CN101227601A - 在视频再现中进行几何变换的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在视频再现中进行几何变换的方法和设备，包括熵解码、重排序、反量化、逆变换、帧间/帧内重建，以及用在逆变换步骤之后获得的矩阵序列补偿重建的帧，并在重排序步骤之后、补偿步骤之前对矩阵序列进行几何变换。所述帧间/帧内重建步骤被配置为使得预测方向和参考像素位置适应在所述几何变换步骤中执行的几何变换。

Description

在视频再现中进行几何变换的方法和设备
技术领域
本发明涉及视频再现，尤其涉及视频再现中的几何变换方法以及视频再现设备。
背景技术
当前的许多消费电子设备支持旋转和镜像功能，即，将视频帧按应用程序指定的特定角度/方向进行旋转/翻转。在大多数视频应用中，旋转是指左右90、180和270度转换，镜像是指水平和垂直转换，如图1所示。当然，旋转和镜像也可以是任何其他角度和/或方向。旋转和镜像不是视频处理标准比如H.264/AVC、MPEG2、MPEG4等的组成部分，而通常是视频帧前期或者后期处理的一部分。
在图2中图示了与帧的帧间/帧内重建处理有关的传统的视频解码架构。如图2所示，传统的视频解码设备200包括熵解码器212、逆变换/逆处理装置214、帧间/帧内重建装置216、块效应滤波器218和补偿装置220。视频的帧间/帧内预测编码和解码在本领域中是公知的，因此在这里省略了详细说明。
视频帧的帧间/帧内重建需要参考帧，也就是以前已解码的帧，它们存储在参考帧存储器204中。
传统的旋转和镜像装置是在视频解码循环外部实现的，也就是在视频解码器200的外部。也就是说，旋转和镜像是在视频解码过程之后实现的。
因为帧的帧间/帧内重建需要未经过旋转和镜像的参考帧来重建当前帧，解码后的没有旋转和镜像的帧存储在外部的当前解码帧存储器201中，用于以后的帧重建。旋转和镜像单元202接收当前解码帧数据并执行旋转和镜像，并输出旋转和镜像的结果到外部的仅用于显示的显示存储器203。这样，旋转和镜像处理就在涉及帧间/帧内重建的视频解码循环的外部。显示存储器203和当前解码帧存储器201是分别不同的存储缓冲器，导致多一帧缓存分配，同时增加了解码器带宽负载。
如果能够提供作为视频处理循环的一部分的旋转和镜像功能，将是很有益处的。还希望能够将当前解码帧存储器与显示存储器合并起来，同时减少解码器带宽负载。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种用于视频解码的循环内旋转和镜像方法。在视频解码循环内部实现旋转和镜像功能。根据本发明，显示帧缓冲器和解码帧缓冲器被合并，从而避免了额外的帧缓冲器分配，节约了带宽负载。
具体地，本发明提供了一种在视频再现中进行几何变换的方法，包括熵解码、重排序、反量化、逆变换、帧间/帧内重建，以及用在逆变换步骤之后获得的矩阵序列补偿重建的帧。该方法还包括在重排序步骤之后、补偿步骤之前对矩阵序列进行几何变换的步骤。所述帧间/帧内重建步骤被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换步骤中执行的几何变换。
本发明还提供了一种视频再现设备，其包括熵解码器、重排序装置、反量化器、逆变换器、帧间重建装置、帧内重建装置，以及用所述逆变换器获得的矩阵序列补偿所述帧间重建装置和帧内重建装置之一重建的帧的补偿装置。该设备还包括用于对重排序装置、反量化器或者逆变换器获得的矩阵序列进行几何变换的几何变换器。所述帧间重建装置和帧内重建装置被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换器中进行的几何变换。
本发明还提供了一种视频再现中的几何变换方法，包括：对具有多个帧的视频输入信号进行熵解码；对熵解码信号进行重排序；对重排序后的信号进行反量化；对进行了反量化后的信号进行逆变换；在熵解码信号的控制下进行的帧间/帧内重建；用逆变换步骤之后获得的矩阵序列补偿重建的帧；以及在所述重排序步骤之后、所述补偿步骤之前对所述矩阵序列进行几何变换。所述帧间/帧内重建步骤被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换步骤中执行的几何变换。
附图说明
以举例的方式图解了本发明，但本发明不受附图的限制。在附图中，类似的附图标记表示类似的部件。
图1图示了图像旋转和镜像的一些例子；
图2是具有后期旋转和镜像处理的传统视频解码架构的示意性框图；
图3是根据本发明的一种实施方式具有循环内旋转和镜像功能的解码架构的示意性框图；
图4是图2的具有后期旋转和镜像处理的传统视频解码架构的一种更为详细的框图；
图5是图3的具有循环内旋转和镜像处理的解码架构的一种更为详细的框图；
图6是图解说明根据本发明的旋转操作的示意图；
图7是图解说明根据本发明的镜像操作的示意图；
图8是图解说明根据本发明的一种实施方式的视频再现方法的流程图。
具体实施方式
本发明的循环内旋转和镜像的基本思想如图3所示。根据本发明，视频解码器300执行作为逆变换/处理的一部分的旋转和镜像功能，使用增强的帧间/帧内重建装置301。旋转和镜像单元302执行旋转或镜像，增强的帧间/帧内重建装置301基于旋转/镜像后的参考帧和根据在旋转和镜像单元302中执行的旋转或镜像进行了修正的运动矢量(或者叫预测方向)来执行帧间/帧内重建。
由于解码帧(包括参考帧和要显示的当前解码帧)已经经过了旋转或镜像，因此当前解码帧存储器和显示存储器对应于同一存储器303。这样，与传统的视频解码器200相比，节约了一帧存储器分配，从而节约了带宽负载。
注意，本领域中公知，图2所示的逆变换/处理装置214执行多种功能。由于旋转或镜像操作是在逆变换/处理期间进行的，也就是在两个相继的逆变换处理操作之间进行，因此图2中的逆变换/处理装置214被图示为逆变换/处理装置304和其他逆变换/处理装置306。或者，旋转或镜像操作可以在所有的逆变换/处理操作完成之后进行。在这种情况下，就没有图3中的其他逆变换/处理装置306。
旋转和镜像单元302中的旋转或镜像操作可以用任何方式执行，包括用传统方式执行。简言之，帧旋转或镜像就是对应的解码矩阵的旋转或镜像，解码矩阵在本领域中是公知的，后面将有讨论。增强的帧间/帧内重建装置301是对帧间/帧内重建装置的编程进行修改，使用一些附加控制码。根据本申请的教导和这里对如何调整运动矢量的讨论，实际的编程工作是本领域普通技术人员可以完成的常规工作。
在编码阶段，对于帧间预测，参考块/像素在参考帧中的位置以及预测块/像素在预测帧(对应于解码阶段的当前解码帧)中的位置决定了运动矢量(或者叫预测方向)；对于帧内预测，参考块/像素在帧中的位置以及预测块/像素在帧中的位置决定了运动矢量(或者叫预测方向)。在解码阶段，所述运动矢量可以由熵解码获得。一般，帧的左上角为原点，水平轴是x轴，竖直轴是y轴，像素在帧中的位置就是该像素在该x-y坐标系中的坐标。宏块的位置用宏块中左上角像素的位置来表示。当对帧进行旋转或镜像时，相关像素在相关帧中的相对位置并未改变。但是由于进行了旋转或者镜像，而坐标系仍以旋转或者镜像后的帧的左上角为原点，宏块的位置仍用旋转/镜像后的宏块左上角的像素的位置代表，因此，参考帧中的参考像素/块的位置坐标和当前解码帧中的当前解码像素/块的位置坐标都会改变，所述运动矢量(预测方向)也会改变。新的位置坐标可以基于旧的位置坐标和旋转/镜像操作来获得，新的运动矢量由旧的运动矢量和旋转/镜像操作来表达。这样的表达构成对增强的帧间/帧内重建的控制的基础。
图6图示了在当前宏块602的帧间重建中顺时针旋转90度的例子。如果没有旋转，则用参考宏块601预测当前宏块602。箭头所示的运动矢量可以用当前宏块602和参考宏块601的位置来表达，比如从(x1，y1)到(x2，y2)。对于有旋转的同一宏块，位置分别是(x3，y3)和(x4，y4)。经过简单的数学推理，可以获得如下表达式：
x3＝H-y1-宏块宽度
y3＝x1
x4＝H-y2-宏块宽度
y4＝x2
其中H是帧的高度。
运动矢量也可以用参考宏块的位置(也可以称为参考位置)和运动矢量的方向(也可以称为预测方向)来表达，所述预测方向就是(x2，y2)-(x1，y1)＝(x2-x1，y2-y1)＝(a，b)。那么，在有旋转时，运动矢量的方向将是：
(x4，y4)-(x3，y3)＝(x4-x3，y4-y3)＝(-y2+y1，x2-x1)＝(-b，a)
上面是以具有90度向右旋转的帧间重建作为例子。显然，本领域普通技术人员可以推导出其他当有任何方向和/或角度的旋转/镜像时的变换表达式。
图7图示了具有垂直镜像控制的帧内重建的一个例子。帧内重建模式由熵解码获得。这里，作为例子，帧内重建模式是在H.264视频解码标准中描述4×4帧内重建的模式3。如果没有镜像，是从像素A到M预测像素a到p。对于具有垂直镜像的增强的帧内重建，重建模式没有改变，标准中定义的帧内重建算法也没有改变。所改变的是每一个像素的位置，包括要重建的像素和参考像素的位置。通过简单的数学计算可以得到位置的变化。
假设像素的位置是(x，y)，则在垂直镜像之后，其位置变为(x，帧的高度-y)。类似地，参考像素的位置可以称为参考位置，要预测的像素的位置和对应的参考像素的位置决定了预测方向。
上面是以具有垂直镜像的4×4帧内重建模式3(H.264标准)为例子。显然，本领域的普通技术人员能够推导出在任何旋转/镜像方向下和/或任何模式下像素位置的其他变换表达式。
上面的例子描述了本发明的一个例子。本领域普通技术人员可以理解，存在许多视频解码标准，在基本架构方面，本发明可以应用于所有这些标准。下面是将本发明应用于H.264/AVC视频解码标准的一个例子。同样，图4和图5中与图2和图3具有相同附图标记的部件具有与图2和图3中一样的功能，因此省略了其详细说明。
现在看图4，传统的视频再现设备400包括熵解码器212、重排序装置402、反量化器(IQ)404、逆变换器(IT)406、帧间重建装置408、帧内重建装置410、块效应滤波器218以及补偿装置220。熵解码器212对输入的视频码流解码，获得解码后的信号，解码后的信号由重排序装置402重排序，形成第一矩阵序列。第一矩阵序列由IQ404和IT 406分别进行反量化和逆变换，分别得到第二矩阵序列和第三矩阵序列。帧间重建装置408和帧内重建装置410分别使用熵解码器212从输入的视频码流中提取的预测信息，进行帧间重建和帧内重建。补偿装置220使用由逆变换器406获得的第三矩阵序列对帧间重建装置408或者帧内重建装置410重建的帧进行补偿。这样就获得了待显示的最终帧即当前解码帧。
帧间重建装置408和帧内重建装置410使用的参考帧被保存在帧存储器中，图中所示为第一帧存储器412保存序列0参考帧，第二帧存储器414保存序列1参考帧。当前解码帧存储器201、显示存储器203和用于执行几何变换比如旋转或镜像的几何变换器202已经在前面结合图2描述过了。另外，块效应滤波器218用来从经过补偿的帧中消除块噪声。
图5图示了根据本发明的一个实施方式的视频解码设备500。视频解码设备500与视频解码设备400相比还包括循环内旋转和镜像单元502，其从IT 406接收第三矩阵序列，对第三矩阵序列进行几何变换。帧间重建装置508和帧内重建装置510被配置为使得预测方向和参考位置适应由循环内旋转和镜像单元502执行的几何变换。提供了当前解码帧存储器及显示存储器303，将当前解码帧存储器201和显示存储器203结合起来，这节约了一帧的缓冲器分配，减少了存储器带宽负载。
在图5所示的实施方式中，循环内旋转和镜像单元502位于产生第三矩阵序列输出的IT 406之后。在另一种可供选择的实施方式中，帧内旋转和镜像单元可以位于IT 406和IQ 404之间，用于对从后者输出的第二矩阵序列进行几何变换；或者位于IQ 404和重排序装置402之间，用于对从后者输出的第一矩阵序列进行几何变换。
上面描述了根据本发明的视频再现设备。下面结合图8详细描述本发明的视频再现中的几何变换方法。
如图8所示，首先在步骤802对视频输入码流进行熵解码。然后在步骤804对解码后的信号进行重排序，获得第一矩阵序列806。在步骤808对第一矩阵序列806进行反量化，生成第二矩阵序列810。在步骤812对第二矩阵序列810进行逆变换，产生第三矩阵序列814。可以在步骤816对第三矩阵序列814进行几何变换，以生成变换后的矩阵序列818。如上所述，几何变换可以包括任何方向任何角度的旋转或任何方向的镜像。
与上述操作基本上同时，在步骤820，在从熵解码步骤802获得的信息的控制下执行帧间/帧内重建，产生重建帧822。根据本发明，帧间/帧内重建步骤820被配置为使得预测方向和参考像素位置适应在几何变换步骤816中执行的几何变换，如上所述。
在补偿步骤824中，用几何变换后的矩阵序列818对重建帧822进行补偿，从而获得几何变换后的帧，并可以进行输出。
在另一种可供选择的实施方式中，该方法可以还包括块效应滤波步骤，用于从几何变换后的帧826中消除块噪声。
在另一种可供选择的实施方式中，所述几何变换步骤816可以位于重排序步骤804和IQ步骤808之间，或者是IQ步骤808和IT步骤812之间。在这些情况下，第三矩阵序列814已经是经过了几何变换的矩阵序列，可以由补偿步骤824直接用于补偿重建帧822。
上面结合这里所公开的具体实施方式对本发明进行了说明，但是本发明不限于这里所公开的细节，本申请应覆盖对阅读了本说明书的本领域普通技术人员而言显而易见的所有变型或者等同方案。

Claims (12)

1.视频再现的几何变换方法，包括熵解码、重排序、反量化、逆变换、帧间/帧内重建，以及用在逆变换步骤之后获得的矩阵序列补偿重建的帧，该方法还包括在重排序步骤之后、补偿步骤之前对矩阵序列进行几何变换的步骤，其中，所述帧间/帧内重建步骤被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换步骤中执行的几何变换。
2.如权利要求1所述的几何变换方法，其中，所述几何变换步骤包括旋转所述矩阵序列。
3.如权利要求2所述的几何变换方法，其中，所述几何变换步骤还包括镜像所述矩阵序列。
4.如权利要求1、2或3所述的几何变换方法，其中，所述几何变换步骤位于重排序步骤和反量化步骤之间，或者反量化步骤和逆变换步骤之间，或者逆变换步骤和补偿步骤之间。
5.如权利要求1、2、3或4所述的几何变换方法，还包括在几何变换步骤之后进行的块效应滤波步骤，用于从几何变换后的数据中消除噪声。
6.一种视频再现设备，其包括熵解码器、重排序装置、反量化器、逆变换器、帧间重建装置、帧内重建装置，以及用所述逆变换器获得的矩阵序列补偿所述帧间重建装置和帧内重建装置之一重建的帧的补偿装置，其特征在于该视频再现设备还包括：
用于对重排序装置、反量化器或者逆变换器获得的矩阵序列进行几何变换的几何变换器，其中，所述帧间重建装置和帧内重建装置被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换器中进行的几何变换。
7.如权利要求6所述的视频再现设备，其中，所述几何变换器被配置为旋转所述矩阵序列。
8.如权利要求7所述的视频再现设备，其中，所述几何变换器被进一步配置为镜像所述矩阵序列。
9.如权利要求6所述的视频再现设备，还包括耦接到几何变换器的块效应滤波器，用于从经过几何变换的矩阵序列中消除噪声。
10.如权利要求6或7所述的视频再现设备，还包括用于保存当前解码帧的存储器。
11.如权利要求10所述的视频再现设备，其中，所述存储器用作显示存储器。
12.一种视频再现中的几何变换方法，包括：
对包括视频输入码流进行熵解码；
对熵解码信号进行重排序，生成第一矩阵序列；
对第一矩阵序列进行反量化，生成第二矩阵序列；
对第二矩阵序列进行逆变换，生成第三矩阵序列；
在熵解码信号的控制下进行帧间/帧内重建，生成重建帧；
用第三矩阵序列补偿所述重建帧；以及
对所述第一、第二和第三矩阵序列之一进行几何变换，其中，所述帧间/帧内重建步骤被配置为使得预测方向和参考位置适应在所述几何变换步骤中执行的几何变换。
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