CN101110955A - 用于恢复图像的设备和方法 - Google Patents

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CN101110955A CNA2007100963663A CN200710096366A CN101110955A CN 101110955 A CN101110955 A CN 101110955A CN A2007100963663 A CNA2007100963663 A CN A2007100963663A CN 200710096366 A CN200710096366 A CN 200710096366A CN 101110955 A CN101110955 A CN 101110955A
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Abstract

提供了一种通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的方法和设备。所述方法包括：使用软件执行第一恢复功能；使用硬件执行第二恢复功能。从而，可实时恢复和再现具有高分辨率的图像。

Description

用于恢复图像的设备和方法
技术领域
本发明涉及图像再现，更具体地讲，涉及恢复压缩的运动图像的运动图像再现。
背景技术
通常，运动图像数据大于静止图像数据、音频数据和文本数据。因此，运动图像通常被压缩编码以进行传输和存储。
运动图像再现是指再现传输的或者存储的运动图像。也就是说，运动图像再现通常指恢复压缩的运动图像。
在一系列的处理中执行运动图像再现。例如，当根据ITU-T(国际电信联盟标准化组)的H.264标准或者ISO/IEC JTC1的MPEG4-AVC(高级视频编码)执行运动图像再现时，所述一系列的处理可包括熵解码、逆量化、逆离散余弦变换、运动补偿等。
后来，提出了使用软件执行这样一系列处理的用于恢复图像的设备(比如，DSP(数字信号处理器)等)。然而，所述设备比较大并且功耗高，因此在商业上没有竞争性。
因此，还提出了使用硬件来执行所述一系列处理的用于恢复图像的设备。然而，在所述设备中，因为当所述系列处理需要频繁访问某一存储器时不能快速完成图像恢复，所以不能实时恢复图像。当将被恢复的图像是高质量的图像时，这样的问题是严重的。
发明内容
本发明提供了一种不管将使用软件或硬件来执行在恢复块时执行的恢复功能，通过预先设置多个恢复功能的每个恢复功能来有效快速地恢复块的用于恢复图像的设备。
本发明还提供了一种本发明提供了一种不管将使用软件或硬件来执行在恢复块时执行的恢复功能，通过预先设置多个恢复功能的每个恢复功能来有效快速地恢复块的用于恢复图像的方法。
本发明还提供了一种其上记录有用于执行不管将使用软件或硬件来执行在恢复块时执行的恢复功能，通过预先设置多个恢复功能的每个恢复功能来有效快速地恢复块的用于恢复图像的方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的一方面，提供了一种通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的设备，所述设备包括：第一恢复单元，使用软件执行第一恢复功能；第二恢复单元，使用硬件执行第二恢复功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的方法，所述方法包括：使用软件执行第一恢复功能；使用硬件执行第二恢复功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种其上记录有用于执行通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：使用软件执行第一恢复功能；使用硬件执行第二恢复功能。
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特征和优点将会变得清楚，其中：
图1是用于描述图像的编码和解码的示意框图；
图2是示出根据本发明实施例的图1所示的编码器的框图；
图3是示出根据本发明实施例的图1所示的解码器的框图；
图4是示出根据本发明实施例的用于恢复图像的设备的框图；
图5是用于描述根据本发明实施例的图像恢复原理的时序图。
具体实施方式
下面，将参照附图更详细地描述本发明，其中本发明的示例性实施例被显示在附图中。
图1是包括编码器110和解码器120的用于描述图像的编码和解码的示意性框图。
编码器110通过对通过输入端口IN1输入的图像编码产生比特流，并将产生的比特流发送到解码器120。这里，图像可以是运动图像。也就是，图像可由连续的多个帧形成。此时，每一帧可由多个块形成。
解码器120通过对从编码器110发送的比特流解码而恢复图像，并将图像输出到输出端口OUT1。当编码器110在对图像编码时使用了无损压缩技术时，恢复的图像完全与通过输入端口IN1输入的图像相同。类似地，当编码器110在对图像编码时使用了有损压缩技术时，恢复的图像与通过输入端口IN1输入的图像相似，而不与所述输入的图像完全相同。
关于使用软件或者硬件是否将更快地执行相应的恢复功能，根据本发明实施例的恢复图像的设备和方法提出了这样的一种技术，基于关于每个恢复功能的估计使用软件或者硬件来执行每个恢复功能，其中，所述每个恢复功能在解码器120中执行。这里，所述恢复功能是可在解码器120中执行的功能。
在对本发明实施例的设备和方法进行描述之前，将简要描述一下图1所示的编码器110和解码器120。
可根据由ITU-T在1989年建立的H.261的建议或者由ISO/IEC JTC1在1991年建立的MPEG-1(ISO/IEC 11172-1)标准来实现编码器110和解码器120。
类似地，根据由ITU-T和ISO/IEC JTC1在1994年建立的H.262/MPEG-2(ISO/IEC 13818-2)标准来实现编码器110和解码器120。详细地讲，可根据简单类(SP)、主要类(MP)或高级类(HP)来实现编码器110和解码器120。
另一方面，可根据由ITU-T在1996年建立的H.263的建议或者由ISO/IECJTC1建立的MPEG-4部分2(ISO/IEC 14496-2)标准来实现编码器110和解码器120。
类似地，可根据由ITU-T和ISO/IEC JTC1在2003年建立的H.264/MPEG-4 AVC (ISO/IEC 14496-10)标准来实现编码器110和解码器120。详细地讲，可根据基本类(BP)、主要类(MP)、或扩展类(EP)来实现编码器110和解码器120。
图2和图3分别是如图1所示的编码器110和解码器120的示例。
在图2和图3中分别显示的编码器110和解码器120可基于编码器110和解码器120是否遵从H.261、MPEG-1标准、H.262/MPEG-2标准、H.263的建议、MPEG-4部分2的标准或者H.264/MPEG-4AVC标准而有所不同。
图2是示出根据本发明实施例的图1所示的编码器110的框图。编码器110可包括运动估计单元212、参考图像存储单元214、运动补偿单元216、空间转换单元218、量化单元220、逆量化单元222、逆空间变换单元224、重新排列单元226、零编码单元228和熵编码单元230。
编码器110可以以帧间模式或者帧内模式对通过输入端口IN2输入的图像编码。输入端口IN2与图1所示的输入端口IN1相同。
这里，帧间模式是使用运动补偿来对图像编码(或者解码)的方法，而帧内模式是不使用运动补偿而对图像编码(或者解码)的方法。
当编码器110以帧间模式对图像编码时，从运动估计单元212到熵编码单元230所有的单元都操作。另一方面，当编码器110以帧内模式对图像编码时，运动补偿单元216、逆量化单元222和逆空间变换单元224不操作。
现在将描述基于帧间模式的编码器110的操作。为便于描述，将描述执行基于块的运动补偿的编码器110的操作。
运动估计单元212从参考帧中搜索与关注块(interest block)最匹配的m×n的块(这里，关注块是m×n的块，其中，m和n是自然数并且m×n的块是包括排列在n列中的m个像素的块)。通过上述处理获得的块被称作估计块。
这里，关注块是当前将被编码的块，参考帧是先前已经被编码的一个或者更多帧。参考帧被存储在参考图像存储单元214中，运动估计单元212读取并使用存储在参考图像存储单元214中的参考帧。
运动补偿单元216通过从关注块减去估计块来产生误差块。另一方面，运动补偿单元216还产生作为显示关注块与估计块的相对位置的矢量的运动矢量(MV)。
如上所述，关注块、估计块和误差块都是m×n的块并由像素值形成。
空间转换单元218将像素值转换为频率值。详细地讲，空间变换单元218将形成误差块的数据聚集在低频带。
更具体地讲，空间转换单元218可执行离散余弦变换(DCT)。关于DCT的详细介绍在Academic Press出版的由K.R.Rao和P.Yip撰写的“DiscreteCosine Transform”中公开。在这种情况下，空间变换单元218将包括在误差块中的m×n像素值转换为m×n的DCT系数。
量化单元220对在空间转换单元218中产生的DCT系数进行量化。此时，量化单元220可执行线性量化或者非线性量化。具体地讲，量化单元220执行非线性量化以生成不大(即，在0，0附近)的DCT系数。
逆量化单元222和逆空间变换单元224操作以生成在对接下来将被编码的关注块编码时使用的参考帧。
逆量化单元222对量化单元220的量化结果进行逆量化，逆空间变换单元224对逆量化单元222的逆量化结果执行逆空间变换(例如，逆DCT)。从而，逆空间变换单元224产生误差块。
在这种情况下，产生的误差块和由运动估计单元212搜索的估计块被相加在一起以恢复关注块，并且恢复的关注块作为参考帧的一部分被存储在参考图像存储单元214中。
重新排列单元226在以z字形模式对在量化单元220中量化的结果进行扫描的同时，对量化结果重新排列。零编码单元228可执行run-level(RL)编码。详细地讲，零编码单元228可更简单地表示重新排列的值。更详细地讲，零编码单元228可以以一系列的(run，level)来表示重新排列的值。这里，run是在非0的重新排列的值前面0的个数，而level是非0的重新排列的值。
熵编码单元230对在零编码单元228中编码的结果进行熵编码。另外，熵编码单元230对在运动补偿单元216中产生的运动矢量进行熵编码。在熵编码单元230中进行熵编码的结果以单个比特流通过输出端口OUT2被输出。
现在将描述以帧内模式操作的编码器110的操作。
空间转换单元218对通过输入端口IN2输入的图像的像素值转换为频率值。详细地讲，空间变换单元218收集在低频带形成图像的数据。更详细地讲，空间转换单元218可执行DCT。在这种情况下，量化单元220对在空间变换单元218中产生的DCT系数进行量化。
重新排列单元226在以z字形模式扫描在量化单元220中量化的结果同时，重新排列量化的结果。零编码单元228可执行RL编码。
熵编码单元230对在零编码单元228中编码的结果进行熵编码。然后熵编码单元230将熵编码的结果以单个比特流输出到输出端口OUT2。
图3是示出根据本发明实施例的图1中所示的解码器120的框图。解码器120包括熵解码单元312、零解码单元314、逆重新排列单元316、逆量化单元318、逆空间变换单元320、运动估计单元322和参考图像存储单元324。
解码器120可以以帧间模式或帧内模式对通过输入端口IN3输入的比特流解码。通过输入端口IN3输入的比特流可以是通过图2所示的输出端口OUT2输出的比特流。
当解码器120以帧间模式对比特流解码时，从熵解码单元312到参考图像存储单元324所有的单元操作。另一方面，当解码器120以帧内模式对比特流解码时，运动估计单元322不操作。
现在将描述基于帧间模式操作的解码器120的操作。
熵解码单元312对通过输入端口IN3输入的比特流进行熵解码。从而，熵解码单元312从通过输入端口IN3输入的比特流提取在零编码单元228中进行RL编码的结果和在运动补偿单元216中产生的运动矢量。
零解码单元314执行RL解码，逆重新排列单元316产生在量化单元220中的量化结果。
逆量化单元318对从逆重新排列单元316输入的量化单元220中产生的结果进行逆量化，逆空间变换单元320对在逆量化单元318中的逆量化结果执行逆空间变换(例如，逆DCT)。从而，逆空间变换单元318产生误差块。
运动估计单元322使用从熵解码单元312提取的运动矢量从存储在参考图像存储单元324中的参考帧中搜索估计块。
在这种情况下，在逆空间变换单元318中产生的误差块和在运动估计单元322中搜索的估计块被相加在一起以恢复关注块。恢复的关注块通过输出端口OUT3被输出。另外，恢复的关注块作为参考帧的一部分被存储在参考图像存储单元324中。
现在将描述基于帧内模式操作的解码器120的操作。
熵解码单元312从通过输入端口IN3输入的比特流提取在零编码单元228中进行RL编码的结果。
零解码单元314执行RL解码，逆重新排列单元316产生在量化单元220中的量化结果。
逆量化单元318对在量化单元220中产生的并且从逆重新排列单元316输入的结果逆量化，逆空间变换单元320对在逆量化单元318中的逆量化的结果执行逆空间变换(例如，逆DCT)。从而，逆空间变换单元318恢复图像并通过输出端口OUT4输出恢复的图像。恢复的图像可被存储在参考图像存储单元324中。
图4是示出根据本发明实施例的恢复图像的设备的框图。所述设备可包括第一恢复单元410、第二恢复单元420和存储器(未示出)。在图4中，输入端口IN4与图3中所示的输入端口IN3相同，输出端口OUT5与图3中所示的输出端口OUT3或者OUT4相同。
第一恢复单元410、第二恢复单元420和存储器与图1所示的解码器120相同。详细地讲，在构成图1所示的解码器120的多个部件之中，第一恢复单元是所述多个部件的一个部件，而第二恢复单元420是所述多个部件的另一个部件，存储器是包括所述多个部件的其他部件的某一存储空间。
例如，第一恢复单元410是图3中所示的从熵解码单元312到逆空间变换单元320的每一部件，第二恢复单元420是图3中所示的运动估计单元322，存储器可包括参考图像存储单元324。
下面将介绍第一恢复单元410、第二恢复单元420和存储器的详细功能。
第一恢复单元410通过使用软件执行至少一个第一恢复功能。例如，第一恢复单元410可使用数字信号处理器(DSP)实现。
类似地，第二恢复单元420通过使用硬件来执行至少一个第二恢复功能。
这里，第一恢复功能是通过使用软件执行的恢复功能，而第二恢复功能是通过使用硬件执行的恢复功能。参照图3，解码器120A通过执行总的六个恢复功能来恢复图像(具体地讲，一个块)，所述六个恢复功能是熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化、逆空间变换和运动估计。如上所述，当第一恢复单元410是图3所示的从熵解码单元312到逆空间变换单元320的每一部件，并且第二恢复单元420是图3所示的运动估计单元322时，熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化和逆空间变换是第一恢复功能，而运动估计是第二恢复功能。
在比特流被输入到输入端口IN4之前，最好预先确定哪些恢复功能被用作第一恢复功能或者第二恢复功能。此时，可以如下所述来确定第一和第二恢复功能的标准。
当使用软件来执行某一恢复功能所估计的时间小于使用硬件来执行恢复功能所估计的时间时，恢复功能可被确定为第一恢复功能。
类似地，当使用软件来执行某一恢复功能所估计的时间大于使用硬件来执行恢复功能所估计的时间时，恢复功能可被确定为第二恢复功能。
当使用软件来执行某一恢复功能所估计的时间与使用硬件来执行恢复功能所估计的时间相同时，恢复功能可被确定为第一恢复功能或第二恢复功能。
这样按照时间估计的标准可能不明确。从而，第一和第二恢复功能的标准可如下表示。
当在执行恢复功能时需要的访问频率预期小于预定的第一阈值时，恢复功能被确定为第一恢复功能。当在执行恢复功能时需要的存储器访问频率预期超过预定第一阈值时，恢复功能被确定为第二恢复功能。当在执行恢复功能时需要的存储器访问频率与预定的第一阈值相同时，恢复功能被确定为第一或者第二恢复功能。参照图3，由于运动估计需要使用参考帧，所以运动估计可被确定为第二恢复功能。另一方面，熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化和逆空间变换中的每一个比运动估计访问存储器相对较少。因此熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化和逆空间变换可被确定为第一恢复功能。
同时，第一和第二恢复功能的标准可如下表示。
当在执行恢复功能时执行的运算次数预期超过预定的第二阈值时，恢复功能被确定为第一恢复功能。当在执行恢复功能时执行的运算次数预期小于预定的第二阈值时，恢复功能被确定为第二恢复功能。在执行恢复功能时执行的运算次数预期与预定的第二阈值相同时，恢复功能被确定为第一或第二恢复功能。参照图3，由熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化和逆空间变换中的每一个执行的运算次数预期小于运动估计的运算次数。从而，熵解码、零解码、逆重新排列、逆量化和逆空间变换可被确定为第一恢复功能。
存储器是与第一恢复单元410和第二恢复单元420中的至少一个连接的某一存储空间。当存储器被连接到第一恢复单元410时，存储器存储在操作第一恢复功能410时产生的数据和在操作第一恢复单元410时使用的数据等。相似地，当存储器被连接到第二恢复单元420时，存储器存储在操作第二恢复功能420时产生的数据和在操作第二恢复单元420时使用的数据等。
图5是描述根据本发明实施例的图像恢复原理的时序图。
根据本发明的当前实施例，至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能可同时执行。也就是说，根据当前实施例的恢复图像的设备和方法可并行处理多个恢复功能。
为便于描述，第一恢复单元410是图3所示的从熵解码单元312到逆空间变换单元320中的每一个，第二恢复单元420是图3所示的运动估计单元322，图3所示的解码器120A以帧间模式操作。从而，将参照图3和图4来描述图5。
第一恢复单元410对通过输入端口IN4输入的比特流进行熵解码(熵解码的时间＝0)。从而，从比特流中，第一恢复单元410提取在运动补偿单元216中产生的运动矢量(MV)和在零编码单元228中的RL编码的结果。在这种情况下，第一恢复单元410可在提取零编码单元228的RL编码结果之前提取运动补偿单元216中产生的MV。
第二恢复单元420在存储器(未示出)中读取参考帧。这里，如图5所示，在熵解码被第一恢复单元执行的情况下，由第一恢复单元410执行的熵解码的一部分与由第二恢复单元420读取参考帧的一部分有些重叠。换句话说，作为第一恢复功能的熵解码和作为第二恢复功能的运动估计(详细地讲，读取的参考帧)可被并行执行。
在熵解码已经被执行之后，第一恢复单元410执行逆量化和逆空间变换。另外，第二恢复单元420使用提取的在运动补偿单元216中产生的运动矢量，从读取的参考帧中搜索估计块。
这里，如图5所示，由第一恢复单元410执行逆量化和逆空间变换的一部分和由第二恢复单元420读取参考帧的一部分有些重叠。也就是说，作为第一恢复功能的逆量化和逆空间变换与作为第二恢复功能的运动估计(详细地讲，读取的参考帧)可被并行执行。
另外，如图5所示，由第一恢复单元410执行逆量化和逆空间变换的一部分和由第二恢复单元420搜索估计块的一部分有些重叠。也就是说，作为第一恢复功能的逆量化和逆空间变换与作为第二恢复功能的运动估计(详细地讲，搜索的估计块)可被并行执行。
第二恢复单元420使用第一恢复单元410种的逆空间变换的结果和在第二恢复单元420中的搜索的估计块来恢复关注块(恢复完成时间＝Tf)。
本发明还可在计算机可读记录介质上被实现为计算机可读代码。所属计算机可读记录介质是可存储随后能由计算机系统读出的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学存储装置和载波(比如通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质还可分布在网络连接的计算机系统上，从而计算机可读代码以分布式方式而被存储和执行。
如上所述，根据本发明的恢复图像的设备和方法可通过预先设置多个在恢复块时执行的恢复功能的每一个恢复功能而快速地恢复块，其中，使用软件或者硬件并执行预先设置的每个恢复功能可相对快速地执行恢复功能。详细地讲，使用硬件来执行具有相对高的存储器访问频率的恢复功能，使用软件来执行具有相对高的执行的运算次数的恢复功能。从而，可实时恢复和再现高分辨率图像。这样的效果在第一恢复功能和第二恢复功能并行执行时更为有利。
此外，利用根据本发明的恢复图像的设备的包括运动图像再现功能的芯片可被实现在具有小功耗的系统芯片(SoC)上。另外，根据本发明的恢复图像的设备和方法，可使用软件来执行熵解码，这使得熵解码是可编程的。从而，考虑用于产生比特流的熵编码的类型可容易地改变熵解码的类型。
尽管参照本发明的示例性实施例已经具体显示并描述了本发明，本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的设备，所述设备包括：
第一恢复单元，使用软件执行第一恢复功能；
第二恢复单元，使用硬件执行第二恢复功能。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个第一恢复功能和所述至少一个第二恢复功能可同时执行。
3.如权利要求1所述的设备，其中，在执行第一恢复功能时需要的存储器访问频率小于在执行第二恢复功能时需要的存储器访问频率。
4.如权利要求1所述的设备，其中，在执行第二恢复功能时执行的运算次数小于在执行第一恢复功能时执行的运算次数。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个第一恢复功能包括熵解码、逆量化和逆离散余弦变换，所述至少一个第二恢复功能包括运动估计。
6.一种通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的方法，所述方法包括：
使用软件执行第一恢复功能；
使用硬件执行第二恢复功能。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个第一恢复功能和所述至少一个第二恢复功能可同时执行。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在执行第一恢复功能时需要的存储器访问频率小于在执行第二恢复功能时需要的存储器访问频率。
9.如权利要求6所述的方法，其中，在执行第二恢复功能时执行的运算次数小于在执行第一恢复功能时执行的运算次数。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个第一恢复功能包括熵解码、逆量化和逆离散余弦变换，所述至少一个第二恢复功能包括运动估计。
11.一种其上记录有用于执行通过执行至少一个第一恢复功能和至少一个第二恢复功能来恢复块的用于恢复图像的方法的计算机程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：
使用软件执行第一恢复功能；
使用硬件执行第二恢复功能。
CN2007100963663A 2006-07-19 2007-04-16 用于恢复图像的设备和方法 Active CN101110955B (zh)

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