CN101543069B - 内存减小的h264/mpeg-4avc编解码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的方法。该方法大体包括以下步骤：(A)通过使用图案对第一参考图片进行下采样来生成第二参考图片，其中，该图案(i)包括二维栅格，并且(ii)是通过执行垂直下采样和单独执行水平下采样无法获得的；(B)通过对第二参考图片进行上采样来生成第三参考图片；以及(C)使用第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。

Description

内存减小的H264/MPEG-4AVC编解码器
技术领域
本发明大体涉及视频编码/解码/代码转换(编解码器)，更具体地，涉及一种内存减小的H.264/MPEG-4 AVC编解码器。
背景技术
国际电信联盟电信标准局(ITU-T)建议H.264和用于高级视频编码(MPEG-4/AVC)的国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)建议MPEG-4第10部分关系到数字视频编解码器。H.264|MPEG-4/AVC文件(以下简称为H.264)规定了解码器操作(语义)和压缩视频表示法(比特流语法)。由于有效的语法和许多新的预测选项，传统的H.264视频编码器产生提供具有50％以下比特率的MPEG-2质量的比特流。因此，视频分配通道(诸如高清数字光学介质格式(Blu-ray DiscTM、HD DVD)、电缆(高清视频点播)、卫星(直接电视(DirectTV)、DISH NetworkTM)、网际协议电视(IPTV)、地面高清电视(TV)、付费电视(法国、英国)及移动系统(3GPP))正采用允许H.264的设备。Blue-Ray是日本东京Blu-ray Disc协会的商标。DISH Network是科罗拉多州英格伍德EchoStar Satellite责任有限公司的注册商标。
两类预测被用于ISO/IEC和ITU的基于块(block)的混合预测和变换视频编解码器。帧间预测和帧内预测被用于去除冗余，以使改进压缩是可能的。帧间预测使用之前(有时被运动补偿的)解码后的视频帧或场来预测当前块。(预测的)P-块只使用来自前一帧或场的一个块来进行预测。(双向预性的)B-块使用根据两个之前解码后的块的预测的(可能加权的)平均。相比之下，帧内预测使用当前场或帧之内的之前解码的相邻块。专门使用帧内预测的关键帧(即，I-帧)可以被用作进入压缩比特流的入口点，以进行通道改变或误差校正。帧内预测对由于近似或误差而引起的不匹配如何在视频中累积具有显著效果，因此，对基于不同近似的内存减小技术具有效果。
参照图1，示出了传统的H.264多帧帧间预测的示图。参照图2，示出了具有参考B-帧的传统H.264分层式图片组(GOP)的示图。图片存储的存储器是视频解码器中最昂贵的元件。存储器存储愈加支配解码器成本。H.264的应用内存标准通常被规定为高于其他通常专用的编解码器，诸如ISO MPEG-2(ITU-T H.262)或电影电视工程师协会(SMPTE)VC-1(WMV-9，Microsoft Windows Media 9)。其他的存储器用于支持H.264帧间预测编码工具，诸如多个参考帧、分层式帧和参考B-帧，如图1和图2所示。
如针对MPEG-2所描述的，可以通过下采样(即，水平和/或垂直地减小分辨率)来减小图片存储的内存。实际上，下采样可以与最后的编解码器块/图片重构级合并。对于(i)MPEG-2，可以使用IDCT(离散余弦反变换)级，而对于(ii)H.264和VC-1，可以使用环内(即，去块滤波器)。类似地，一种高效的实现方式可以将上采样与亚像素运动补偿帧间预测加载合并。对于MPEG-2，不同于H.264|MPEG-4/AVC，利用以下两种简单方法中的任一种利用因数二来进行的水平子采样产生了很好的质量：(i)进行下采样而不进行滤波(即，删去(drop)交替列)以及利用双线性内插的上采样；以及(ii)通过平均进行的下采样(即，相邻列)以及上采样而不进行滤波(即，复制、采样及保持)。
发明内容
本发明涉及一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的方法。该方法大体包括以下步骤：(A)通过使用图案(pattern)对第一参考图片进行下采样来生成第二参考图片，其中，该图案(i)包括二维栅格，并且(ii)是通过执行垂直下采样和单独执行水平下采样无法获得的；(B)通过对第二参考图片进行上采样来生成第三参考图片；以及(C)使用第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
本发明的目的、特征及优点包括提供一种数字视频编解码器，该编解码器可以(i)减小H.264|MPEG-4/AVC方法/系统中的内存利用，(ii)提供优于传统技术的性能，(iii)在不损失带宽的情况下维护相对简单的内存存取，(iv)使用梅花形图案对图片进行下采样，(v)使用图片的非线性上采样和/或(vi)使用对图片的两级中值(median)上采样。
附图说明
本发明的这些和其他目的、特征及优点将从以下的详细描述和所附权利要求及附图中变得显而易见，在附图中：
图1是传统的H.264多帧帧间预测的示图；
图2是具有参考B-帧的传统H.264分层式图片组的示图；
图3是根据本发明优选实施例的电路的框图；
图4是H.264多个帧内预测模式的示图；
图5是梅花形采样图案的示图；
图6是用于编解码器内存减小的示例性方法的流程图；
图7是该系统的示例性结构的详细框图；以及
图8是Ice Age序列中的帧峰值信噪比的直方图。
具体实施方式
本发明大体涉及具有显著减小的内存大小的H.264|MPEG4-AVC编解码器实现方式。MPEG-4/AVC文件可由瑞士日内瓦国际标准化组织的运动图像专家组来定义。H.264文件可由瑞士日内瓦国际电信联盟电信标准局来定义。
可以使用所描述的技术来制造实现多个不同价格和性能点的具有H.264解码器、代码转换器和/或编码器的产品。例如，使用本发明的方法(而不是成功用于MPEG-2的图片存储减少技术)的Blu-ray DiscTM HDTV播放器可以实现显著优越的主观质量，同时减小总的系统内存(例如，从256兆字节(MB)减小到128MB)。
参照图3，示出了根据本发明的优选实施例的电路100的框图。电路(或系统)100可以被实现为媒体处理器电路。电路100大体包括电路(或模块)102、总线103及电路(或模块)104。输入信号(例如，IN)可以由电路102来接收。输出信号(例如，OUT)可以由电路102生成并呈现。电路102和电路104可以经由总线103彼此通信以交换数据。电路100可以实现数字视频编码器、数字视频解码器或数字视频代码转换器。
信号IN可以是(i)压缩视频信号(例如，用于解码器和代码转换器)，一般称为比特流，或(ii)未压缩的视频信号(例如，用于编码器)。信号IN可以包括逐行格式帧和/或隔行格式场的序列。对于解码器和代码转换器，信号IN符合H.264建议。
信号OUT可以是(i)一个或多个模拟视频信号(例如，解码器)，(ii)一个或多个数字视频信号(例如，用于解码器)或(iii)压缩比特流(例如，用于编码器和代码转换器)。信号OUT一般包括逐行格式帧和/或隔行格式场的序列。
关于解码器，信号OUT可以包括适于使显示与视频信息同步的同步信号。信号OUT可以被以模拟形式生成为(但不限于)RGB(红、绿、蓝)信号、EIA-770(例如，YCrCb)信号、S-视频信号和/或复合视频基带信号(CVBS)。信号OUT可以被以数字形式生成为(但不限于)高清多媒体接口(HDMI)信号、数字视频接口(DVI)信号和/或BT.656信号。信号OUT可以被格式化为标准清晰度信号或高清晰度信号。关于编码器和代码转换器，信号OUT可以符合H.264建议。
电路102可以被实现为被配置成编解码器电路的视频数字信号处理器(VDSP)。电路102可操作用于对接收到的在信号IN中的视频信息进行解码、编码或代码转换以生成信号OUT。电路102可以被装配在第一芯片(或晶片(die))上。总线103可以被实现为存储器总线。
电路104可以被实现为存储电路。电路104可操作用于临时缓冲帧/场(图片或图像)以及在对数字视频和音频数据进行解码/编码/代码转换和格式化的过程中使用的其他信息。电路104内用于对解码后的图片/图像进行缓冲的缓冲区可以称为解码图片缓冲器(DPB)。电路104可以被装配在独立于第一芯片并位于电路102的外部的第二芯片(或晶片)上。
已经考虑了利用MPEG-2、MPEG-4第2部分高级简单简档(ASP，Advanced Simple Profile)、VC-1和H.264的子采样偏差。在MPEG-2中，亮度(辉度)采样(像素)的8×8帧内编码块可以通过离散余弦变换(DCT)而被编码为去相关的一组水平的、垂直的和混合的频率。如预测编码一样，基于DCT的去相关一般有助于压缩。在MPEG-2中，DC(例如，平均块值)DCT系数可以相对于之前编码块的DC值而被预测编码，以减少表示编码块的平均比特。
类似地，利用MPEG-4第2部分ASP和VC-1，预测模式可以用于帧内编码块：(i)块DC，(ii)水平DCT系数以及(iii)垂直DCT系数。如同MPEG-2一样，一般不使用重构的像素来形成帧内预测。通过使用编码系数作为预测因子(predictor)，引入来自所存储的子采样的参考帧的帧中的帧间预测误差不会通过帧内预测而被传播到相邻的帧内编码块中。因此，利用上述编解码器，由于参考帧子采样而引起的主要质量影响可能是在连续的帧间预测帧上累积的锐度损失。这种预测“偏差”影响一般由周期性的I-帧所限定。然而，VC-1的环内去块滤波器是附加误差传播的潜在来源，其会使用于MPEG-2的简单子采样方法没那么有效。
参照图4，示出了H.264多种帧内预测模式的示图。依据H.264，根据之前编码块的相邻像素进行帧内预测一般在变换之前。如图4所示，可以利用九个4×4亮度(luma)、九个8×8亮度、四个16×16亮度、以及四个8×8色度(chroma)方向帧内预测模式。如果用于帧内预测的相邻像素明显不同于指定值，则所导致的误差会在该块上沿着帧内预测的方向传播。如果块内的较大区域邻近于利用参考帧子采样所近似的帧间预测块，则近似误差会在该整个区域上传播。如果当前帧是用于帧间预测的参考帧，则随后的参考P-帧和参考B-帧会继续传播该误差。VC-1和H.264中的环路滤波器会通过在空间上累积地(递推地)传播像素值而引起类似(尽管较小)的影响。由于VC-1环路滤波器一般不如H.264环路滤波器耐用(例如，可能影响更少的像素)，所以帧内误差传播影响对于VC-1可能进一步降低。
为了减轻预测误差的帧内传播的严重性，更加精确的子采样和内插一般被指定用于H.264参考图片，到更轻的程度，被指定用于VC-1参考图片。此外，H.264中的动态缓冲器管理技术可以应用于限制该误差。
对于MPEG-2，利用上面讨论的简单方法的下采样和上采样可能是足够的。实际上，产生高质量MPEG-2的解决方案一般通过抽取(decimating)并仅水平地进行内插来以半水平分辨率存储图片。对于H.264，存在少数的附加选择用于所存储的亮度图片子采样：
方法1，HHR：利用平均下采样和复制上采样的半水平。
方法2，HHRe：增强的半水平平均/复制。HHRe方法一般包括插入8×1平均像素的七个最低有效位(LSB)中的每两个8×1块之间的8×1DC(列)差异，其中，最后的LSB是块平均LSB。在下采样之后，8×1块DC可以被恢复，并且LSB装载有平均LSB。
方法3，QHR：梅花形下采样可以包括非滤波下采样和水平平均上采样。
方法4，QVR：每个场中的梅花形下采样和垂直平均上采样。
方法5，QDR：在每个帧中，梅花形下采样可以具有四邻域(neighbor)水平和垂直平均上采样。
方法6，QMR：在每个帧中，梅花形下采样一般包括四邻域四点中值上采样。
方法7，QMRi：在每个场中，梅花形下采样包括4邻域四点中值上采样。
方法8，QMRa：利用四邻域四点中值上采样的梅花形下采样，之后进行利用两个水平邻域得到三点中值(以改善垂直细节保持)。QMRa方法可以分别应用于用于逐行和隔行源的帧或场。
参照图5，示出了梅花形采样图案的示图。梅花形图案可以类似于骰子/纸牌/多米诺骨牌上的“5”点。每个方形一般代表一个样本位置。每个圆圈可以代表通过下采样所保留的样本。无圆圈位置可以被删除。梅花形下采样一般不能通过使用水平下采样和单独的垂直下采样来创建。
利用MPEG-2、MPEG-4第2部分ASP和/或VC-1对所存储的图片进行下采样可能相对直接，这是由于所存储的帧可以是参考帧。此外，所存储的所有参考帧对于促进在帧或场之间的误差的正向传播通常都具有类似的重要性。例如，除了与I-帧的接近度之外，任何所存储的帧中的近似类似地有助于传播至未来帧中的时间偏差。
与MPEG-2、MPEG-4第2部分ASP及VC-1相比，H.264通常表现得不同。利用H.264，编码图片的缓冲器可以用于对帧重排以及用于存储参考帧。此外，对于极少数的帧，一些参考帧可能只将误差向前传播，而其他参考帧可能影响大多数的帧。有限传播一般是(尽管不总是)参考B-帧的特性。
对解码图片的缓冲器进行动态管理可以限制由在H.264解码的过程中减小内存而引起的“最差情况”影响。可以按照顺序应用示例性的一组优先规则，直到足够的存储空间被释放以存储接下来解码的场/帧的，这一组优先规则一般如下：
规则1：首先减少非参考图片，这是由于非参考图片一般不引起时间前进偏差(temporal on-going drift)。
规则2：减少对预测/重构具有短暂(例如，在任一方向上的1幅或2幅图片)时间潜在间接影响的参考图片，以缩短由于不匹配引起的偏差的持续时间。
规则3：按照较远的参考图片可以不经常地(通常)用于预测/重构的原理，减少“最旧的”参考图片、或可以在时间上距随后解码的图片最远的参考图片。
规则4：考虑内存带宽和减小已出现在存储器中的图片尺寸的处理成本。如果内存带宽和/或处理周期不足，则尝试减少当前正被解码的图片，使得(i)可以以降低的分辨率存储重构的信息一次，而不是(ii)以全分辨率存储，读回，降低分辨率，然后写回到存储器。根据系统瓶颈，规则4可以优先于规则1-3。如果存储器存储是主要的系统瓶颈，则一般按照顺序应用规则1、2、3。如果处理周期和/或内存带宽中的一个或两个是主要的系统瓶颈，则可以考虑规则4，直到周期/带宽在预算之内。可以实现其他管理规则以符合特定应用的准则。例如，这些规则可以丢弃最旧的参考帧，而不是对最旧的参考帧进行子采样。
参考图6，示出了用于编解码器内存减小的示例性方法120的流程图。方法(或处理)120可以实现参考帧存储处理。方法120一般包括步骤(或框)122，步骤(或框)124及步骤(或框)126。方法120可由电路100来执行。
在步骤122中，可以对通过信号IN接收到的参考帧进行下采样以节约内存。下采样可以依照以上四条规则。下采样可以包括QMRa梅花形下采样(方法8)。可以实现其他梅花形下采样选项以符合特定应用的准则。
通常，步骤122可以包括步骤(或框)130和可选步骤(或框)132。在步骤130中，可以对参考帧的亮度(luma)通道进行下采样。在一个或多个实施例中，步骤132可以被实现为对每个参考帧的色度(chroma)通道进行下采样。下采样可以是解码回路的一部分。
当特定参考帧适于进一步的处理时，该特定参考帧可以从存储器104中读取并被上采样以恢复原始分辨率。上采样可以被实现为一个或多个操作。例如，上采样可以被实现为步骤(或框)134中的线性(例如，平均)内插。在另一实例中，上采样可以被实现为按照步骤(或框)136的非线性内插。该非线性内插可以包括但不限于四邻域四点中值上采样和两邻域三点中值上采样。在又一实例中，上采样可以被实现为步骤(或框)138中的两级内插。
步骤138通常包括分别形成第一级和第二级的步骤(或框)140和步骤(或框)142。步骤140可以执行四邻域四点中值上采样以填充缺少的样本位置。在步骤142中，可以执行使用两个水平邻域的三点中值上采样来完成内插。
在步骤124中，可以对在信号IN中接收到的其他图片执行处理。该特定处理一般取决于正实施的系统。例如，步骤124可以具有用于解码器系统的解码步骤(或框)144，其中，信号OUT是非压缩视频信号。在编码器系统中，步骤124可以具有编码步骤(或框)146。步骤146一般生成信号OUT作为编码比特流。此外，在代码转换器系统中，步骤124可以具有代码转换步骤(或框)148。步骤148可以生成信号OUT作为编码比特流。
软件H.264解码器被应用于上述的八种内存下采样/上采样方法中的每一种，这些方法用于信号IN中的每个视频亮度帧。信号IN被生成为具有4:2:0色度格式的H.264视频比特流。(该4:2:0格式一般具有为亮度样本的垂直和水平分辨率的一半的色度样本)。为了不招致其他带宽成本，不使用动态图片缓冲器管理。而是，当画面被解码时，对所有图片进行子采样。由于块DC伪像可能在色度上比在亮度上更加引起视觉困扰，并且对亮度进行子采样一般比对色度进行子采样节约两倍内存(对于4:2:0格式)，因此，只对参考帧的亮度成分进行下采样。以下可公用的编码H.264序列被用于模拟(利用IBP的一秒图片组(GOP)编码，没有8×8帧内/变换和QP～[12，26])：
序列1：Ice Age，1904×1056像素，60帧/秒。
序列2：Warren Miller，1920×1080像素，60帧/秒。
序列3：Aeon Flux，1280×720像素，60帧/秒。
以下不可公用的视频序列是利用JM 10.2 H.264参考编码器进行编码的：
序列4：Soccer，704×480i 60场/秒，是利用IBBP的半秒GOP、为32的恒定QP编码的，而没有利用8×8帧内模式。
序列5：Mobile Teranex、Parkrun及Stockholm，1920×1080i，60场/秒，是利用IBBP的五秒GOP编码、为32的恒定QP编码的，其中，所有帧内模式都包括8×8帧内模式。
序列6：Plateau，1920×1080i，60场/秒，是利用IPPP的一秒GOP，为32的恒定QP编码的，其中，所有帧内模式都包括8×8帧内模式。
相对于全参考解码，将应用于每个序列的每种方法的结果与减少到最大值为100分贝(dB)的峰值信噪比(PSNR)进行比较。(以dB为单位的PSNR可以被计算为20*log10(255/RMSE)，其中，RMSE可以是均方根误差)。尽管这些结果对应于视觉等级，但是这些结果一般不表示质量差异的大小。
在以下的表格I中大体示出了这些测试结果。表格I中的数据一般表示用于50％降低的平均序列PSNR(dB)。平均PSNR可以反映整个序列的平均质量。视觉严重性和严重受损帧的数目可以表示质量的视觉评估。
表格I
  HHR   HHRe   QHR   QVR   QDR   QMR   QMRi   QMRa
  Ice Age   45.5   46.0   49.0   49.5   51.4   53.3   51.0   53.5
  Warren Miller   36.9   40.7   38.9   42.2   41.2   43.9   41.6   43.9
  Aeon Flux   49.1   45.9   50.9   46.9   48.6   54.6   52.1   54.6
  Soccer   26.8   36.5   34.2   NA   NA   NA   34.1   35.2
  Mobile   23.6   26.2   24.4   25.4   24.9   27.6   26.3   26.8
  Plateau   31.3   35.4   33.8   NA   NA   NA   33.8   34.3
  Parkrun   21.0   23.3   25.5   NA   NA   NA   23.8   24.8
  Stockholm   23.8   28.5   28.0   NA   NA   NA   24.8   26.4
模拟的几个视觉评估大体如下：
评估1，HHR：锯齿状斜纹，非常模糊，明显且频繁的分块伪像，尤其是在背景/平坦区域中。
评估2，HHRe：所有方面都稍有改进，最显著的是分块。显著增加的内存带宽被用于运动补偿预测。访问包含适当数据的所有8×1块以重构全分辨率数据。
评估3，QHR：全部的梅花形采样方法在所有方面均显著好于方法HHR。方法QHR一般具有独特的锯齿状编织伪像(weavingartifact)，其在视觉上会使人感到不舒适。
评估4，QVR：略微好于方法QHR，但具有类似的(尽管是垂直的)编织伪像。
评估5，QDR：一般不太明显，并且还具有比方法QMR更多的伪像。
评估6，QMR：用于逐行序列的好选项。对于隔行序列，方法QMR比方法QMRi差。
评估7，QMRi：用于大多数隔行内容的好选项。然而，对于逐行序列，方法QMRi不如方法QMR好。相对于QHR，方法QMRi可能具有细水平线会间断或衰减的缺点。
评估8，QMRa，用于所有内容的最佳实际选项。尽管关于隔行序列的其他前述方法具有类似的PSNR，但是由于以一些细节失真/损失为代价达到了更少的总体伪像(gross artifact)，方法QMRa通常表现出众。一个例外可以是方法HHRe(以及方法QHR(在更小的程度上))一般在具体的长GOP序列上比方法QMRa表现出众，而没有常见的I-块(诸如Mobile和Plateau中的简单摇镜头(pan))。尽管方法HHRe会引入更多的块伪像和垂直拖尾(来自于1×8块操作)，但是方法HHRe通常保持更多细节。在摇镜头隔行序列中保持较高的垂直细节对于防止模糊是尤其重要的。方法QMRa一般被构思为改善高频垂直细节的保持。方法QMRa可以被实现为两步骤级联式中值，其中，第二级的三点中值重新引入了水平邻域。对于利用方法HHRe改善的序列，通常注意到方法QMRa相对于方法QMR和方法QMRi具有显著的改善。此外，通常注意到对所有被测试的序列具有总体益处。
参照图7，示出了电路100的示例性结构的详细框图。电路102一般包括电路(或模块)160、电路(或模块)162及电路(或模块)164。电路102还可以包括可选框(或功能元件)166和可选框(或功能元件)168。框162可以包括可选框(或功能元件)170和可选框(或功能元件)172。电路104一般包括电路(或模块)174和电路(或模块)176。电路174可以包括可选框(或功能)178和可选框(或功能)180。
电路160可以被实现为高速缓冲存储器。电路160一般进行操作以对图片数据进行缓冲。根据电路160的内存容量，数据的范围可以从几个宏块到一个或多个宏块行、一个或多个场或一个或多个帧。
电路162可以被实现为存储控制器。电路162一般对经由总线103读取来自电路104的数据以及向该电路写入数据进行控制。电路162可以与电路160进行通信以在电路160和电路104之间交换数据。
电路164可以被实现为处理电路。处理可以包括但不限于显示处理(例如，视频输出模块)、运动补偿处理、编码、解码、代码转换等。电路164可以与电路160进行通信以接收高速缓存的数据。电路164可以与电路162进行通信以接收从电路104读取的缓冲数据。
电路174可以被实现为总线接口电路。电路174一般进行操作以与总线103进行通信并在总线103和电路176之间传送数据。
电路176可以被实现为动态随机存取存储器(DRAM)。电路176对经由总线103接收到的数据执行实际存储。电路176可以被实现为单倍数据率(SDR)动态随机存取存储器(DRAM)或双倍数据率(DDR)DRAM。可以实现其他存储技术来满足特定应用的准则。
梅花形下采样一般由电路102在将图片数据存储到存储器的操作期间执行。存储操作可以被实现为存储带(store-strip)命令和/或写到RAM(write-to-RAM)命令。未压缩图片可以是参考场/帧或非参考场/帧。通常，下采样可以被应用于所存储的用于显示顺序重排和/或用作参考场/帧的所有场/帧。
基于特定应用，在完成存储操作之前，可以在电路100内的一个或多个位置中执行下采样。例如，在电路160中进行高速缓存之前，可以由框164对数据进行下采样。在另一实例中，如框170所示，在数据被经由总线103传送之前不久，可以在电路162中执行下采样。在又一实例中，在电路176中进行缓冲之前，可以由框178对在电路174处从总线103接收到的数据进行下采样。
典型地，存储操作可以每次用于一个或多个未压缩宏块、每次用于一个或多个宏块行、用于整个场或整个帧。数据一般首先被写入到电路160，随后被传送到电路176。根据电路160的内存容量，数据仅可以被写入到电路160中，而不传送到电路176。如果电路160在内存容量上处于中级，则可以在复制到电路176之前将宏块行高速缓存到电路160中。
一般在从存储器读取图片的操作期间执行非线性上采样。读取操作可以被实现为读取带(read-strip)命令、负载运动补偿块(load-motion-compensated-block)命令和/或从RAM读取(read-from-RAM)命令。可以在电路100中的一个或多个位置执行上采样。为了最佳效率，通常在电路102内执行上采样。例如，可以由框168对从电路160读取的数据进行上采样。在另一实例中，可以由框172对刚从总线103接收到的数据进行上采样。电路174也可以实现上采样。例如，可以在将数据置于总线103上之前由框180执行上采样。
几种状况通常利用上采样操作。在第一种状况下，在用于解码/重构其他块/宏块的任何运动补偿内插之前，可以在参考场/帧的读取操作期间执行上采样。在第二种状况下，可以执行上采样，作为生成可显示格式视频信号的一部分。其他上采样状况可以被实现以符合特定应用的准则。通常，在通过电路164进行处理之前，可以对从存储器(例如，电路160和/或电路176)读取的数据进行上采样。
参照图8，示出了Ice Age序列中的帧峰值信噪比的直方图。根据表格I，方法HHR导致约10％的极差质量的帧(＜32dB)。方法HHR和QHR也可能具有约10％的较差帧(32-36dB)。除了方法QMR之外，所有选项一般具有约10％以上的稍微受损的帧(36-40dB)。其他帧(＞40dB)通常是视觉上可接受的。具体地，方法QMR可以在Ice Age片断(clip)上产生视觉上可接收的高清晰度解码质量。
梅花形像素下采样(子采样)以及中值上采样可以减少一半的用于H.264解码的亮度样本存储准则。梅花形像素下采样一般比传统的水平和/或垂直下采样以及内插产生更始终更好的质量(达到约10dB PSNR)。两级级联中值上采样还可以改善质量，尤其是对于受益于改善的垂直细节的极详细的摇镜头隔行序列。此外，与基于块或段的内存压缩方法，利用简单的子采样方法(诸如梅花形)减小了内存带宽并且也不会使存储存取非常复杂。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，通过图3、图6和图7的示图所执行的功能可以使用根据本说明书的教导编程的传统通用数字计算机来实现。对于本领域技术人员来说显而易见的是，适当的软件可以基于本公开的教导由熟练的程序员容易地准备。
如本文所描述的，本发明还可以通过准备ASIC、FPGA、或者通过对传统组成电路的适合网络进行互连来实现，其改进对于本领域技术人员来说是容易显而易见的。
因此，本发明还可以包括计算机产品，该产品可以是包含用于对计算机进行编程以根据本发明执行处理的指令的存储介质。存储介质可以包括但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、闪存、磁卡或光卡、或者适于存储电子指令的任意类型的介质。
尽管已参考本发明的优选实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (17)

1.一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的方法，包括以下步骤：
(A)通过使用梅花形图案对第一参考图片进行下采样来生成第二参考图片，其中，(1)所述图案(i)包括二维栅格，并且(ii)是通过执行垂直下采样和单独执行水平下采样无法获得的，(2)所述第一参考图片包括亮度通道和多个色度通道，以及(3)所述下采样是在电路将图片数据存储到存储器的存储操作期间执行的；
(B)通过执行所述第二参考图片的四邻域四点中值上采样以填充缺少的样本位置，来生成第三参考图片，其中，所述四邻域四点中值上采样是在所述电路从所述存储器读取所述图片数据的读取操作期间执行的；以及
(C)使用所述第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字视频编解码器包括编码。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述上采样包括非线性内插。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字视频编解码器符合(i)H.264建议和(ii)MPEG-4/高级视频编码建议中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述下采样被应用于所述第一参考图片的所述亮度通道和所述多个色度通道中的两个色度通道。
6.一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的方法，包括以下步骤：
(A)通过对第一参考图片进行梅花形下采样来生成第二参考图片，其中，(i)所述第一参考图片包括亮度通道和多个色度通道，以及(ii)所述梅花形下采样是在电路将图片数据存储到存储器的存储操作期间执行的；
(B)通过对所述第二参考图片进行上采样而生成第三参考图片，其中，(i)所述上采样包括非线性内插以及(ii)所述上采样是在所述电路从所述存储器读取所述图片数据的读取操作期间执行的；以及
(C)使用所述第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述非线性上采样包括两级内插。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述数字视频编解码器包括解码。
9.一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的系统，包括：
第一模块，被配置为：(A)通过使用梅花形图案对第一参考图片进行下采样来生成第二参考图片，其中，(1)所述图案(i)包括二维栅格，并且(ii)是通过执行垂直下采样和单独执行水平下采样无法获得的；(2)所述第一参考图片包括亮度通道和多个色度通道，以及(3)所述下采样是在所述第一模块将图片数据存储到存储器的存储操作期间执行的，
第二模块，被配置为：(B)通过执行所述第二参考图片的四邻域四点中值上采样以填充缺少的样本位置，来生成第三参考图片，其中，所述四邻域四点中值上采样是在所述第二模块从所述存储器读取所述图片数据的读取操作期间执行的；以及
第三模块，被配置为：(C)使用所述第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统还包括存储控制器，所述存储控制器被配置为(i)以梅花形图案对特定图片进行下采样以及(ii)将所述特定图片传送到所述存储器。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统还包括存储器控制器，所述存储器控制器被配置为(i)接收来自所述存储器的特定图片以及(ii)通过执行所述四邻域四点中值上采样对所述特定图片进行上采样。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统还包括视频输出模块，所述视频输出模块被配置为(i)通过执行所述四邻域四点中值上采样对从所述存储器接收到的特定图片进行上采样以及(ii)对所述视频信号进行格式化以进行显示。
13.一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的系统，包括：第一模块，被配置为通过使用梅花形图案对第一参考图片进行下采样来生成第二参考图片，其中，(i)所述第一参考图片包括亮度通道和多个色度通道，以及(ii)所述下采样是在电路将图片数据存储到存储器的存储操作期间执行的；
第二模块，被配置为通过执行所述第二参考图片的所述四邻域四点中值上采样以填充缺少的样本位置，来生成第三参考图片，其中，所述四邻域四点中值上采样是在所述电路从所述存储器读取所述图片数据的读取操作期间执行的；以及
第三模块，被配置为使用所述第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括第四模块，所述第四模块被配置为对在所述存储器中缓冲多个非参考图片进行控制。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，(i)所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块和所述高速缓冲存储器全部形成在第一芯片上，以及(ii)所述存储器形成在第二芯片上。
16.一种用于减小数字视频编解码器中的内存利用的电路，包括：
第一模块，被配置为：(A)通过对第一参考图片进行梅花形下采样来生成第二参考图片，其中(i)所述第一参考图片包括亮度通道和多个色度通道，以及(ii)所述梅花形下采样是在电路将图片数据存储到存储器的存储操作期间执行的；
第二模块，被配置为：通过对所述第二参考图片进行上采样而生成第三参考图片，其中，(i)所述上采样包括非线性内插以及(ii)所述上采样是在所述电路从所述存储器读取所述图片数据的读取操作期间执行的；以及
第三模块，被配置为使用所述第三参考图片对视频信号中的图像进行处理。
17.根据权利要求16所述的电路，其中，所述上采样还包括：在所述四邻域四点中值上采样之后的两邻域、三点中值上采样。
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