CN101208954A - 具有可变压缩比和用于存储及检索参考帧数据的缓冲器的视频解码器 - Google Patents

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CN101208954A CNA2005800073393A CN200580007339A CN101208954A CN 101208954 A CN101208954 A CN 101208954A CN A2005800073393 A CNA2005800073393 A CN A2005800073393A CN 200580007339 A CN200580007339 A CN 200580007339A CN 101208954 A CN101208954 A CN 101208954A
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Abstract

本发明涉及具有用于使用可变压缩方法来压缩参考帧数据(6)的装置的视频解码器。该视频解码器还具有缓冲器装置(8)，用于在中间为每个参考帧至少存储视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径(范围)再加上一排(片)宏块。其还包括对参考帧数据进行解压缩的装置(7)，用于使得所述解码器的运动补偿装置(10)能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。本发明还涉及将由这种视频解码器实现的方法。

Description

具有可变压缩比和用于存储及检索参考帧数据的缓冲器的视频解码器
技术领域
本专利申请涉及视频解码器，尤其涉及具有简化的存储器访问简档(profile)的视频解码器。
背景技术
在数字视频领域，最普遍的图像编码类型是：I图像(内部编码图像)，在不参考其它任何图像的情况下其被编码，并且常常称为参考帧或锚定帧；P图像(预测编码图像)，根据过去的I或P参考图像，使用运动补偿预测对其进行编码；以及B图像(双向预测编码图像)，根据前一个(后面的)和未来的(前面的)I或P图像使用运动补偿对其进行编码。这些图像类型有时还被称为I、P或B帧。
称为MPEG(运动图像专家组)压缩的压缩标准是一组使用如上所述的帧压缩技术对全动视频图像进行压缩和解压缩的方法。其中，MPEG压缩使用运动补偿和离散余弦变换(DCT)处理，可以产生很高的压缩比。为了更好地了解该压缩标准，可以参考Chapman&Hall在1997年出版的，由Barry G.Haskell、Atul Puri和Arun N.Netravli等合著的“Digital Video：An Introduction to MPEG-2”。
当前，大多数视频解码器，例如MPEG-2解码器，都使用外部存储器，以通过对之前存储的参考帧进行矢量控制(vector-controlled)预测，根据P图像和B图像创建视频帧。该外部存储器最可能是基于DRAM的，因为它们代表独立存储器设备的主流市场。基于DRAM的存储器提供突发访问模式以获得高带宽性能。这意味着通过仅给出单个读或写指令就可以向存储器或从存储器传输多个连续的数据字(突发)。为了利用可用的数据带宽，读和写访问必须是面向突发的。基于DRAM的存储器趋向于仅仅对于大尺寸突发具有高效的存储器传输。
一个缺点是矢量控制预测要求对一个或多个存储器中的参考帧进行随机定位的基于块的访问。这种对基于DRAM的存储器进行的访问的效率是相当低的。第二个缺点是在用于重建矢量预测帧所需要的存储器访问带宽方面的依赖于视频内容的不断变化。
虽然许多数字系统使用MPEG-2作为压缩标准，但是在称作主级(main-level)和高级(high-level)的系统之间存在市场区别。不仅各个系统的编码器的实现相当不同，而且解码器的实现也相当不同。在处理速度和存储器需求上的差别在五到六倍。另一个很快即将出现的市场区别在能进行单重高级(single high-level)解码和双重高级(doublehigh-level)解码的系统(片上)之间。在双重高级MPEG-2解码的情况下，一个或多个目前工艺水平的MPEG-2解码器将需要相当多的系统资源，特别是例如在对外部存储器的存储器带宽和用于参考帧存储的存储器足迹(memory footprint)等方面。
由于在主流CMOS性能上的改进，高解码速度未导致用于高级系统的六倍大小的解码块。然而，存储器需求在访问带宽和容量方面线性地按比例变化，因此对解码器体系结构具有较大的影响。尤其是在外部存储器的情况下，在访问带宽上的差别将意味着不同的方法。如果必须与其它的部件(例如CPU、定标器(scaler)、图形加速器、图像合成处理器等等)共享外部存储器，这将更加复杂。当MPEG解码器是片上系统的一部分时，与其它部件共享存储器资源是一种典型情况，片上系统使用统一的外部存储器。
之前已知的专利公开US 6088391涉及用于像素数据的B帧的存储器系统，其中每个B帧包含多个部分，并且其中所述多个部分中的每个部分包含对应于一个帧的前场(top field)和后场(bottom field)的像素数据。存储器系统包含组织为多个用于存储像素数据的段的存储器，其中段的数量等于帧断面(frame section)的数量在加上两个额外的段。然而，每个段的大小是一个帧断面的一半。存储器系统还包含用于根据每个帧的前场和后场来接收并且分离像素数据的分割设备。分割设备跟踪分段以确定所述存储器的两个可用的段，并且为每个帧的每个断面将来自前场的像素数据存储到一个可用的段中，并且将来自后场的像素数据存储到存储器的另一个可用的段中。最好包含一个段指针表用于跟踪用于交错显示的存储器的段。一个解码器系统包括存储器和分割设备，并且还包含重建单元，用于接收视频数据并将视频数据解码为像素数据，以及用于从段检索像素数据的显示电路。一种存储以及检索像素数据的方法包含依据场来分离像素数据的步骤以及将像素数据存储到相应的段中的步骤。在存储了一半帧之后，由显示设备检索数据用于交错显示。
以上描述的、根据US 6088391的解码器系统和方法的一个缺点是，其仅能够部分地减少存储器容量需求，而不减少存储器带宽需求，没有简化存储器访问简档，也没有减少在所需的存储器访问带宽方面的不断变化。
因此，需要一种视频解码器以及所实现的相关方法，通过其可以简化存储器访问简档，减少在存储器访问带宽方面的不断变化，还可进一步减少存储器容量需求和存储器访问带宽。
发明内容
基于上述问题，本发明的一个目的是提供一种改进的视频解码器，其具有与数据压缩和解压缩相结合的集成的存储器缓冲器，通过其可以独立于视频内容而实现简单的到外部存储器的访问简档，以及到外部存储器的低的并且完全确定性的存储器访问带宽。
该目的是根据权利要求1的特征部分而实现的。
通过提供以下装置，能够减少将被存储的参考帧的大小和存储器访问带宽需求，所述装置包括：用于使用可变压缩方法来压缩参考帧数据的装置；缓冲器装置，用于在中间为每个参考帧至少存储视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径(vertical aperture)(范围)再加上一排(片(slice))宏块；用于解压缩参考帧数据的装置，用于使得用于运动补偿(MC)的所述装置能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
本发明的另一个目的是提供一种用于简化存储器访问简档以及减小视频解码器中的存储器访问带宽的方法，其中，所述视频解码器具有与数据压缩和解压缩相结合的集成的存储器缓冲器，通过该方法可以独立于视频内容而实现简单的到外部存储器的访问简档，以及到外部存储器的低的并且完全确定性的存储器访问带宽。
该目的是根据权利要求18的特征部分而实现的。
通过提供以下步骤，能够减少将被存储的参考帧的大小和存储器访问带宽需求，所述步骤包括：对压缩视频数据进行可变长解码；对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描、逆量化以及逆离散余弦变换(IDCT)解码；用于解码矢量预测图像和宏块的运动补偿；将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据；使用可变压缩方法来压缩参考帧数据；在中间为每个参考帧至少将视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径(范围)再加上一排(片)宏块存储在缓冲器装置中；对参考帧数据进行解压缩以使得所述用于运动补偿(MC)的装置能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；输出已解码的图像数据。
在从属权利要求中列出了优选实施例。
附图说明
在附图中，相同的参考标记表示相同的部件。
图1显示FIFO的初始化和更新策略；
图2进一步说明根据图1的FIFO的初始化和更新策略；
图3进一步说明根据图1和图2的FIFO的初始化和更新策略；
图4公开根据本发明的第一实施例的视频解码器的示意图；
图5公开根据本发明的第二实施例的视频解码器的示意图；
图6说明如何根据压缩比和存储器访问带宽来减少参考帧的大小；
图7说明一个优选实施例，其中P图像的参考帧的压缩比是B图像的一半；
图8说明第二实施例的一般概念；
图9说明第二实施例的优选的一般概念；
图10说明用于第二实施例的第一替换实施选项；
图11说明用于第二实施例的第二替换实施选项。
通过结合附图所进行的详细说明，本发明的其它目的和特征将变得更加明显。然而应该理解，附图仅仅用于说明的目的，而不是用于限制本发明的定义，对于本发明的范围，应参考所附的权利要求。应该进一步理解，附图不必按比例绘制，除非另外指明，否则它们仅仅用于在概念上说明这里所描述的结构和过程。
具体实施方式
为了简化外部存储器访问简档以及消除在视频解码器所需的外部存储器访问带宽方面的不断变化，根据本发明，提出集成存储器。该集成的存储器用作缓冲器8，当视频数据从外部存储器传输到缓冲器中时，以先进先出(FIFO)方式访问缓冲器8，并且由例如在视频解码器中通过运动矢量来构造预测帧的设备的预取单元按照基于块的方式进行访问。缓冲器8的功能是隐藏复杂(矢量控制)的存储器访问简档和来自外部存储器9的存储器访问带宽的不断变化。
实际上，缓冲器为每个参考帧实现FIFO。因此，在MPEG-2解码器的情况中，缓冲器8将包含最多两个FIFO。在FIFO模式中，缓冲器8中的FIFO元素的优选的粒度是一片，一片是一排宏块。假定一片横跨图像的整个水平范围。该假定不是限制性的。注意，在实践中，传输一片(即，一个FIFO元素)需要多个高效的来自外部存储器9的突发访问。更进一步地优化是用通过整数个来自外部存储器9的突发访问而获取的字节的数量来表示一个FIFO元素。
图1显示在典型的ATSC高级MPEG-2解码(大约+/-128的垂直范围，即+/-8个片)中的用于这种FIFO的初始化和更新策略。在附图中，参考帧缓冲器(FIFO)是8，参考指针是11，垂直范围运动矢量是12，外部存储器是9。假定解码器开始解码矢量预测图像。从左上方开始连续输入它的宏块，从左扫描至右并自上而下移动，最终在右下角结束。初始状态是FIFO 8是大约半满的(参见图1左边)，它是参考帧的上部，其跨越运动矢量12的垂直孔径的一半再加上一片。矢量预测图像的第一个输入的片(片1)可以被完全地处理，这是因为所有的可能的矢量参考图像数据都在FIFO 8中。当矢量预测图像的第二个片(片2)的第一个宏块必须被解码时，参考帧的下一个片必须从外部存储器9传输到FIFO 8中(参见图1的中部和右部)。因为FIFO 8大约是半满的，所以不丢弃任何FIFO元素或数据。该处理持续进行直到从输入片的顶部开始的垂直偏移超过垂直孔径的一半为止。从该点开始，被解码的矢量预测图像将不再参考FIFO 8中的第一片，从而使得丢弃第一片。当解码矢量预测图像的下一个片时，丢弃FIFO 8中的第二个片，如此继续，如图2所示。该处理持续到参考帧的最后的片在FIFO 8中。
对于FIFO 8中的当前参考帧的出局(run-out)状况的有利的方法是使下一个所需的参考帧的视频数据在开始解码下一个矢量预测图像时已在FIFO 8中。这可以通过当矢量预测图像的当前片已被解码并且下一个片仍将被解码时，将下一个需要的参考帧的第一个片加载到FIFO 8中来实现，如图3所示。当预测图像的最后的片已被解码时，情况如图1所述，但是下一个需要的参考帧的第一个部分在FIFO缓冲器8中。
在MPEG-1和MPEG-2的情况中，当假定缓冲器8中的视频是未压缩的时，以比特表示的缓冲器的大小应该大于等于(运动矢量的垂直范围+一排宏块)×每条扫描线的最大像素数量×参考帧的最大数量×每个像素的字节数量×每个字节的比特数量，其中所述一排宏块横跨图像的整个水平大小。
用于ATSC的单重高级MPEG-2解码器具有256的运动矢量的垂直范围，一个宏块排有16条扫描线，每条扫描线最多有1920个像素，最多有2个参考帧，每个像素1.5字节，并且每个字节8比特。因此，当未将数据压缩应用到单重高级MPEG-2解码器上时，必须集成大约13M比特的缓冲存储器。该13M比特存储器可以与高速MPEG解码管道(pipe)集成在一个模块中。这种模块可以应对50/60Hz的主级解码(main level decoding)，而不需要外部存储器9。在高级解码的情况中，缓冲器8被用于矢量控制预测，它是访问最密集的操作。应该从外部添加缺少的存储器容量，但是仅需要非常简单的、带宽最小的接口。在两种情况下，在其能够与图形和其他视频流混合的阶段，解码器的输出必须经由外部显示存储器13提供给输出。在一些主级系统中，甚至可以完全省略显示存储器13。
由于到外部存储器9的简单的访问简档，根据本发明，建议增加基于块的存储器压缩算法，以用于到外部存储器9以及来自外部存储器9的压缩和解压缩。可以增加任何基于块的存储器压缩算法。但是，可变压缩算法是优选的，例如在WO 0117268A1中所描述的，因此通过引用将其结合在此。
根据第一实施例的视频解码器在图4中示意性的说明。解码器优选地是MPEG解码器。但是应注意，本发明并不限于MPEG，可以用于任何特定的视频标准或配置。根据本发明的视频解码器基于现有技术的视频解码器。从压缩数据存储器1检索到压缩数据，并通过可变长解码器(VLD)2进行熵解码(entropy decoded)，从而将数据转换为离散余弦变换(DCT)数据。逆扫描装置(IS)3、逆量化装置(IQ)4以及逆离散余弦变换装置(IDCT)5处理内部编码delta信息，并将数据转换为像素数据的宏块。一个宏块(MB)是MPEG标准的基本编码单元。宏块由亮度分量(Y)的16像素×16线的部分或4个8像素×8线的块以及多个空间上对应的色度分量Cr和Cb的8×8的块构成。色度值的块的数量依赖于使用哪种特定格式。或者通过由运动补偿装置10从外部预测存储器9进行基于块的取回并且当存在delta信息时还要加上delta信息，或者通过内部编码的宏块来重建矢量预测帧。
这种现有的MPEG-2解码器将需要来自外部预测存储器9的最大理论速率，它是视频速率的200％。例如，具有以60Hz交错显示的1920×1080格式的高清视频具有大约62.2M像素/秒的净速率(无空白)，大约为93.3M字节/秒(假定YUV 4:2:0格式)。因此，在这种情况下，现有的高级MPEG-2解码器理论上需要最大187M字节/秒的存储器访问带宽。然而，由于复杂的存储器访问简档以及SDRAM仅对于大的包是高效的，所以片上系统必须考虑更坏情况。
根据本发明，如图5所示，将视频数据压缩装置6、视频数据解压缩装置7以及缓冲器8添加到现有技术水平的解码器。压缩装置6用于使用可变压缩方法来压缩参考帧数据，其中，在压缩之后，参考帧数据将被存储在提供压缩参考帧存储器的外部存储器装置9中。然后从所述外部存储器9检索压缩的参考帧数据，并且在中间为每个参考帧至少将视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径(范围)再加上一排(片)宏块存储在缓冲器8中，缓冲器8设置在外部储存器9和用于运动补偿的装置10之间。利用解压缩装置7对参考帧数据进行解压缩，从而使得运动补偿(MC)装置10能够利用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
在一个例子中，缓冲器8的大小可以等于用于解码的(2×128+16)×1920×1.5×2×8＝12.53376×106比特，并且最好再加上当集成定标器14时用于线到线转换缓冲的16×1920×1.5×8≈0.4×106比特，即总计大约13M比特。对外部存储器9的访问简档非常简单。但是，如图6所示，已经根据压缩比和存储器访问带宽减小了参考帧的大小。在图6中，解码块为15，MB格式转换器为16。注意，在图6中，仅仅一半缓冲器8被用于存储一个所需的参考帧。图7说明了一个优选实施例，其中，P图像的参考帧的压缩比是B图像的参考帧的压缩比的一半。图7的优选的可变压缩方法具有以下属性，即可以简单地通过采用压缩比为N∶1的压缩数据的适当的一半最高有效位数据来获得压缩比为2N∶1的压缩数据。本领域的熟练技术人员能够将最高有效位压缩数据和最低有效位压缩数据映射到存储器中，从而使得能够获得简单的访问简档和到外部存储器9的高效的存储器访问。注意，压缩比的比值还可以扩展到除2以外的其他值，两个层级也可以扩展到多个层级。
在第二实施例中，根据图5，当以稍微不同的方式来应用数据压缩/解压缩时，与如上所述的方式相比，缓冲器8的大小可以被进一步缩小。在向外部存储器9传输前，对已解码的参考帧应用数据压缩。然而，对从缓冲器8取出的数据应用数据解压缩，因此其包含压缩的参考帧数据。这一压缩的数据已被从外部存储器9加载到缓冲器8。数据压缩方法最好具有以下条件，即合理的压缩因子、较低的实现成本、非常高的质量、对于重复的编码/解码的健壮性以及容易的像素访问。具有可接受的实现成本以及足够高的主观图像质量的合理的数据压缩比是2∶1和4∶1。对于本领域的技术人员来讲，2∶1的压缩比被看作无损失的，4∶1的压缩比被看作是非常高质量的。在MPEG-2标准中，可以连续地编码大量P图像，从而使得由编解码器反复地压缩和解压缩某些宏块。为了防止与应用在编码器中一样，解码器将逐渐离开局部重建循环(local reconstruction loop)，应该执行精确的量化。对于压缩域(compressed domain)中的像素的容易访问应该能够使得允许进行运动补偿机制的实时操作。
由本发明提供的另一个优点是，在结合压缩和解压缩使用缓冲器8时，P图像的参考帧和B图像的参考帧可以具有不同的压缩比。因为P图像的连续预测以及由于压缩而产生的累积误差的风险，所以P图像原则上要求更小的损失，并且因此比B图像的压缩程度更小。例如，当2∶1的压缩参考帧被用于重建P图像，并且4∶1的压缩参考帧被用于重建B图像时，高级MPEG-2解码器所需的缓冲器大小从大约13M比特减小为大约3M比特。使用可变压缩比的优点是2∶1的压缩参考帧必须被仅仅存储在存储器中。可变压缩比方法使得能够容易地直接从2∶1的压缩参考帧获得所需的4∶1的压缩参考帧，对于本领域的技术人员来讲，该特征是已知的。例如，2∶1的压缩参考帧可以被分割为两个半平面(half plane)。第一个包含最高有效位数据，其表示4∶1的压缩比，第二个包含最低有效位数据，其与第一个组合起来表示2∶1的压缩参考帧。对于本领域技术人员来讲，可以引入更多的层级或者可以实现除2以外的压缩比的比值是显而易见的。
因此，根据本发明的解码器可以以相对较低的存储器访问带宽和容易的对外部存储器的访问简档来解码双重高级MPEG-2、单重高级MPEG-2以及至少双主级MPEG-2。用于递归使用的矢量预测图像(例如P图像)的压缩参考帧的压缩比，比用于非递归使用的矢量预测图像(例如B图像)的压缩参考帧的压缩比更小，也可以在没有缓冲器(8)的情况下使用该实施例。优点是在存储器访问带宽方面的潜在的减小，以及不需要集成的缓冲器(8)。然而，缺点是对外部存储器的存储器访问简档未被简化。
图5概要地说明了根据本发明第二实施例的视频解码器。当与如上所述的第一实施例比较，缓冲器大小必须减小时，该第二实施例是优选的。帧的预测被缓冲。缓冲器8包含压缩视频数据，在构建预测帧之前，由解压缩装置7对其进行解压缩。在一个例子中，用于解码的缓冲存储器的大小等于(2×128+16)×1920×1.5×2×8/C比特，其中C是压缩比。例如，当对参考帧应用4∶1的压缩比时，缓冲器8的大小可以被限制到3.3M比特，以代替大约12.6M比特。在图8中说明了一般概念。
第二实施例的另一个优点是，可以用比B图像的参考帧的压缩比更小的压缩比来压缩P图像的参考帧，这是因为仅需要一个参考帧。使用相同大小的存储器，P图像的参考帧的压缩比可以是B图像的参考帧的压缩比的一半。
在图9中说明了第二实施例的优选的一般概念。例如，对于B图像的参考帧的压缩比为4∶1，并且对于P图像的参考帧的压缩比最小为2∶1。注意，只有当应用可变压缩比时，才能够存储按照2∶1压缩的参考帧。其优点是，以较小的压缩比处理连续的预测P图像，因此损失较小。B图像是非连续预测的，因此可以损失更多，从而可以具有更大的压缩比。其缺点是，压缩参考帧的存储器足迹(footprint)为两倍大小。
当对于B图像和P图像压缩比分别为6∶1和3∶1时，通过类似的计算可以得到缓冲存储器的大小为2.1M比特。图10和11说明了针对相同的基本概念的不同的实现选择。
本发明还涉及一种用于简化存储器访问简档并减少到视频解码器中的参考帧存储器的存储器访问带宽方面的不断变化的方法，该方法包括以下步骤：对压缩视频数据进行可变长解码(VLD)；对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描、逆量化以及逆离散余弦变换(IDCT)解码；为解码矢量预测图像和宏块进行运动补偿；将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿处理过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据；使用可变压缩方法来压缩参考帧数据；在中间为每个参考帧至少将视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径(范围)再加上一排(片)宏块存储在缓冲器装置中；对参考帧数据进行解压缩以使得所述用于运动补偿(MC)的装置能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；输出已解码的图像数据。
在一个实施例中，上述方法还包括以下步骤：将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置中；从所述外部存储器装置中检索所述已压缩的参考帧数据；对所述检索到的参考帧数据进行解压缩；在中间将所述已解压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置中；使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
在一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置中；从所述外部存储器装置中检索所述已压缩的参考帧数据；在中间将所述已压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置中；对所述在中间被存储的参考帧数据进行解压缩；使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
在一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建将被用作参考帧的矢量预测图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建将不被用作参考帧的矢量预测图像。
在另一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建P图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建B图像。
在上述方法的另一个可选择的实施例中，所述第一压缩比小于或等于所述第二压缩比。
在上述方法的另一个可选择的实施例中，所述第一压缩比是所述第二压缩比的一半。
在上述方法的另一个可选择的实施例中，所述第一压缩比为2∶1并且所述第二压缩比为4∶1。
在上述方法的另一个可选择的实施例中，所述第一压缩比为3∶1并且所述第二压缩比为6∶1。
在上述方法的另一个可选择的实施例中，所述第一压缩比为4∶1并且所述第二压缩比为8∶1。
在另一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：直接从以所述第一压缩比压缩的相同参考帧的数据导出以所述第二压缩比压缩的参考帧的数据；在中间在所述外部存储器装置中仅存储以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据。
在另一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
在上述方法的又一个可选择的实施例中，所述第二压缩比是所述第一压缩比的两倍。
在另一个可选择的实施例中，上述方法还包括以下步骤：在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
在另一个可选择的实施例中，上述方法还包括作为集成的存储缓冲器的所述缓冲器装置。
因此，尽管已经显示、描述并指出了与应用到优选实施例的特征相同的本发明的基本的新特征，但是应该知道，在不脱离本发明的精神要旨的情况下，可以由本领域的熟练技术人员对所说明的设备和操作在形式和细节上进行各种省略、替换和改变。例如，很清楚，以实质上相同的方式，执行实质上相同的功能的所有这些元件和/或方法步骤的组合都应包含在本发明的范围内。此外，应该认识到，结合本发明的任何公开形式或实施例显示和/或说明的结构和/或元件和/或方法步骤可以作为设计选择的一般素材，结合在任何其它的公开或说明，或建议的形式或实施例中。因此，应该仅由所附加的权利要求的范围来限制本发明。

Claims (54)

1.一种视频解码器，包括：
用于对压缩视频数据进行可变长解码的装置(2)；
用于对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描(3)、逆量化(4)以及逆离散余弦变换(5)解码的装置；
用于为解码矢量预测图像和宏块进行运动补偿的装置(10)；
用于将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据的装置；
其特征在于，所述视频解码器还包括：
用于使用可变压缩方法来压缩参考帧数据的装置(6)；
缓冲器装置(8)，用于在中间为每个参考帧至少存储视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径再加上一排宏块；
用于对参考帧数据进行解压缩的装置(7)，以使得所述运动补偿装置(10)能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；
用于输出已解码的图像数据的装置。
2.如权利要求1所述的视频解码器，其特征在于，所述视频解码器还包括：
用于将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置(9)中的装置；
用于从所述外部存储器装置(9)中检索所述已压缩的参考帧数据的装置；
所述用于对参考帧数据进行解压缩的装置(7)被设置为对所述检索到的参考帧数据进行解压缩；
用于在中间将所述已解压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置(8)中的装置；
所述运动补偿装置(10)被设置为使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
3.如权利要求1所述的视频解码器，其特征在于，所述视频解码器还包括：
用于将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置(9)中的装置；
用于从所述外部存储器装置(9)中检索所述已压缩的参考帧数据的装置；
用于在中间将所述已压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置(8)中的装置；
所述用于对参考帧数据进行解压缩的装置(7)被设置为对所述在中间被存储的参考帧数据进行解压缩；
所述运动补偿装置(10)被设置为使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
4.如权利要求2或3中任一项所述的视频解码器，其特征在于，所述用于从所述外部存储器装置(9)中检索所述参考帧数据的装置被设置为通过反复的预定数量的连续数据字的突发访问来检索所述数据；所述缓冲器装置(8)被设置为以先进先出FIFO模式进行访问，其中，所述缓冲器中的FIFO元素的优选粒度是一排宏块，该排宏块横跨图像的整个水平范围。
5.如权利要求4所述的视频解码器，其特征在于，以字节表示的一个FIFO元素的大小被设置为精确地等于通过整数个用于从所述外部存储器装置(9)中检索数据的突发访问而获取的字节的数量。
6.如权利要求2或3中任一项所述的视频解码器，其特征在于，所述用于压缩参考帧数据的装置被设置为以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；所述解码器被设置为利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建P图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建B图像。
7.如权利要求6所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比小于或等于所述第二压缩比。
8.如权利要求7所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比是所述第二压缩比的一半。
9.如权利要求8所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为2∶1并且所述第二压缩比为4∶1。
10.如权利要求8所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为3∶1并且所述第二压缩比为6∶1。
11.如权利要求8所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为4∶1并且所述第二压缩比为8∶1。
12.如权利要求6所述的视频解码器，其特征在于，所述解码器被设置为直接从以所述第一压缩比压缩的相同参考帧的数据来导出以所述第二压缩比压缩的参考帧的数据；所述用于在中间将所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置(9)中的装置被设置为仅存储以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据。
13.如权利要求12所述的视频解码器，其特征在于，所述用于将所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置(9)中的装置被设置为分级地存储以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
14.如权利要求13所述的视频解码器，其特征在于，所述第二压缩比是所述第一压缩比的两倍。
15.如权利要求1所述的视频解码器，其特征在于，所述缓冲器装置(8)的比特容量至少为(运动矢量的垂直范围+一排宏块)×每条扫描线的最大像素数量×参考帧的最大数量×每个像素的字节数量×每个字节的比特数量，其中所述一排宏块横跨图像的整个水平大小。
16.如权利要求1所述的视频解码器，其特征在于，在MPEG-1或MPEG-2视频的情况下，对于最少一个参考帧和最多两个参考帧中的每个参考帧，所述缓冲器装置(8)的比特容量至少为(运动矢量的垂直范围+一排宏块)×每条扫描线的最大像素数量×参考帧的最大数量×每个像素的字节数量×每个字节的比特数量，其中所述一排宏块横跨图像的整个水平大小。
17.如权利要求1至16中任一项所述的视频解码器，其特征在于，所述缓冲器装置(8)是集成的存储缓冲器。
18.一种用于简化存储器访问简档并减少到视频解码器中的参考帧存储器的存储器访问带宽上的不断变化的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
对压缩视频数据进行可变长解码；
对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描、逆量化以及逆离散余弦变换解码；
为解码矢量预测图像和宏块进行运动补偿；
将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据；
使用可变压缩方法来压缩参考帧数据；
在中间为每个参考帧至少将视频的扫描线中的运动矢量的垂直孔径再加上一排宏块存储在缓冲器装置中；
对参考帧数据进行解压缩以使得所述用于运动补偿的装置能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；
输出已解码的图像数据。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置中；
从所述外部存储器装置中检索所述已压缩的参考帧数据；
对所述检索到的参考帧数据进行解压缩；
在中间将所述已解压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置中；
使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
将所述已压缩的参考帧数据存储在外部存储器装置中；
从所述外部存储器装置中检索所述已压缩的参考帧数据；
在中间将所述已压缩的参考帧数据存储在所述缓冲器装置中；
对所述在中间被存储的参考帧数据进行解压缩；
使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块。
21.如权利要求19或20中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
通过反复的预定数量的连续数据字的突发访问，从所述外部存储器中检索所述参考帧数据；
以先进先出FIFO模式访问所述缓冲器装置，其中，所述缓冲器中的FIFO元素的优选粒度是一排宏块，该排宏块横跨图像的整个水平范围。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
以字节表示的一个FIFO元素的大小被设置为精确地等于通过整数个用于从所述外部存储器装置中检索数据的突发访问而获取的字节的数量。
23.如权利要求19或20中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；
利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建将被用作参考帧的矢量预测图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建将不被用作参考帧的矢量预测图像。
24.如权利要求19、20或23中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；
利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建P图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建B图像。
25.如权利要求23或24中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比小于或等于所述第二压缩比。
26.如权利要求23或24中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比是所述第二压缩比的一半。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为2∶1并且所述第二压缩比为4∶1。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为3∶1并且所述第二压缩比为6∶1。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为4∶1并且所述第二压缩比为8∶1。
30.如权利要求23至25中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
直接从以所述第一压缩比压缩的相同参考帧的数据来导出以所述第二压缩比压缩的参考帧的数据；
在中间仅将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据存储在所述外部存储器装置中。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第二压缩比是所述第一压缩比的两倍。
33.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
34.如权利要求18至33中任一项所述的方法，其特征在于，所述缓冲器装置是集成的存储缓冲器。
35.一种视频解码器，包括：
用于对压缩视频数据进行可变长解码的装置(2)；
用于对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描(3)、逆量化(4)以及逆离散余弦变换(5)解码的装置；
用于为解码矢量预测图像和宏块进行运动补偿的装置(10)；
用于将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据的装置；
其特征在于，所述视频解码器还包括：
用于使用可变压缩方法来压缩参考帧数据的装置(6)；
所述用于压缩参考帧数据的装置被设置为以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；
用于对参考帧数据进行解压缩的装置(7)，以使得所述运动补偿装置(10)能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；
用于输出已解码的图像数据的装置；
所述解码器被设置为利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建P图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建B图像。
36.如权利要求35所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比小于或等于所述第二压缩比。
37.如权利要求36所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比是所述第二压缩比的一半。
38.如权利要求37所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为2∶1并且所述第二压缩比为4∶1。
39.如权利要求37所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为3∶1并且所述第二压缩比为6∶1。
40.如权利要求37所述的视频解码器，其特征在于，所述第一压缩比为4∶1并且所述第二压缩比为8∶1。
41.如权利要求35所述的视频解码器，其特征在于，所述解码器被设置为直接从以所述第一压缩比压缩的相同参考帧的数据来导出以所述第二压缩比压缩的参考帧的数据；所述用于在中间将所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置(9)中的装置被设置为仅仅存储以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据。
42.如权利要求41所述的视频解码器，其特征在于，所述用于将所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置(9)中的装置被设置为分级地存储以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
43.如权利要求42所述的视频解码器，其特征在于，所述第二压缩比是所述第一压缩比的两倍。
44.一种用于减少对视频解码器中的参考帧存储器的存储器访问带宽的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
对压缩视频数据进行可变长解码；
对内部编码图像、内部编码宏块以及内部编码delta信息进行逆扫描、逆量化以及逆离散余弦变换解码；
为解码矢量预测图像和宏块进行运动补偿；
将已解码的内部编码宏块、已解码的内部编码delta信息以及运动补偿过的矢量预测宏块组合为参考帧或输出帧数据；
使用可变压缩方法来压缩参考帧数据；
所述压缩参考帧数据为以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；
对参考帧数据进行解压缩，以使得所述运动补偿装置能够使用所述已解压缩的参考帧数据来重建矢量预测图像和宏块；
利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建将被用作参考帧的矢量预测图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建将不被用作参考帧的矢量预测图像；
输出已解码的图像数据。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
以第一压缩比和第二压缩比来压缩参考帧；
利用以所述第一压缩比压缩的参考帧来重建P图像，并且利用以所述第二压缩比压缩的参考帧来重建B图像。
46.如权利要求44或45中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比小于或等于所述第二压缩比。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比是所述第二压缩比的一半。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为2∶1并且所述第二压缩比为4∶1。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为3∶1并且所述第二压缩比为6∶1。
50.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述第一压缩比为4∶1并且所述第二压缩比为8∶1。
51.如权利要求44至46中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
直接从以所述第一压缩比压缩的相同参考帧的数据来导出以所述第二压缩比压缩的参考帧的数据；
在中间仅将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的数据存储在所述外部存储器装置中。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述第二压缩比是所述第一压缩比的两倍。
54.如权利要求51至53中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
在中间分级地将以所述第一压缩比压缩的所述参考帧的所述已压缩的参考帧数据存储在所述外部存储器装置中，从而使得所存储的第一子图像将包含最高有效位数据，该最高有效位数据表示以大于所述第一压缩比的所述第二压缩比压缩的相同的参考帧，并且第二子图像将包含最低有效位数据，从而使得两个子图像一起表示以所述第一压缩比压缩的参考帧的数据。
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