CN101562749B - 具有集成的有损压缩和无损压缩的视频数据压缩方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有集成的有损压缩和无损压缩的视频数据压缩。描述了利用集成的有损和无损压缩将视频数据压缩为更小大小并将额外信息嵌入在经压缩数据中的方法和装置。该方法可被用于压缩视频编解码器(编码器/解码器)的参考帧并用于减小总线带宽，该视频编解码器组合其中小噪声极其重要的编解码器。通过在将来自编码器的数据通过外部总线输入到帧存储器之前对其进行压缩并且在通过外部总线取回来自帧存储器的经压缩数据之后对其进行解压缩，减少了在视频编解码器中经由外部总线相连的编码器和外部帧存储器之间的数据传输。在不造成任何可观伪像的情况下将参考帧压缩为可变大小，以减小编码器内核与外部存储器之间的总线带宽。

Description

具有集成的有损压缩和无损压缩的视频数据压缩方法和装置
技术领域
本发明总地涉及视频信号处理，并且更具体地涉及通过组合有损压缩(lossy compression)和无损压缩(lossless compression)来压缩视频数据，以在减少视频数据量的同时使压缩噪声最小化，从而使在压缩噪声需要最小化的视频编解码器中的帧(或者参考)存储器减小，或者用于一般应用，例如通过网络发送视频数据或者在存储设备中存储视频数据的应用。 
背景技术
视频数据或者数字化的视觉信息当今得到广泛使用。其构成了信息技术的现代数字革命的一个重要方面。其在用于创建、分发或传送以及消费或使用视觉信息的各类系统中得到利用。但是视频数据一般是庞大的。这对存储以及传输造成了严重问题。 
数据压缩通常可被定义为将信息从一种表示变换为另一种更小表示的处理，通过互补的数据解压缩处理可以从该另一种更小表示恢复出原始数据或其近似。压缩和解压缩处理通常被称作编码和解码。编码和解码系统通常被称作编解码器(codec)，即具有编码器和解码器两者的系统。编解码器一般遵循公认的标准，例如MPEG2和H.264。 
大量数据的存储和传输通常借助于压缩和解压缩技术而得到便利。具体而言，视觉图像的传输和存储涉及大量数据，并且极大地得益于图像压缩和解压缩技术。 
在编解码器或压缩/解压缩系统中，图像被输入到编码器，以执行对图像的压缩。来自编码器的经压缩图像被传输或者被存储。经压缩的图像被输入到解码器，以执行对经压缩图像的解压缩。经解压缩的图像被从解码器输出，并且可被发送到输出设备以供查看。 
视频片段(video clip)由单独图像或者说“帧”的序列组成。视频压缩和解压缩技术对视频信号进行处理，以在使经解压缩数据的感知图像质量最大化的同时降低对经压缩数据的存储和带宽要求。 
通过将图像划分为小像素块来压缩静态图像，通常通过离散余弦变换(DCT)将这些小像素块变换为频域表示。逆DCT(IDCT)用于根据DCT系数重构原始像素。在编码处理中对DCT系数进行量化或缩放，以保留感知上更重要的信息并且丢弃感知上不那么重要的信息。解量化是在解码器中执行的逆处理。 
实现编码和解码处理有许多具体方法。因为图像特征常常大于所处理的块(通常是8×8像素)，因此更高效的压缩可以使用图像中的相邻块之间的关联。编码器试图基于周围块中的值来预测某些系数的值。另外，可以对实际系数与其预测值之间的差异进行量化和编码，而非直接对DCT系数进行量化和编码。因为差异可能较小，因此所需的位数可被减少。通常利用若干色彩平面来表示彩色图像；通常使用一个亮度(luminance)(明度)平面和两个色度(chrominance)(色彩)平面。也可以使用由若干更小块形成的宏块。 
在视频中，还必须考虑到连续帧之间的运动。视频编解码器使用基于连续视频帧之间的相似度的运动估计和运动补偿。运动估计试图寻找先前记录的帧(称为“参考帧”)中与当前帧中的每个宏块紧密匹配的一个区域。针对每个宏块，运动估计产生“运动向量”，即从当前帧中宏块的位置到参考帧中所选择的匹配区域的位置的一组水平和垂直偏移。所选择的区域被用作当前宏块中的像素的预测，并且差异(“预测误差”)被计算并编码。解码器中的运动补偿使用运动向量来预测每个宏块的像素。 
参考帧并非总是在视频帧序列中先前显示的帧。视频压缩经常按照与帧显示顺序不同的顺序对帧进行编码。编码器可能跳过前面的若干帧并且对一未来视频帧进行编码，然后跳回并对显示序列中的下一个帧进行编码。 
视频压缩偶尔仅使用静态图像编码技术对视频帧进行编码，而不依赖于先前编码的帧。这些被称为“内帧”或“I帧”。仅使用先前显示的参 考帧来编码的帧被称为“预测帧”或“P帧”，并且兼使用未来和先前显示的参考帧来编码的帧被称作“双向帧”或“B帧”。在通常情形下，编解码器对I帧进行编码，跳过若干帧并且使用该I帧作为参考帧对未来P帧进行编码，然后跳回到所述I帧之后的下一帧。I帧和P帧之间的帧被编码作为B帧。接下来，编码器再次跳过若干帧，使用第一P帧作为参考帧对另一P帧进行编码，然后跳回以利用B帧填充显示序列中的空隙。处理继续，其中每隔12到15个P帧和B帧插入一个新的I帧。 
在大多数视频编解码器架构中，编码器内核是以单独硬件或者处理器上的软件来实现的，并且帧存储器位于编码器内核之外，通常位于通过外部总线相连的外部存储器中。总线上的编码器内核与帧存储器之间的数据传输量可能非常大，从而导致高功耗。 
因此，希望提供用于减少在视频编码器中从编码器经由外部总线传输到帧存储器的数据量的方法和装置。 
发明内容
本发明是通过组合有损压缩和无损压缩来压缩视频数据的方法和装置。本发明可以应用于压缩视频编码器或视频解码器中的参考帧。作为示例而非限制，这里针对帧存储器压缩来描述本发明的一个实施例。然而，本发明不限于帧存储器压缩并且可以应用于任何视频数据压缩应用。 
本发明的一个方面是一种集成有损压缩和无损压缩来最小化视觉伪像的方法。如果帧存储器被压缩，那么由编码器和解码器中的重构像素的失配引起的漂移噪声变为显著的视觉伪像。因此，在帧存储器压缩中这些失配的最小化是非常重要的。 
本发明的另一个方面是一种用于减少在视频编解码器中经由外部总线相连的编码器和外部帧存储器之间的数据传输的方法，该方法通过以下方式实现：在将来自编码器的数据通过外部总线输入到帧存储器之前对其进行压缩，并且在通过外部总线取回来自帧存储器的经压缩数据之后对其进行解压缩。 
本发明的另一个方面是一种在不修改原始数据的内容的情况下在视频 数据中嵌入额外信息的方法。 
本发明的另一个方面是一种具有编码器内核和经由外部总线与所述编码器内核相连的外部帧存储器的视频编解码器的改进，该改进包括：编码器的输出处的压缩单元，用于在将来自编码器的数据经由外部总线输入到帧存储器之前对其进行压缩；以及编码器的输入处的解压缩单元，用于在通过外部总线取回来自帧存储器的经压缩数据之后对其进行解压缩。 
将在说明书的以下部分中给出本发明的其他方面，其中详细描述是为了充分公开本发明的优选实施例而非对其进行限制。 
附图说明
通过参考仅用于例示目的的以下附图，本发明将得到更加充分的理解： 
图1是现有技术的视频编解码器系统中的编码器/解码器的简单框图。 
图2是现有技术的一般解码器的简单框图。 
图3是根据本发明的视频编解码器系统中的编码器/解码器的简单框图。 
图4A和图4B分别示出8×4亮度块和4×4色度块。 
图5是根据本发明的压缩处理的流程图。 
图6示出通过嵌入CBI和LI而创建的数据结构。 
图7是根据本发明的解压缩处理的流程图。 
图8A和8B是根据本发明的不压缩处理的流程图。图8A示出第一像素的处理，而图8B示出剩余像素的处理。 
图9A是示出当前像素X和邻近经解压缩像素A、B和C的像素图。 
图9B是示出块的全部为零的外部边界的像素图。 
图10A和图10B分别示出预测之后的8×4亮度块和4×4色度块。 
图10C和图10D分别示出对图10A和图10B的8×4亮度块和4×4色度块的分割。 
具体实施方式 
更具体地参考附图，为了例示目的，本发明实现于在图1至图10D中总地示出的方法和装置中。将会认识到，装置可以视配置和部件细节而发生变化，并且方法可以视其特定实现方式而发生变化，而不脱离这里所公开的基本概念。 
图1中示出通常的现有技术视频编解码器架构，其中编码器内核以单独硬件或处理器上的软件来实现，并且帧存储器位于编码器内核之外。该基本架构是传统的并且在本领域中是公知的。一般而言，帧存储器实现在通过外部总线与编码器内核相连的外部存储器中。T和Q是编码器的基本部件，即分别为“诸如DCT的变换”和“量化”。C是编码器，其对来自T和Q的经量化DCT系数进行编码。IT和IQ是嵌入式解码器的基本部件，即“逆变换”和“逆量化”。M和F分别指示“运动补偿”和“帧存储器”。运动估计器ME向M和C提供运动向量MV，并且还从帧存储器中读取数据。输入处的减法器向Q提供预测误差PE数据。编解码器通常根据诸如MPEG2和H.264之类的公认标准来建立。 
在编码器内核中的本地解码器中解码的视频数据被传输到帧存储器。另外，在帧存储器中存储的数据在运动补偿和运动估计期间需要被访问。问题是数据传输量。在HD尺寸视频的情况下，例如具有每秒30帧的1448×1088，数据传输量超过400兆字节。如果使用B图片，那么在运动估计期间所需的总线带宽可能超过每秒800兆字节。因此，经由外部总线的数据传输的功耗巨大，并且希望减少数据传输量。本发明使用帧存储器压缩来减少原始视频数据量。 
图2示出一般解码器的功能框图，该解码器可以接收从图1的编码器输出的经压缩视频数据。因为编码器和解码器之间的IT、IQ和M完全匹配，因此帧存储器F中不存在数据失配。换言之，所显示的视频与编码器期望的完全相同。 
本发明压缩如图3所示的帧存储器的内容。图3的编码器10与图1的类似，并且添加了两个新元件。图1所示的一些元件未在图3中重复，因为它们不是特别相关，但是它们也将被包括在内。编码器10通过外部总线14与外部帧存储器(F)12相连。编码器10包括变换单元(T)16、量化单元(Q)18、逆量化单元(IQ)20、逆变换单元(IT)22、以及运动补偿单元(M)24。编码器10通过减法器28接收视频输入，减法器28还与M 24的输出相连。IT 22和M 24的输出在加法器26处被组合。该架构不限于特定设计，而是适用于遵循MPEG2、H.264或其他标准的所有编解码器。 
向编码器10添加的两个新元件是在到帧存储器12的输出处的压缩单元30和在来自帧存储器12的输入处的解压缩单元32。压缩单元30在将来自加法器26的经解码数据通过总线14传输到帧存储器12之前对其进行压缩。当帧存储器12中的内容通过总线14被访问时，从帧存储器12获得的数据被解压缩单元32解压缩为原始数据并被输入到运动补偿单元24。 
帧存储器的内容可以按照两种不同方式(有损和无损)来压缩。在有损压缩中，原始数据的精度可能丢失，以提高压缩效率。然而，因为精度丢失，因此经解压缩的数据与原始数据不是完全一样。在这种情况下，解码器可能具有与编码器的失配数据。这是因为在编码器中的运动补偿(M)中使用的数据变得不同于解码器中的M中的数据。因此，它们可以生成不同的输出。该误差可能随着时间过去而累积并且产生严重的漂移误差。如果存在许多连续的P帧，那么该漂移误差可能严重地劣化经解码图片的质量。根据应用的性能要求，即使很小的漂移误差也可能是不可接受的。 
本发明通常使用近乎无损的压缩方法。另外，如果小漂移是允许的，那么本发明可以扩展至有损压缩(但是具有极小漂移误差)。 
压缩算法概览
根据本发明，帧存储器被分割为更小的块。这是必要的，因为在运动补偿和运动估计中，帧存储器中的像素数据应当是可随机访问的。块的大小由性能要求决定。本发明不限制块大小。其可以适用于任何块大小。然而，为了例示目的，假定亮度块和色度块的大小分别为8×4和4×4。 
亮度块和色度块中的像素的记号在图4A-B中示出。 
本发明的压缩算法的操作在图5中示出。亮度和色度以类似方式压缩。这里，仅给出亮度压缩的细节。 
首先，原始8×4块被预测和压缩(步骤100)。另外，就这点必须注意，8×4块大小仅作为示例描述，并且本发明不限于特定块大小。在压缩之后，在压缩期间使用的位数被评估(步骤102)。如果位数在允许范围Y(例如，Y可被设置为原始大小的1/2、1/3、1/4等)之内(步骤104)，那么经压缩的数据被打包(步骤106)，并且经由外部总线存储到帧存储器(步骤108)。然而，如果位数超过允许范围，那么就是否允许有损压缩进行判定(步骤124)。如果有损压缩是允许的，那么尝试有损压缩(步骤110)。如果有损压缩是不允许的，那么使用原始数据(步骤126)，在被打包并存储到帧存储器之前不进行任何进一步的处理。因此可见，本发明覆盖了仅允许有损压缩或者仅允许无损压缩的情况，这些情况将由特定应用来决定。 
在有损压缩处理步骤中，首先通过移除一位(最低有效位(LSB))来降低原始数据的精度。这可以通过带舍入的右移一位来实现(步骤110)。在一整个块中的每个像素中同时执行精度的降低。根据性能要求，可以调整右移量。以1位位移开始，如果1位位移仍然产生过多经压缩位，那么继续右移，只要迭代次数允许即可。 
在步骤110之后，新的块被预测并压缩(步骤112)。在压缩之后，在压缩期间使用的位数被评估(步骤114)。然后就是否允许下一迭代进行判定(步骤116)。注意，所允许的迭代次数是特定于应用的；所允许的迭代次数将大至允许更多噪声的程度。如果不允许进一步的迭代，那么执行不压缩处理(步骤122)，并且数据和头部信息被打包并存储到帧存储器。不压缩处理是在不丢失任何给定信息的情况下嵌入额外头部信息的处理。另一方面，如果允许进一步的迭代，那么进行检查以确定位数是否在允许范围Y之内(步骤118)。如果位数大于Y，那么处理返回到步骤110。如果位数不大于Y，那么处理进行到步骤120，在步骤120噪声压缩位被生成。 
因此可见，该处理基本有四种不同结果：(i)经压缩的无损数据，(ii)未经压缩的无损数据，(iii)经压缩的有损数据，和(iv)未经压缩的有损数据。因此，有必要嵌入最多两位头部信息(标志)以指示如下块 状态： 
CBI：经压缩/未经压缩块指示(1位) 
LI：有损/无损指示(1位) 
注意，虽然两位头部信息是优选的(因为两位头部信息将提供块的确切状态)，但是如果需要也可以嵌入更少头部信息。例如，在原始块被保留并被写入帧存储器的情况下，可能仅需要嵌入一位头部信息来指示当前块未被压缩。然而，因为头部信息被嵌入在原始数据块中，因此可能存在由于头部而产生的丢失并且块可能是有损的(128)。不压缩处理(122)可以在没有任何数据丢失的情况下嵌入头部信息。因此，该相同约定也可以用于指示当前块未被压缩并且是有损的(128)或是无损的(130)。类似地，一位头部信息可以用于指示块是经压缩并且无损的(132)。该相同约定也可被用于指示当前块是经压缩并且是无损的(132)或是有损的(134)。 
在图6中示出嵌入CBI和LI位的处理。经处理的数据包括两个标志作为头两位。经处理的数据最大可以是完全原始大小或者可被减小大小，例如所示的1/2。 
当应用有损压缩时，计算在压缩期间引起的噪声量并且生成Noise_Compensation_Bit(噪声补偿位)(1位)，如图5的步骤120所示。该信息被传输到解压缩处理使得其可以补偿噪声。 
在所有处理完成之后，头部信息和数据被打包进分组(图5的步骤106)。取决于总线要求，分组可以是原始大小的1/2、1/3、1/4等，或者只是原始大小，这全部取决于特定应用。分组的判定是依赖于实现方式的。经打包的数据被写入帧存储器(步骤108)。 
帧存储器中的经压缩数据应当在编码期间的运动估计或运动补偿处理期间被读取。因此，一旦块被读取，其就应当被解压缩为其原始大小。图7中示出解压缩处理。 
首先，解压缩处理读取并检查CBI位(步骤200、202)。如果CBI位被设置(非0)，那么其指示该块被压缩。在这种情况下，利用在压缩处理中使用的相同预测对块进行解码，并且生成像素值(步骤204)。另 外，块可以是有损的，所以LI被读取并检查(步骤206、208)。如果块是有损压缩的(LI非0)，那么Noise_Compensation_Bit被检查(步骤210)。使用该信息，经解压缩的块被补偿以减少噪声(步骤212)。如果块是无损压缩的(LI＝0)，那么该噪声补偿块将被跳过。 
如果块未被压缩(CBI＝0)，那么有必要读取并检查LI(有损或无损)  (步骤214、216)。如果其是有损的，那么除了包括头部(CBI和LI)的一个像素之外，在块中包含的数据就是原始像素数据。当然，根据实现方式，这两个位可以散布在两个像素上(而非一个像素具有2位噪声)。因此所有数据都被读取(步骤218)。当其是无损的时，有必要对块进行解码(步骤220)。编码处理(不压缩处理)和解码处理在下一节中给出。 
不压缩处理
图8A-B示出不压缩处理的实施例。不压缩处理表示在不改变原始像素值的情况下将额外信息嵌入在像素信息中的处理。图8A示出第一像素的处理。为了将两位头部(CBI和LI)嵌入在未压缩块中，首先读取第一像素(步骤300)，并且通过从第一像素中移除两个位来处理第一像素(步骤302)。被移除的2个位被存储在FIFO(先入先出)中。稍后在处理其他像素时将嵌入FIFO中的内容。 
存在两个缓冲器，压缩缓冲器(CB)和解压缩缓冲器(DB)。CB包含不压缩的结果。一旦不压缩完成，那么该数据将被传输到帧存储器。因此，该缓冲器的最大大小应当匹配于原始数据的大小(8×4块)。DB是包含经解码结果的临时缓冲器。其在预测中使用。因此，DB的大小可以是上侧像素的一行(8×1)加上左侧像素的一个。例如，如图4A所示，如果当前像素是P23，那么上侧像素是P13并且左侧像素是P22。在该情况下，DB包含上一行(P10至P17)和P22。 
在2个位被移除之后，2个头部位被添加到6个数据位(步骤304)。6个数据位(在2个位被移除到FIFO之后留下的)和2个头部位(CBI，LI)构成一个分组。该分组被存储在CB中(步骤306)。因为将在预测处理中使用经解压缩的前一像素，因此通过移除头部位并且将其转换为8 位精度(即通过在这两个位所位于的位置处填上两个零)来解码第一像素(步骤308)。结果将被存储在DB中(步骤310)。 
一旦完成第一像素的不压缩处理，就开始剩余像素的不压缩处理。在图8B中示出详细处理。 
从第二像素(X＝1)开始，根据前一经解压缩像素来预测当前像素值。然后计算当前值和预测值之间的余数(residual)。如果余值(residualvalue)小于阈值，那么可以通过使用更少数目的位来表示余值。因为原始像素是8位的，在通过余数利用更少位来表示原始像素之后，一些位将会可用。这些额外的可用位可被分配如下： 
StopFlag(1位)
用于指示嵌入是否已完成。如果StopFlag＝1，那么将不再有预测处理。所有剩余像素将仅是原始值并且存储在CB中，直到最后一个像素为止。如果StopFlag＝0，那么某些附加数据(其需要被嵌入)仍然留在FIFO中。因此，处理继续进行，直到有放数据的额外空间为止。 
ContainedPrevious(1位) 
ContainedPrevious指示当前数据是否包含余值或原始值。如果预测的绝对值大于阈值，那么其意味着需要多于特定数目的位来表示余数。在这种情况下，仅使用没有预测的原始像素值。然而，因为仍然需要嵌入两个位(用于StopFlag和ContainedPrevious)，因此应当从原始像素数据中移除两个位。所移除的数据将被放入FIFO。 
如果余数小于阈值，那么除了用于标志的2个位之外，有一些额外的位可用。这些可用的位用于将数据嵌入在FIFO中。从FIFO中读取一些位并且构造包含剩余数据、2个位的头部和一些FIFO数据的分组。由此得到的分组将被存储到CB。 
一旦FIFO为空，那么所有的头部信息都被嵌入在块中，并且不需要进行进一步处理。此时设置StopFlag＝1。 
应当注意到在最坏情况下，即使当所有像素的处理完成时，FIFO也可能不是空的。如果这种情况发生，那么头部信息无法被嵌入。因此将应用有损处理。在有损处理中，挑选一个像素并且取走2个位。在被移除位的 位置中，集成头部信息。可以选择两个像素并且各自移除一位，而非一个像素中的2位。这样，像素中的误差将小于2位误差。 
接下来是处理的细节，如图8B所示，以具有StopFlag＝0的第二像素(计数器X＝1)开始(步骤400)，然后读取像素的当前8位(步骤402)。检查是否StopFlag＝1(步骤404)。对于第二像素(X＝1)，StopFlag＝0，因此答案为否。如果不是，那么从DB读取前一经解压缩的8位像素(步骤406)，然后确定在预测后当前像素的余值(步骤408)。接下来，进行检查以判定余值的绝对值是否小于阈值(步骤410)。如果是(例如，余值的范围在-7和7之间，因此其可以由4位表示)，那么从FIFO读取所存储的数据(步骤412)；设置ContainedPrevious＝1(步骤414)；然后生成具有4位预测值数据和2位FIFO数据的部分分组(步骤416)。检查FIFO是否为空(步骤418)。如果其不为空，那么添加2个标志位(StopFlag＝0)以完成8位分组(步骤420)，然后将分组存储在CB中(步骤422)。如果FIFO为空(步骤418)，那么设置StopFlag＝1(步骤424)，然后加入头部信息(步骤420)，然后将结果存储在CB中(步骤422)。 
如果余值大于阈值，那么在无预测的情况下使用当前像素值。在这种情况下，从原始像素移除2位(步骤426)，将这2位放在FIFO中(步骤428)，设置ContainedPrevious＝0(步骤430)，加入头部信息(步骤420)，然后将结果存储在CB中(步骤422)。在无论通过哪种途径将结果存储在CB中(步骤422)之后，检查其是否为最后一个像素(步骤432)。如果不是，那么递增计数器X＝X+1(步骤434)，然后返回到步骤402，并且读取当前8位像素。 
如果在步骤404处StopFlag＝1，那么不再执行预测，并且将当前像素值存储在CB中(步骤436)。然后检查其是否为最后一个像素(步骤438)。如果不是，那么递增计数器X＝X+1(步骤434)，然后返回到步骤402。处理继续进行，直到达到最后一个像素(步骤432或438)为止。 
预测和压缩
块中的像素是根据先前经解压缩的像素来预测的。第一像素不是预测的。相反，其保留其原始值。如图9A所示，当前像素X周围的邻近经解压缩像素A、B和C用于预测。 
X的预测 
＝Px 
＝函数(A，B，C) 
当前压缩算法被这样设计，使得块完全独立地被压缩，而不参考块的外部。因此，不使用块外部的任何信息。这种独立压缩方法是期望的，因为在视频编解码器运动补偿中，有必要随机地访问块。如果块具有对任何先前块的依赖性，那么应用该算法可能是不可行的。因此，块的外部边界被假定全部为零，如图9B所示。 
在预测之后，预测与当前像素之间的余数被计算为： 
Rx＝当前像素的余数＝(当前像素值)-Px 
在预测之后，8×4和4×4的块将如图10A-B中一样。8×4亮度块将被分段为3段并且4×4色度块将被分段为2段，如图10C-D所示。下文将为了例示目的而仅给出如何压缩亮度块。然而，色度块可以按照相同方式被压缩。 
亮度段1
分段1仅包含第一像素。因此，将需要8位来保留原始值。所需位的数目是R(1)＝8。 
亮度段2
分段2包含从预测获得的剩余数据。首先寻找如下最大值： 
Max＝Maximum(abs(R10)，abs(R20)，abs(R30)) 
为了解压缩上述数据，三位头部信息是必要的： 
DataProcessed(1位) 
用于指示数据是否被处理，以及 
BitCode(2位) 
用于指示所分配的位数。 
基于这两个标志，亮度段2中的所有数据被分配。因为亮度段2中有 3个像素，因此所需位将是： 
R(2)＝3*Bf 
其中Bf是所分配的位的最终数目。 
亮度段3
在亮度段3中，所有7×1行像素将按照相同方式压缩。类似于分段2，首先寻找7×1剩余数据中所有数据中的如下最大值： 
Max＝Maximum(abs(R01)，abs(R02)，abs(R00)) 
按照类似的解压方式，4位头部信息被定义为： 
DataProcessed(1位) 
用于指示数据是否被处理，以及 
BitCode(3位) 
用于指示所分配的位数。 
基于这两个标志，亮度段3中的所有数据被分配。因为亮度段3中有4个7×1子块，因此所需位将是： 
R(3)＝4*Bf 
总之，在压缩中使用的位的总数将会是： 
R＝R(1)+R(2)+R(3)+2(CBI和LI) 
噪声补偿
当使用有损压缩时，最低有效位被带舍入地舍去。因此，在该处理中，涉及了舍去噪声。理论上，人们无法在解压缩处理中恢复这种损失。然而，本发明通过向解码器发送额外1位信息，利用噪声补偿方法来减少噪声。 
其主旨在于，在舍去处理期间，对被舍去“1”和“0”的数目进行计数。如果多数被舍去值是“1”，那么将Noise_Compensation_Bit设置为1，使得在解码器方一旦所有数据被解压缩就将LSB设置为1。因此，将通过在统计上使所有值为“0”或“1”来减小噪声。当被舍去位的多数值是“0”时，应用相同方法。 
该噪声补偿方法可被应用于比压缩块更小的块。例如，可使用8×4压缩块中的四个8×1块。在这种情况下，将会有4位 Noise_Compensation_Bit。这些位按照与不压缩处理中类似的方式被嵌入。 
色度噪声也按照相同方式被补偿。 
另外的特征和结论
本发明的一个特征是一种用于将数据数据压缩为更小大小而不造成任何显著视觉伪像(近乎无损，整个块中最多有1位误差)的方法。因为漂移噪声可以忽略，因此该方法可被应用于由于不显著视觉伪像的帧存储器压缩。在该方法中，找到需要表示剩余数据的最大精度，并且将该精度应用于压缩。 
本发明的另一特征是一种将块分割为更小的块以使用更少数目的位进行压缩的方法。在该方法中，将块分割为更小的块并且找到每个子块中的最大精度，而非寻找整个块中的最大精度。因此，将不同的精度分配给每个子块，以防止使用不必要的更多数目的位来表示压缩格式的块。 
本发明的另一特征是一种通过允许压缩噪声而将无损压缩方法扩展为有损压缩的方法。如果需要进一步的压缩增益，那么该方法可被扩展为给予有损压缩更高的权重。在这种情况下，选择性地挑选子块以约束更小块中的丢失，而非在整个块中生成有损压缩。 
本发明的另一特征在于压缩块中的每个子块可以具有不同水平的噪声范围。因此，可以在维持小噪声水平的同时提供更多压缩增益。 
本发明的另一特征是一种在应用有损压缩时补偿压缩噪声的方法。噪声是在压缩处理中估计的，并且被近似于1位。该近似噪声被嵌入在经压缩块中。在解压缩处理中，利用该信息来补偿噪声。 
本发明的另一特征是一种在不丢失任何原始数据的情况下嵌入额外信息的方法。如果块未被压缩，那么应当携带额外的头部信息。该方法在不丢失任何原始像素数据的情况下放入额外信息。 
本发明因此提供了一种视频编解码器系统，其极大地减少了编码器和外部帧存储器之间通过外部总线的数据传输。这将具有用于将视频数据存储到存储装置中的特殊应用。另外，其可被应用于需要在不丢失原始内容的情况下在视频数据中嵌入任何额外信息的应用。 
尽管上面的描述包含许多细节，但是这些不应当被理解为限制本发明 的范围，而是应当理解为仅仅提供对本发明目前所优选的实施方式的例示。因此，将认识到本发明的范围完全包含其它对于本领域技术人员来说显而易见的实施方式，并且相应地本发明的范围除了所附权利要求书之外不受其它任何东西的限制，其中，所提及的单个要素并非旨在意味着“一个且仅一个”(除非明确这样陈述)，而是意味着“一个或多个”。等同于本领域技术人员已知的上述优选实施例的要素的所有结构和功能通过引用明确地包含于此，并旨在被本权利要求书所包含。此外，对于被本权利要求书所包含的装置或方法，该装置或方法不需要解决本发明寻求解决的每个和所有的问题。此外，不管本公开中的要素或组件是否在权利要求书中明确陈述，这些要素或组件并不是旨在专用于本公开。此处，权利要求的要素在此无需根据35 U.S.C.112第六段的规定进行解释，除非该要素使用短语“用于……的装置”进行了明确的说明。 
受版权保护材料声明 
本专利文件中的一部分材料受到美国和其他国家的版权法的版权保护。版权权利所有者不反对任何人对在可从美国专利和商标局公开得到的文件或记录中出现的专利文件或专利公开内容进行影印复制，但是保留其它任何的版权权利。版权所有者特此不放弃其使本专利文件保持秘密的任何权利，包括而不限于其根据37 C.F.R.§1.14的权利。 

Claims (22)

1.一种用于减少在视频编解码器中经由外部总线相连的编码器与帧存储器之间的数据传输的方法，包括：
在通过所述外部总线将来自所述编码器的数据输入到帧存储器之前，对该数据进行压缩；
在通过所述外部总线取回来自所述帧存储器的经压缩数据之后，对该经压缩数据进行解压缩，以在减法器接收之前用在所述编码器内的运动补偿中，所述减法器还接收所述编码器的视频输入；
在压缩之前将每个帧分割成更小的块，其中每个块是通过以下方式来压缩的：首先预测并压缩每个原始块，然后确定在压缩期间使用的位的数目是否在允许范围之内；
如果在压缩期间使用的位的数目不在允许范围内，则通过有损压缩来压缩所述数据；
其中如果不允许有损压缩，则通过不压缩处理来处理所述数据，
其中，所述不压缩处理是通过如下方式来执行的：首先通过读取第一像素、从所述第一像素中取出一些位并且将所移除的位发送到FIFO来处理所述第一像素，读取附加的头部位并将这些头部位加入所述第一像素的剩余位，将结果存储在压缩缓冲器中，解压缩经处理的第一像素，然后将经解压缩的第一像素存储在解压缩缓冲器中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述数据是通过无损压缩来压缩的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述数据是通过有损压缩来压缩的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述数据是通过无损压缩和有损压缩的组合来压缩的。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述帧是亮度帧和色度帧。
6.如权利要求1所述的方法，还包括将分割后的块分割为具有不同压缩水平的子块；
其中，在一个压缩块中，有损和无损子块被集成在一起。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：如果在压缩期间使用的位的数目在允许范围内，那么将经压缩的数据打包进分组并将该分组存储在所述帧存储器中。
8.如权利要求1所述的方法，其中，有损压缩是通过降低所述数据的精度来执行的。
9.如权利要求1所述的方法，还包括生成噪声补偿位，以指示在压缩期间引入的噪声量。
10.如权利要求4所述的方法，还包括在不丢失每个经压缩块中的原始信息的情况下在所述块中嵌入额外信息，至少一种所述额外信息包括经压缩/未经压缩块指示，并且至少一种所述额外信息包括有损/无损指示。
11.如权利要求4所述的方法，还包括确定表示每个块中的剩余数据所需的最大精度，并且将该最大精度应用于所述块的压缩。
12.如权利要求4所述的方法，还包括：
将每个块分割为子块；
为每个子块确定最大精度；以及
使用每个子块的最大精度来压缩该子块。
13.如权利要求7所述的方法，其中，来自所述帧存储器的经压缩数据通过以下方式被解压缩：首先确定每个块是否经压缩，并且如果经压缩，那么利用在压缩所述块时使用的相同精度来解码每个块。
14.如权利要求13所述的方法，其中，通过读取嵌入的经压缩/未经压缩位来确定每个块是否经压缩。
15.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述块是否是通过有损压缩来压缩的，并且如果是，那么补偿经解压缩的块以减少噪声。
16.如权利要求15所述的方法，其中，通过读取嵌入的有损/无损位来确定所述块是否是通过有损压缩来压缩的。
17.如权利要求15所述的方法，其中，补偿所述经解压缩块包括读取噪声补偿位，所述噪声补偿位指示在压缩期间引入的噪声量。
18.如权利要求13所述的方法，还包括，如果块未经压缩，那么确定所述数据是否是通过有损压缩来压缩的，并且如果是则解码所述数据，如果否则读取所有数据。
19.如权利要求1所述的方法，所述不压缩处理从第二像素开始还通过以下步骤来执行：根据前一经解压缩像素来预测所述当前像素值，计算当前值与预测值之间的余数，确定所述余数所需的位的数目，然后在可用位中嵌入StopFlag位和ContainedPrevious位以及任何FIFO数据。
20.如权利要求3所述的方法：
其中，在所述有损压缩中，通过估计压缩中的噪声并在经压缩块中嵌入噪声信息来补偿压缩噪声；并且
其中，在解压缩期间补偿噪声。
21.如权利要求3所述的方法，其中，在压缩期间，最低有效位被舍去并且多数舍去位被设置为噪声补偿位，并且在解压缩期间，最低有效位被设置为多数舍去位。
22.一种具有编码器和通过外部总线与所述编码器相连的帧存储器的视频编解码器，包括：
耦合到所述编码器的压缩单元，用于在将来自所述编码器的数据通过所述外部总线输入到所述帧存储器之前对其进行压缩，
其中所述压缩单元在压缩之前将每个帧分割成更小的块，其中每个块是通过以下方式来压缩的：首先预测并压缩每个原始块，然后确定在压缩期间使用的位的数目是否在允许范围之内；以及
在所述编码器的输入处的解压缩单元，用于在通过所述外部总线取回来自所述帧存储器的经压缩数据之后对其进行解压缩，其中来自所述解压缩单元的解压缩数据被执行运动补偿并且执行了运动补偿后的数据在减法器处被接收，所述减法器还接收所述编码器的视频输入；
其中如果在压缩期间使用的位的数目不在允许范围内，则所述解压缩单元通过有损压缩来压缩所述数据，
其中如果不允许有损压缩，则通过不压缩处理来处理所述数据，
其中，所述不压缩处理是通过如下方式来执行的：首先通过读取第一像素、从所述第一像素中取出一些位并且将所移除的位发送到FIFO来处理所述第一像素，读取附加的头部位并将这些头部位加入所述第一像素的剩余位，将结果存储在压缩缓冲器中，解压缩经处理的第一像素，然后将经解压缩的第一像素存储在解压缩缓冲器中。
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附图1、 3、5.

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