CN101489126A - 用以处理图片帧的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理图片帧的装置，包含解码器、存储器及图像处理单元。解码器执行解码以产生解码区块，分解解码区块以移除视觉区块效应并产生解块区块。存储器储存解码区块及解块区块。图像处理单元从解码器或同时从存储器及解码器接收解块区块，用以针对视觉偏好来补偿解块区块。其中，当不需要下一个宏块行数据就能分解解码区块时，解码器传送解块区块至图像处理单元，当需要下一个宏块行数据才能分解解码区块时，图像处理单元从存储器取得解块区块的第一部分，并从解码器取得解块区块的第二部分。上述用于处理图片帧的装置减小了视频解码时胶片颗粒处理期间所需的DRAM带宽。

Description

用以处理图片帧的装置及方法
技术领域
本发明是有关于视频处理；更具体而言，本发明是关于以较少的存储器存取次数来处理图片帧的装置及方法。
背景技术
感光乳剂(photographic emulsion)的物理颗粒度(physical granularity)使胶片在影像及视频中看上去带有颗粒。胶片颗粒(film grain)使影像及视频看上去更加生动并形成艺术效果。假若没有胶片颗粒，影像及视频中的物体及人物会显得不自然。
尽管胶片颗粒具有上述优点，然而当编码或压缩影像/视频时，很难保留胶片颗粒。其原因在于，胶片颗粒为类似于中频噪声的图案，含有很高的熵(entropy)，因而很难编码在仅几个比特中。
上述问题的一个解决方案是在编码/压缩及解码/解压缩期间移除胶片颗粒、建立其模型、并将其合成，这也称作胶片颗粒技术(Film Grain Technology，FGT)。更具体而言，在编码/压缩期间移除影像或视频帧的胶片颗粒，以获得高压缩率。当解码器接收比特流时，其会建立胶片颗粒的模型，取得补充增强信息(Supplemental Enhancement Information，SEI)，并利用补充增强信息合成比特流，以得到具有胶片颗粒的合成影像。
图1A为利用胶片颗粒技术的视频解码器1的示意图。视频解码器1包含解码器11、平均单元13、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)14、搜寻单元15、伪随机数产生器(Pseudo Random Nu mber Generator，PRNG)16、数据库(database，DB)撷取单元17、增强装置18、及动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)19。
请参见图1B，其为影像/视频帧的结构示意图。视频剪辑(clip)通常被编码为多个帧10。各帧10被编码为多个16×16宏块(macroblock，MB)。各宏块10a被编码为四个亮度区块(luminance block)10b及二个色度区块(chrominanceblock)10c。各区块的尺寸皆为8×8个像素。
解码器11解码所接收的比特流101，以得到解码宏块，即四个亮度区块及二个色度区块。因视频帧是以区块为基础进行编码/解码，故各区块间存在边界。为得到经理想解码的视频帧，解码器11更分解(deblock)解码宏块，以移除边界效应。在分解后，解块宏块103被储存在DRAM 19中以供后续引用。在实施下一个视频/影像处理阶段，例如图1A所示的胶片颗粒处理时，从DRAM 19撷取解块宏块。
对于六个区块的每一区块，平均单元13都将其像素值平均并得到平均值104。搜寻单元15随后利用平均值104搜寻DRAM 19中的补充增强信息105。同时，PRNG 16根据解码宏块102而产生随机数106。数据库撷取单元17随后根据补充增强信息105及随机数106而撷取对应的详细信息107。最后，增强装置18利用对应的详细信息107而增强解块宏块103，以形成增强的宏块108。然后，将增强的宏块显示在屏幕上或储存在DRAM 19中。
上述方案的缺点在于，其需要大量地存取DRAM 19，且需要利用大的DARM来储存解块宏块103才能实施胶片颗粒技术。因此，此缺点加重了DRAM19的负担并使解码效率降低。
发明内容
为解决上述实施胶片颗粒技术时需要大量存取存储器并需要大的存储器空间的问题，本发明提供一种处理图片帧的装置与方法，能够减小视频解码时胶片颗粒处理期间所需的DRAM带宽。
本发明提供一种用以处理包含多个宏块(macroblock)的图片帧的装置，包含解码器、存储器及图像处理单元，其中各宏块包含多个区块。解码器用以执行解码以产生多个解码区块，及用以分解解码区块，以移除视觉区块效应并产生多个解块(deblocked)区块。存储器耦接于解码器，用以储存解码区块及解块区块。图像处理单元耦接于解码器，用以从解码器、或同时从存储器以及解码器，接收解块区块，用以针对视觉偏好来补偿解块区块。当不需要下一个宏块行数据就能分解解码区块时，解码器传送解块区块至图像处理单元。当需要下一个宏块行数据才能分解解码区块时，图像处理单元从存储器取得解块区块的第一部分，并从解码器取得解块区块的第二部分。
本发明还提供一种用于处理图片帧的方法，图片帧包含多个宏块，各宏块包含多个区块，该方法包含下列步骤：解码宏块的区块，以产生解码区块；决定解码区块的分解是否需要下一个宏块行的数据；当解码区块不需要下一个宏块行的数据时，分解解码区块以产生解块区块；以及利用图像处理单元针对视觉偏好来补偿解块区块。
本发明通过区分在分解时，视频区块是否需要下一个宏块行的数据，并对不同情况进行相应处理，从而减小视频解码时胶片颗粒处理期间所需的DRAM带宽。
附图说明
图1A为利用现有技术胶片颗粒技术的视频解码器的示意图。
图1B为影像/视频帧的结构示意图。
图2A为本发明装置的第一实施方式的示意图。
图2B为解码的视频宏块的结构示意图。
图3为本发明方法的一实施方式的流程图。
具体实施方式
本发明提供用以解码、分解(deblock)、及后处理(post-process)图片帧的装置及方法。在解码或在解码及分解后的后处理可包含胶片颗粒技术(Film GrainTechnology，FGT)、缩放(scaling)、解交错(de-interlacing)等等。每一图片帧包含多个宏块(macroblock，MB)，且各宏块更包含多个区块。
图2A为本发明的第一实施方式的示意图，其为高清晰度数字多功能光盘(High Definition Digital Versatile Disc，HD-DVD)系统2。HD-DVD系统2符合H.264标准，并包含图像处理单元21、显示单元23、解码器24、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)26及静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)27。本实施方式中的图像处理单元21为FGT处理单元，其包含平均单元211、第一搜寻单元212、第二搜寻单元28、混合器22、及伪随机数产生器(Pseudo Random Number Generator，PRNG)29。
第一实施方式的HD-DVD系统2能以较少的DRAM26存取次数，对图片帧进行分解及后处理。解码器24用以执行解码以产生多个解码区块，及用以分解解码区块以移除视觉区块效应并产生解块区块。
首先，解码器24依照H.264解码算法，解码已接收的比特流201，以产生解码宏块202(请参见图2B)。图2B为解码的视频宏块的结构示意图。如图2B中所示，解码宏块202为16×16二维宏块，包含四个亮度区块202a、202b、202c及202d及二个色度区块202e、202f。六个区块中各区块分别为8×8区块。
在一实施方式中，解码器24检查图片帧的图片头(picture header)，以判断是否需要进行分解。若图片头显示不需要进行分解，则解码器停止相关解块功能，并循序传送解码区块至图像处理单元21，以针对视觉偏好而补偿解码区块。
另一方面，若在上述实施方式中所述图片头显示需要进行分解，或者在其它实施方式中已预先决定需要进行分解，则解码器24更判断分解当前宏块时是否需要下一个宏块行。也就是说，存在二种情形：一种是其分解过程不需要下一个宏块行，而另一种是需要下一个宏块行。当对解码区块的分解不需要下一个宏块行的数据进行时，解码器24分解解码区块以移除视觉区块效应，藉以产生解块区块，解块区块可直接传送至图像处理单元21进行后处理。在本实施方式中，图像处理单元21直接从解码器24接收解块区块。
当解码区块的分解需要下一个宏块行的数据时，则将解码区块视为分成第一部分及第二部分。第一部分的分解不需要下一个宏块行的数据，而第二部分的分解则需要下一个宏块行的数据。更具体而言，第二部分包含解码区块的最末N行，其中N由对应编码器预先决定，例如对于8×8解码区块而言，N＝4。解码后，解码器24分解解码区块的第一部分，但不对解码区块的第二部分作任何处理。然后，解码器24将已解块的第一部分及未解块的第二部分储存在DRAM26中。当下一个宏块行的数据可用时，解码器24从DRAM 26撷取未解块的第二部分，并接着分解第二部分。在分解第二部分后，解码器24传送已解块的第二部分至图像处理单元21。对图像处理单元21而言，其从DRAM26撷取解块区块的第一部分并从解码器24撷取解块区块的第二部分。
如上所述，图像处理单元21从解码器24接收解块区块的第二部分，并从DRAM 26撷取解块区块的第一部分。当在本实施方式中图像处理单元21执行FGT处理时，平均单元211计算每一解块区块中像素的平均值。也就是说，平均单元211对四个亮度区块及二个色度区块的每一区块进行平均。举例而言，平均单元211对区块的8×8个像素的值进行平均，以得到平均值206。第一搜寻单元212根据平均值206，搜寻DRAM26中的查找表(lookup table)，以得到解块区块的补充增强信息207。
同时，PRNG 29根据预定随机数，产生参考值208。第二搜寻单元28随后根据搜寻具有补充增强信息207及参考值208的数据库，对解块区块产生胶片颗粒补偿值209。最后，混合器22将胶片颗粒补偿值209与解块区块的像素相结合，以得到增强的视频区块210。
在其它实施方式中，图像处理单元21可为缩放器(scalar)，用以将解块区块缩放至期望尺寸。在某些其它实施方式中，图像处理单元21也可为解交错器(de-interlacer)，用以将解块区块解交错。
与现有技术相比，本发明中在分解时不需要下一个宏块行的区块的像素可在分解后直接传送至图像处理单元21。举例而言，解码区块202a及202b在分解期间不需要下一个宏块行，而解码区块202c、202d、202e、202f则需要等待至下一个宏块行可用时方可进行分解。在本实施方式中，对于各解码区块202c、202d、202e、202f，仅区块的最末四行在分解时需要下一个宏块行的信息，故将前四行称为第一部分，而将后四行称为第二部分。某些实施方式可减小对二个亮度区块202a及202b进行分解及后处理期间的DRAM带宽，这是因为解码区块202a及202b被分解时不需要暂存在DRAM 26中，且在分解后，解块区块可直接传送至图像处理单元21进行后处理。四个区块202c、202d、202e、202f的上四行(即第一部分)在被分解时不需要在下一个宏块行可用之前暂时缓存在DRAM 26中，且随后各已解块的第一部分被缓冲在DRAM26中，直到对应的第二部分被分解。四个区块202c、202d、202e、202f的下四行(即第二部分)则暂存于DRAM 26中，直到下一个宏块行的信息就绪，解码器24从DRAM 26读取各第二部分并实施分解，以产生已解块的第二部分。已解块的第二部分可直接发送至图像处理单元，且图像处理单元也从DRAM 26撷取对应的已解块的第一部分，以对整个解块区块实施后处理。
除非文件头显示其它帧将不引用此特定帧，否则所有已解块的亮度区块及色度区块皆被写入存储器(例如DRAM 26)，以供同一帧或不同帧中的其它宏块在进行分解或解码(例如运动补偿)时引用。本发明的实施方式能够在解码、分解、及后处理第一部分、以及在分解时不需要下一个宏块行的区块时，使DRAM带宽减少一次读取操作及一次写入操作。根据上述多个实施方式，当解码、分解、及后处理第二部分时，也可省却一次读取操作。
根据上述方案，HD-DVD系统2能够利用减少的存储器存取次数及减小的存储器空间对视频进行解码及后处理。
图3为本发明的一个范例方法流程图。
执行步骤301，以根据图片帧的图片头，判断是否需要进行分解。若图片头显示当前图片帧不需要分解，则执行步骤303，以停止与分解相关的程序。在某些其它实施方式中，可省略步骤301，而对每一图片帧实施分解。然后，执行步骤304，以解码每一区块，并循序传送解码区块至图像处理单元，以针对视觉偏好进行补偿。
若需要分解，则执行步骤302，以解码宏块的区块，进而产生解码区块，并执行步骤305，以判断当前解码区块的分解是否需要下一个宏块行的数据。若其分解不需要下一个宏块的数据，则执行步骤306，以分解解码区块，从而得到解块区块。然后，执行步骤307，以传送解块区块至图像处理单元。接着，执行步骤308，以针对视觉偏好来补偿解块区块。最后在步骤309，实施胶片颗粒处理。
若步骤305判断出解码区块的分解需要下一个宏块行的数据，则在步骤310中分解解码区块的第一部分，并随后在步骤311中将已解块的第一部分储存在存储器中。然后，执行步骤312，以储存解码区块的第二部分(未解块的第二部分)至存储器中。然后，执行步骤313，在下一个宏块行的数据可用时从存储器中存取解码区块的第二部分，以进行分解。然后，在步骤314中，在分解之后，将已解块的第二部分直接传送至图像处理单元。可与步骤314同时执行步骤315，以将已解块的第一部分从存储器传送至图像处理单元。然后，执行步骤308，以补偿解块区块。
根据上述方案及步骤，本发明提供用以利用较少的存储器存取次数对图片帧进行后处理的装置及方法。本发明区分需要利用下一个宏块行的数据进行分解的区块与不需要利用下一个宏块行的数据即可进行分解的区块。根据此种差别，需要储存与需要存取的区块量也不相同。上述实施方式提供高效的视频解码及处理装置及方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种用以处理图片帧的装置，该图片帧包含多个宏块，各该宏块包含多个区块，该装置包含：
解码器，用以执行解码以产生多个解码区块，及用以分解该多个解码区块，以移除视觉区块效应并产生多个解块区块；
存储器，耦接于该解码器，用以储存该多个解码区块，及该解码器产生的该多个解块区块；以及
图像处理单元，耦接于该解码器，用以从该解码器，或同时从该存储器以及该解码器，接收该多个解块区块其中之一，用以针对视觉偏好来补偿该解块区块；
其中，当不需要下一个宏块行的数据就能分解该解码区块时，该解码器传送该解块区块至该图像处理单元；当需要该下一个宏块行的数据才能分解该解码区块时，该图像处理单元从该存储器取得该解块区块的第一部分，并从该解码器取得该解块区块的第二部分。
2.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，该图像处理单元对各该解块区块进行胶片颗粒处理，该图像处理单元包含：
平均单元，用以计算各该解块区块内多个像素的平均值；
第一搜寻单元，耦接于该平均单元，用以根据该平均值，搜寻查找表，以获得该解块区块的补充增强信息；
伪随机数产生器，耦接于该解码器，用以根据预定随机值，产生参考值；
第二搜寻单元，耦接于该第一搜寻单元，用以根据搜寻具有该参考值及该解块区块的补充增强信息的数据库的结果，对该解块区块产生多个胶片颗粒补偿值；以及
混合器，耦接于该第二搜寻单元，用以将该解块区块的像素与该胶片颗粒补偿值相结合。
3.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，该图像处理单元，在补偿后，将该多个解块区块回存至该存储器。
4.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，该图像处理单元包含解交错器，用以将该多个解块区块解交错。
5.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，该图像处理单元包含缩放器，用以将该多个解块区块缩放至预定尺寸。
6.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，从该解码器取得的该解块区块的该第二部分，包含该解块区块的最后N行像素，该N是正整数且由对应的编码器预先决定。
7.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，当该解码区块的分解需要该下一个宏块行的数据时，该解码器在该解码区块的该第一部分执行分解，以产生该解块区块的该第一部分，且储存该解块区块的该第一部分及该解块区块的该第二部分至该存储器；且当该下一个宏块行的该数据可用时，该解码器从该存储器存取该解码区块的该第二部分，并通过分解以产生该解块区块的该第二部分，以将该解块区块的该第二部分传送至该图像处理单元。
8.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，该解码器检查该图片帧的图片头，以决定该图片帧是否需要进行分解，当该图片头指出不需进行分解时，该解码器停止分解程序，并依序地传送该多个解码区块至该图像处理单元，以针对视觉偏好来补偿该多个解码区块。
9.如权利要求1所述的用以处理图片帧的装置，其特征在于，各该宏块包含四个亮度区块及二个色度区块。
10.一种用于处理图片帧的方法，该图片帧包含多个宏块，各该宏块包含多个区块，该方法包含下列步骤：
(a)解码该多个宏块的该多个区块其中之一，以产生解码区块；
(b)决定该解码区块的分解是否需要下一个宏块行的数据；
(c)当该解码区块不需要该下一个宏块行的数据时，分解该解码区块以产生解块区块；以及
(d)利用图像处理单元，针对视觉偏好来补偿该解块区块。
11.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，当该解码区块需要该下一个宏块行的数据时，该方法更包含下列步骤：
(e)解块该解码区块的第一部分，并储存该已解块的该解码区块的该第一部分，及该解码区块的第二部分，至该存储器；
(f)当该下一个宏块行的该数据可用时，存取该解码区块的该第二部分以进行分解，并在分解后直接传送该已解块的该第二部分至该图像处理单元；以及
(g)利用该图像处理单元，从该存储器存取该已解块的该第一部分。
12.如权利要求11所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，该解块区块的该第二部分包含该解块区块的最后N行像素，该N是正整数且由对应的编码器预先决定。
13.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，该针对视觉偏好来补偿该解块区块的步骤包含下列步骤：
对各解块区块进行胶片颗粒处理，以产生多个胶片颗粒补偿值；以及
混合该胶片颗粒补偿值与该解块区块的该多个像素。
14.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，更包含在补偿后，将该多个解块区块回存至该存储器的步骤。
15.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，该针对视觉偏好来补偿该解块区块的步骤包含将该多个解块区块缩放至预定尺寸。
16.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，该针对视觉偏好来补偿该解块区块的步骤包含将该多个解块区块解交错。
17.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，更包含下列步骤：
检查该图片帧的图片头，以决定该图片帧是否需要进行分解；以及
当该图片头指出不需进行分解时，停止分解程序及依序地传送该多个解码区块至该图像处理单元，以针对视觉偏好来补偿该多个解码区块。
18.如权利要求10所述的用于处理图片帧的方法，其特征在于，各该宏块包含四个亮度区块及二个色度区块。
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