胶片颗粒图案的至少第二部分存储在外部存储器中。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述内部存储器位于视频解码器中。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述内部存储器位于视频解码器集成电路芯片中。
4.根据权利要求3所述的方法,其中仅把所述胶片颗粒图案中的一小部分存储在所述内部存储器中,从而仅需要小的额外芯片面积以提供所述内部存储器。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述内部存储器至少存储有胶片颗粒仿真过程中最经常实施的胶片颗粒图案。
6、根据权利要求1所述的方法,其中所述内部存储器和所述外部存储器一同存储胶片颗粒仿真过程中需要的所有胶片颗粒图案。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述胶片颗粒图案中的亮度分量和色度分量分别存储在所述内部存储器和所述外部存储器中。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述亮度分量存储在所述内部存储器中,而且所述色度分量存储在所述外部存储器中。
9.根据权利要求1所述的方法,其中从标准化胶片颗粒补充信息消息中导出用于把所述胶片颗粒图案存储在所述内部存储器和所述外部存储器中的优先顺序。
10.一种用于存储胶片颗粒仿真过程中的胶片颗粒图案的方法,包括:
在内部高速缓存和外部存储器之间分摊胶片颗粒图案的存储。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述内部高速缓存位于视频解码器中。
12.根据权利要求10所述的方法,其中所述内部高速缓存位于视频解码器集成电路芯片中。
13.根据权利要求12所述的方法,其中仅把所述胶片颗粒图案中的一小部分存储在所述内部高速缓存中,从而仅需要小的额外芯片面积以提供所述内部高速缓存。
14.根据权利要求10所述的方法,其中所述内部高速缓存至少存储有所述胶片颗粒仿真过程中最经常实施的胶片颗粒图案。
15.根据权利要求10所述的方法,其中从标准化胶片颗粒补充信息消息中导出用于把所述胶片颗粒图案存储在所述内部存储器和所述外部存储器中的优先顺序。
16.一种装置,包括:
用于至少接收已编码图像和补充信息的装置,所述补充信息包括用于胶片颗粒仿真过程中的胶片颗粒特征化信息;
内部存储装置,用于存储胶片颗粒图案的至少第一部分;以及
外部存储装置,用于存储所述胶片颗粒仿真图案的至少第二部分。
17.根据权利要求15所述的装置,其中所述用于接收的装置是解码器。
18.根据权利要求16所述的装置,其中所述内部存储装置包括内部高速缓存。
19.根据权利要求16所述的装置,其中所述内部存储装置至少包括所述胶片颗粒仿真过程中最经常实施的胶片颗粒图案。
20.一种用于对胶片颗粒进行仿真的系统,包括:
解码器,用于至少接收已编码图像和补充信息消息,所述补充信息消息包括用于胶片颗粒仿真过程中的胶片颗粒特征化信息;
内部存储装置,用于存储胶片颗粒图案的至少第一部分;以及
外部存储装置,用于存储所述胶片颗粒仿真图案的至少第二部分。
21.根据权利要求20所述的系统,其中所述内部存储装置位于所述解码器中。
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