CN101179724A - 帧间压缩编码中的帧存储方法及装置 - Google Patents

帧间压缩编码中的帧存储方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种帧间压缩编码中的帧存储方法和一种实现帧间压缩编码的装置。由于在当前宏块在参考帧中的搜索区域上限之上的部分对于当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿已不再需要，因此，本发明将当前宏块对应的重构宏块存储于参考帧中位于搜索区域上限之上的部分所对应存储空间，实现参考帧与重构帧的存储空间复用，从而无需两个完整帧尺寸的物理存储器，降低了帧间压缩编码的硬件成本。

Description

帧间压缩编码中的帧存储方法及装置
技术领域
本发明涉及视频编码技术，特别涉及基于第4代运动图像专家组(MPEG4)标准的一种帧间压缩编码中的帧存储方法和一种实现帧间压缩编码的装置。
背景技术
在实时数码视频流中，通常利用压缩编码处理单元对各输入帧进行基于MPEG4标准的压缩编码，从而得到最终的输出码流。
其中，压缩编码分为帧内压缩编码和帧间压缩编码。帧内压缩编码过程仅涉及当前待压缩编码的一个输入帧，例如I帧；帧间编码包括运动估计和运动补偿两个过程，通常需要其他帧作为参考帧，再利用参考帧对当前输入帧进行压缩编码。
帧间压缩编码的过程可以如图1至图5所示。
图1为现有帧间压缩编码的前一次运动估计过程的示意图。如图1所示，帧A为参考帧，是对帧B的前一输入帧进行压缩编码之后得到并存储于存储器1中的；帧B为当前输入帧；帧A和帧B中均包括多个16行×16列的宏块。
图2为现有帧间压缩编码的运动估计中搜索区域的示意构图。从帧B的第一行第一个的宏块开始，以帧B中当前宏块所对应的位置为中心，在作为参考帧的帧A中，按照如图2所示的宏块大小+/-N个像素行的运动估计搜索区域(宏块大小的各方向上延伸N个像素)，寻找与帧B中当前宏块最佳匹配的匹配宏块。
将帧B中的当前宏块减去帧A中的匹配宏块，得到亮度、色度的残差宏块，同时根据帧B中的当前宏块与帧A中的匹配宏块的位置差，得到当前宏块的的运动矢量，实现对帧B的运动估计。
对帧B中每个宏块编码后得到的残差宏块和运动矢量，在压缩后即可作为帧B的码流输出。
图3为现有帧间压缩编码的前一次运动补偿过程的示意图。如图3所示，在输出码流的同时，对于帧B中每个宏块编码后的残差宏块和运动矢量，还需要依次进行解码，并在解码后与该宏块对应的帧A中的匹配宏块相加，得到该宏块对应的重构宏块，帧B中每个宏块的重构宏块即构成了帧B的重构帧B’，实现对帧B的运动补偿。
然后，将重构帧B’存储于存储器2中，作为下一个输入帧的参考帧。
图4为现有帧间压缩编码的后一次运动估计过程的示意图。如图4所示，重构帧B’为参考帧；帧C为当前输入帧；重构帧B’和帧C中均包括多个16行×16列的宏块。
与前一次运动估计相同，在重构帧B’中寻找与帧C中当前宏块最佳匹配的匹配宏块，并将帧C中的当前宏块减去重构帧B’中的匹配宏块，得到亮度、色度的残差宏块，同时根据帧C中的当前宏块与重构帧B’中的匹配宏块的位置差，得到当前宏块的的运动矢量，实现对帧C的运动估计。
对帧C中每个宏块编码后得到的残差宏块和运动矢量，在压缩后即可作为帧C的码流输出。
图5为现有帧间压缩编码的后一次运动补偿过程的示意图。如图5所示，在输出码流的同时，同样对于帧C中每个宏块编码后的残差宏块和运动矢量，还需要依次进行解码，并在解码后与该宏块对应的重构帧B’中的匹配宏块相加，得到该宏块对应的重构宏块，帧C中每个宏块的重构宏块即构成了帧C的重构帧C’，实现对帧C的运动补偿。
然后，将重构帧C’存储于存储器1中，覆盖原有的帧A，作为再下一个输入帧的参考帧。
如此反复交替，对利用一个存储器中存储的参考帧对当前输入帧进行帧间压缩编码后，均将该帧的重构帧作为下一输入帧的参考帧，并存储于另一存储器中，覆盖前一输入帧的参考帧。
由上述过程可见，现有帧间压缩编码过程中，对于每一帧的压缩编码均需要两块完整帧尺寸的存储器来分别存储完整的参考帧和完整的重构帧，使得帧间压缩编码的硬件成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种帧间压缩编码中的帧存储方法和一种实现帧间压缩编码的装置，能够降低存储参考帧和重构帧的硬件成本。
本发明提供的一种帧间压缩编码中的帧存储方法，设置搜索区域的大小小于整帧尺寸，该方法包括：
判断当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在至少一个宏块行的空间，如果是，则将当前宏块所对应的重构帧存储于所述参考帧中该空间的对应位置；
否则，将当前宏块所对应的重构帧存储于参考帧之外的对应存储空间。
所述搜索区域的大小为一个宏块大小在各方向上延伸至少一个像素的距离。
所述一个宏块行包括16个像素行。
所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间分别位于不同的物理存储器中。
所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间位于同一物理存储器中。
本发明提供的一种实现帧间压缩编码的装置，包括：压缩编码单元、以及用于存储参考帧和重构帧的存储单元，该装置还包括：存储空间分配单元，其中，
所述存储空间分配单元，用于当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在至少一个宏块行的空间，如果是，则将所述压缩编码单元得到的当前宏块所对应的重构帧，存储于参考帧中该空间对应的存储单元中的存储空间；否则，将当前宏块所对应的重构帧存储于存储单元中参考帧之外的对应存储空间；
所述搜索区域的大小小于整帧尺寸。
所述搜索区域的大小为一个宏块大小在各方向上延伸至少一个像素的距离。
所述一个宏块行包括16个像素行。
所述存储单元包括两个物理存储器，所述参考帧之外的存储空间位于其中一个物理存储器中，参考帧占用的存储空间则位于另一个物理存储器中。
所述存储单元包括一个物理存储器，所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间均位于该物理存储器中。
由上述技术方案可见，由于在当前宏块在参考帧中的搜索区域上方存在至少一个宏块行的可用空间时，参考帧中位于该可用空间的部分对于当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿已不再需要，因此，将当前宏块对应的重构宏块存储于参考帧中该可用空间的对应存储空间，实现参考帧与重构帧的存储空间复用，从而无需两个完整帧尺寸的物理存储器，降低了帧间压缩编码的硬件成本。
附图说明
图1为现有帧间压缩编码的前一次运动估计过程的示意图。
图2为现有帧间压缩编码的运动估计中搜索区域的示意构图。
图3为现有帧间压缩编码的前一次运动补偿过程的示意图。
图4为现有帧间压缩编码的后一次运动估计过程的示意图。
图5为现有帧间压缩编码的后一次运动补偿过程的示意图。
图6a至图6c为本发明中帧间压缩编码中参考帧和重构帧复用存储空间的示意图。
图7为本发明中帧间压缩编码中的帧存储方法的示例性流程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
在帧间压缩编码过程中，对于当前输入帧中宏块的运动估计和运动补偿均是从第一宏块行(一个宏块行等于如前所述的16个像素行)开始的，且当前输入帧的每一个当前宏块在参考帧中对应的搜索区域大小相同、中心位置与当前宏块相同。因此，只要搜索区域的大小小于整帧尺寸，当完成当前输入帧的一个或几个宏块行的运动估计和运动补偿后，输入帧中的当前宏块在参考帧中对应的搜索区域上限(搜索区域的第一行)，会位于参考帧上限(即参考帧的第一行)的下方、且与参考帧的上限具有至少一个宏块行的间距，而参考帧中与该至少一个宏块行所对应的部分，在当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿过程中将不再需要。此时，本发明将前输入帧后续宏块运动估计和运动补偿后所得到的重构宏块存储于参考帧的该部分区域所对应的存储空间，并覆盖参考帧的该部分区域，该部分区域所对应的存储空间即可看作参考帧与重构帧复用的存储空间。
这样，由于参考帧和重构帧能够复用部分存储空间，因此，只需要小于两个整帧的存储空间，而不需要两个完整帧尺寸的存储器，从而降低了帧间压缩编码的硬件成本。
图6a至图6c为本发明中帧间压缩编码中参考帧和重构帧复用存储空间的示意图。假设搜索区域大小为宏块大小+/-N、N为16行(一个宏块行)，即参考帧中搜索区域的大小为3×3个宏块、切中心位置与当前宏块相同。
参见图6a，当进行当前输入帧第一个宏块行的运动估计和运动补偿时，参考帧中的搜索区域上限超出参考帧上限；当完成当前输入帧第一个宏块行的运动估计和运动补后，构成重构帧的重构宏块存储于参考帧之外的一个宏块行的存储空间内。
参见图6b，当进行当前输入帧第二个宏块行的运动估计和运动补偿时，参考帧中的搜索区域上限与参考帧上限平齐；当完成当前输入帧第二个宏块行的运动估计和运动补后，构成重构帧的重构宏块再占用参考帧之外的又一个宏块行的存储空间内。
参见图6c，当进行当前输入帧第三个宏块行的运动估计和运动补偿时，参考帧中的搜索区域上限位于参考帧上限之下、且与参考帧上限之间具有一个宏块行的间距，且参考帧中第一个宏块行所对应的区域，对于当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿已不再需要；当完成当前输入帧第三个宏块行的运动估计和运动补后，构成重构帧的重构宏块覆盖存储于参考帧的第一个宏块行所占的存储空间，实现参考帧与重构帧的存储空间复用。
可见，对于上述情况，所需的存储空间大小为一个整帧尺寸与两个宏块行之和，相比于现有方案，降低了硬件成本。
实际应用中，N的大小、即搜索区域的大小可任意设定，只需保证搜索区域小于整帧尺寸即可。而对于不同大小的N，参考帧和重构帧所占用的存储空间大小为：整帧+16个像素行+N。
图7为本发明中帧间压缩编码中的帧存储方法的示例性流程。如图7所示，本发明中帧间压缩编码中的帧存储方法包括：
步骤700，设置小于整帧尺寸的搜索区域。
本步骤中，搜索区域的大小可以为一个宏块大小在各方向上延伸一个宏块行的距离。其中，一个宏块行包括16个像素行。中
步骤701，判断当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在一个宏块行的可用空间，即搜索区域上限是否位于参考帧上限的下方、且搜索区域上限与参考帧上限的间距是否大于一个宏块行，如果是，则执行步骤702，否则，执行步骤703。
步骤702，将当前宏块所对应的重构帧存储于参考帧中位于搜索区域上限之上的部分所对应的存储空间，并返回步骤701。
步骤703，将当前宏块所对应的重构帧存储于参考帧之外的对应存储空间，并返回步骤701。
至此，本流程结束。
上述流程中，参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间可以分别位于不同的物理存储器中，也可位于同一物理存储器中。
由上述流程可见，在当前宏块在参考帧中的搜索区域上限位于参考帧上限的下方时，参考帧中位于搜索区域上限之上的部分对于当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿已不再需要，因此，将当前宏块对应的重构宏块存储于参考帧中位于搜索区域上限之上的部分所对应的存储空间，实现参考帧与重构帧的存储空间复用，从而无需两个完整帧尺寸的物理存储器，降低了帧间压缩编码的硬件成本。
基于上述方法，本发明还提供了一种实现帧间压缩编码的装置，包括用于实现压缩编码并生成重构帧的压缩编码单元、以及用于存储参考帧和重构帧的存储单元，但该装置还包括：存储空间分配单元。
其中，存储空间分配单元，用于判断当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在一个宏块行的可用空间，即搜索区域上限是否位于参考帧上限的下方、且搜索区域上限与参考帧上限的间距是否大于一个宏块行，如果是，则将所述压缩编码单元得到的当前宏块所对应的重构帧，全部存储于参考帧中位于搜索区域上限之上的部分所对应的存储单元中的存储空间；否则，将当前宏块所对应的重构帧存储于存储单元中参考帧之外的对应存储空间。
需要说明的是，上述搜索区域应小于整帧尺寸。实际应用中，搜索区域的大小可以为一个宏块大小在各方向上延伸至少一个像素的距离，而一个宏块行包括16个像素行。
实际应用中，存储单元可以包括两个物理存储器，参考帧之外的存储空间位于其中一个物理存储器中，参考帧占用的存储空间则位于另一个物理存储器中。存储单元也可以只包括一个物理存储器，即参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间位于同一物理存储器中。
由上述装置可见，在当前宏块在参考帧中的搜索区域上限位于参考帧上限的下方时，参考帧中位于搜索区域上限之上的部分对于当前输入帧后续宏块的运动估计和运动补偿已不再需要，因此，将当前宏块对应的重构宏块存储于参考帧中位于搜索区域上限之上的对应存储空间，实现参考帧与重构帧的存储空间复用，从而无需两个完整帧尺寸的物理存储器，降低了帧间压缩编码的硬件成本。
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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种帧间压缩编码中的帧存储方法，其特征在于，设置搜索区域的大小小于整帧尺寸，该方法包括：
判断当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在至少一个宏块行的空间，如果是，则将当前宏块所对应的重构帧存储于所述参考帧中该空间的对应位置；
否则，将当前宏块所对应的重构帧存储于参考帧之外的对应存储空间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搜索区域的大小为一个宏块大小在各方向上延伸至少一个像素的距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个宏块行包括16个像素行。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间分别位于不同的物理存储器中。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间位于同一物理存储器中。
6.一种实现帧间压缩编码的装置，包括压缩编码单元、以及用于存储参考帧和重构帧的存储单元，其特征在于，该装置还包括：存储空间分配单元，其中，
所述存储空间分配单元，用于当前宏块在参考帧中的搜索区域上方是否存在至少一个宏块行的空间，如果是，则将所述压缩编码单元得到的当前宏块所对应的重构帧，存储于参考帧中该空间对应的存储单元中的存储空间；否则，将当前宏块所对应的重构帧存储于存储单元中参考帧之外的对应存储空间；
所述搜索区域的大小小于整帧尺寸。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述搜索区域的大小为一个宏块大小在各方向上延伸至少一个像素的距离。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述一个宏块行包括16个像素行。
9.如权利要求6至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述存储单元包括两个物理存储器，所述参考帧之外的存储空间位于其中一个物理存储器中，参考帧占用的存储空间则位于另一个物理存储器中。
10.如权利要求6至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述存储单元包括一个物理存储器，所述参考帧之外的存储空间与参考帧占用的存储空间均位于该物理存储器中。
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