CN101771867B - 缩小尺寸解码方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缩小尺寸解码方法和系统。该方法包括：通过对待解码的宏块进行变长解码和反量化，获取初步解码后的宏块的运动向量和DCT系数矩阵；通过对DCT系数矩阵中的第一DCT系数块进行低通滤波，获取第二和第三DCT系数块；通过对第一、第二和第三DCT系数块进行逆DCT变换，获取第一、第二和第三参考宏块；根据所需的缩小尺寸，利用缩小尺寸后的宏块中的像素点在第一、第二和第三参考宏块中的两个中的映射点的像素值计算缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值；利用通过对初步解码后的宏块的运动向量进行解码并根据所需的缩小尺寸对解码结果进行缩小而获取的运动向量以及预先存储的参考图像对缩小尺寸后的宏块进行运动估计和运动补偿。

Description

缩小尺寸解码方法和系统

技术领域

本发明涉及视频处理技术，更具体地涉及一种缩小尺寸解码方法和系统。

背景技术

MPEG-2缩小尺寸解码是将MPEG-2格式的码流解码成缩小尺寸的视频的过程，可适用于移动设备(例如，汽车导航仪、手机等)播放合适尺寸的视频。缩小尺寸解码器(Down-Decoder)是用于地面广播接收器的解码器，考虑到实际的硬件实现，缩小尺寸解码器的设计以低功耗和低成本为目标。

“离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)系数低通滤波”是为了在通过逆DCT变换直接得到所需尺寸的宏块的同时避免图像精度过渡损失而只保留DCT系数矩阵中的低频部分的过程。“缩小尺寸逆DCT变换”是直接用缩小尺寸的DCT系数块进行逆DCT变换的过程。

“MIP贴图插值法”广泛应用于3D电脑游戏、飞行模拟以及其他3D绘图系统，其原理是用一系列预先计算好的位图以最优化的组合来构成主要材质，以此增加渲染速度并降低人工效果。

传统的缩小尺寸解码方法/系统是通过滤波器直接对原尺寸的宏块进行缩小来实现缩小尺寸解码的。但是，由于此方法/系统需要应用多抽头滤波器进行滤波，所以会导致大量计算，从而导致缩小尺寸解码的速度下降、所需计算资源较大等。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种缩小尺寸解码方法和系统。

根据本发明实施例的缩小尺寸解码方法，包括以下步骤：通过对待解码的宏块进行变长解码和反量化，获取初步解码后的宏块的运动向量和离散余弦变换系数矩阵；通过对离散余弦变换系数矩阵中的特定大小的第一离散余弦变换系数块进行低通滤波，获取第二离散余弦变换系数块和第三离散余弦变换系数块；通过对第一、第二和第三离散余弦变换系数块进行逆离散余弦变换，获取分别与第一、第二和第三离散余弦变换系数块相对应的第一、第二和第三参考宏块；根据所需的缩小尺寸，利用缩小尺寸后的宏块中的像素点在第一、第二和第三参考宏块中的两个中的映射点的像素值计算缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值；以及利用通过对初步解码后的宏块的运动向量进行运动向量解码并根据所需的缩小尺寸对运动向量解码结果进行缩小而获取的运动向量以及预先存储的参考图像对缩小尺寸后的宏块进行运动估计和运动补偿。

根据本发明实施例的缩小尺寸解码系统包括：初步解码单元，用于通过对待解码的宏块进行变长解码和反量化，获取初步解码后的宏块的运动向量和离散余弦变换系数矩阵；低通滤波单元，用于通过对离散余弦变换系数矩阵中的特定大小的第一离散余弦变换系数块进行低通滤波，获取第二离散余弦变换系数块和第三离散余弦变换系数块；逆余弦变换单元，用于通过对第一、第二和第三离散余弦变换系数块进行逆离散余弦变换，获取分别与第一、第二和第三离散余弦变换系数块相对应的第一、第二和第三参考宏块；像素值计算单元，用于根据所需的缩小尺寸，利用缩小尺寸后的宏块中的像素点在第一、第二和第三参考宏块中的两个中的映射点的像素值计算缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值；以及估计补偿单元，用于利用通过对初步解码后的宏块的运动向量进行运动向量解码并根据所需的缩小尺寸对运动向量解码结果进行缩小而获取的运动向量以及预先存储的参考图像对缩小尺寸后的宏块进行运动估计和运动补偿。

由以上所述可以看出，根据本发明实施例的缩小尺寸解码方法和系统通过利用两个参考宏块来计算所需尺寸的宏块，减小了计算复杂度，从而提高了缩小尺寸解码的速度、节省了缩小尺寸解码所需的计算资源。

附图说明

图1是根据本发明实施例的缩小尺寸解码方法/系统的原理示意图；

图2是根据本发明实施例的通过逆DCT变换得到三个参考宏块的过程的示意图；

图3是图2所示的逆DCT变换所需的变换矩阵的示意图；

图4是根据本发明实施例的通过MIP贴图插值法计算所需尺寸的宏块的过程的示意图；

图5是图4所示的P1/P0的四个相邻整像素点的位置示意图；以及

图6是根据本发明实施例的对缩小尺寸后的宏块进行运动预测和运动补偿的过程的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。

考虑到硬件实现的消耗，本发明将利用两个参考宏块来计算所需尺寸的宏块，以减少计算复杂度。本发明提供了可实际应用于硬件实现的缩小尺寸解码方法/系统，代价仅仅是增加一些模块来执行缩小尺寸的逆DCT变换和简化的“MIP贴图插值法”计算。

图1是根据本发明实施例的缩小尺寸解码方法/系统的原理示意图。如图1所示，MPEG-2格式的码流被从诸如码流缓冲器等的存储装置中读取出来。通过对读取出来的码流进行变长解码和反量化，可得到初步解码后的宏块(即，频域中的宏块)的运动向量和DCT系数矩阵，进而可得到该初步解码后的宏块的8×8尺寸的DCT系数块。将8×8尺寸的DCT系数块分别输入4×4和2×2低通滤波器，可得到缩小尺寸的DCT系数块(即，4×4尺寸的系数块和2×2尺寸的系数块)，以进行随后的逆DCT变换。在对8×8、4×4和2×2尺寸的DCT系数块进行逆DCT变换后，得到8×8、4×4和2×2尺寸的参考像素块，并分别利用8×8、4×4和2×2尺寸的参考像素块组成16×16、8×8和4×4尺寸的参考宏块(如图2所示)。应用“MIP贴图插值法”选择合适的顶/底参考宏块进行插值计算，可得到所需缩小尺寸的解码后的宏块。另一方面，经过对初步解码后的宏块的运动向量进行运动向量解码，可得到解码后的运动向量，将此解码后的运动向量按所需尺寸缩小，并参考存储在帧寄存器中的缩小图像来进行帧间预测。最后，对所需缩小尺寸的解码后的宏块进行运动补偿。其中，以上所述的8×8尺寸的DCT系数块是初步解码后的宏块的DCT系数矩阵中的左上角的8×8尺寸的DCT系数块，以上所述的4x4尺寸的系数块和2x2尺寸的系数块是以上所述的8×8尺寸的系数块中的左上角的4×4和2×2尺寸的系数块。

图2是根据本发明实施例的通过逆DCT变换得到三个参考宏块的过程的示意图。如图2所示，MPEG-2码流本身是基于16×16尺寸的宏块进行解码的。在对16×16尺寸的宏块进行逆DCT变换前，需要将16×16尺寸的宏块分成4个8×8尺寸的像素块。在本实施例中，8×8尺寸的DCT系数块分别经过2×2和4×4低通滤波滤掉高频系数，只保留左上角的2×2和4×4尺寸的系数块区域。然后，通过对2×2、4×4和8×8尺寸的DCT系数块进行逆DCT变换，生成2×2、4×4和8×8尺寸的像素块。最后，将四个2×2尺寸的像素块组合在一起得到4×4尺寸的缩小宏块，将四个4×4尺寸的像素块组合在一起得到8×8尺寸的缩小宏块，并将4个8×8尺寸的像素块组合在一起得到16×16尺寸的标准宏块，作为三个参考宏块。本实施例应用此三个参考宏块来解码4～16尺寸的缩小宏块，相当于4/16～16/16比例的缩小尺寸解码。

图3是图2所示的逆DCT变换所需的变换矩阵的示意图。其中，这些所需的变换矩阵是从MPEG-2标准中规定的8×8变换矩阵中直接抽取的。通过缩小尺寸逆DCT变换，仅仅增加少许计算量便可直接得到时域中的2×2、4×4和8×8尺寸的像素块。此变换描述如下：

X_c＝C^tX_wC

其中，X_w代表缩小尺寸的DCT系数块，C代表对应的变换矩阵，X_c代表时域的缩小尺寸的像素块，C^t代表C的转置矩阵。

图4是根据本发明实施例的通过MIP贴图插值法计算所需尺寸的宏块的过程的示意图。在计算所需尺寸的宏块的过程中，首先根据所需缩小比例从3个参考宏块中选取“顶参考宏块”和“底参考宏块”，选取原则如下：如果缩小比例在8/16～16/16之间，则选择图4中所示的第0层和第1层参考宏块分别作为“顶参考宏块”和“底参考宏块”；如果缩小比例在4/16～8/16之间，则选择图4中所示的第1层和第2层参考宏块分别作为“顶参考宏块”和“底参考宏块”。

使用“MIP贴图插值法”来计算所需尺寸的宏块中的每个像素点的像素值时，按照以下的三个步骤：

I.找出所需尺寸的宏块中的每一个像素点分别在“顶参考宏块”和“底参考宏块”中的映射点；

II.利用映射点周围的4个整像素点的像素值，通过双线性插值计算方法计算这两个映射点的像素值；

III.利用这两个映射点的像素值，通过线性插值计算方法计算所需尺寸的宏块中的每一个像素点的像素值。

其中，对于所需尺寸的宏块中的每个像素点(x，y，d)，根据所需宏块的尺寸(范围4～16)和该像素点的位置(x，y)选择两个合适的参考宏块，并计算该像素点在两个参考宏块上的映射位置。计算公式如下：

(x0，y0)＝(x*f/d，y*f/d)，f表示底参考宏块的尺寸；

(x1，y1)＝(x*r/d，y*r/d)，r表示顶参考宏块的尺寸。

如图5所示，映射点的4个相邻整像素点的位置计算如下：

A：([x*f(r)/d]，[y*f(r)/d])；

B：([x*f(r)/d]+1，[y*f(r)/d])；

C：([x*f(r)/d]，[y*f(r)/d]+1)；

D：([x*f(r)/d]+1，[y*f(r)/d]+1)。

设xFrac＝x*f(r)/d-[x*f(r)/d]，yFrac＝y*f(r)/d-[y*f(r)/d]。于是，可得映射点的像素值：p0(p1)＝(1-xFrac)*(1-yFrac)*A+xFrac*(1-yFrac)*C+(1-xFrac)*yFrac*C+xFrac*yFrac*D+0.5；然后，通过线性插值法，利用两个映射点的像素值p0和p1可计算所需尺寸的宏块中的像素点的像素值：

p＝{p0*(d-r)+p1*(f-d)}/(f-r)。

图6是根据本发明实施例的对缩小尺寸后的宏块进行运动预测和运动补偿的过程的示意图。如图6所示，当解码尺寸无缩小时，假设当前像素的位置为org_cur_pos，运动向量为org_mv，则预测位置org_ref_pos计算如下：org_ref_pos＝org_cur_pos+org_mv；但对于缩小尺寸的运动预测和补偿，当前宏块的缩小尺寸参考图像中的预测位置res_ref_pos则被修正为：res_ref_pos＝res_cur_pos+res_mv；其中，res_cur_pos＝org_cur_pos*d/16；res_mv＝org_mv*d/16。

然后，如果预测位置res_ref_pos不是整像素点，将再次应用双线性滤波器根据预测位置周围的整像素点来计算预测宏块的像素值。滤波方法如上文所述。经运动预测后，将预测宏块和步骤III得到的像素插值一起进行组合预测得到最终的缩小尺寸解码宏块。解码图像也将会被存储在帧寄存器中以作为随后的帧预测参考。

由以上所述可以看出，根据本发明实施例的缩小尺寸解码方法和系统通过利用两个参考宏块来计算所需尺寸的宏块，减小了计算复杂度，从而提高了缩小尺寸解码的速度、节省了缩小尺寸解码所需的计算资源。

本领域技术人员将理解，还存在可用于实现本发明实施例的更多可选实施方式和改进方式，并且上述实施方式和示例仅是一个或多个实施例的说明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。

Claims (10)

1.一种缩小尺寸解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过对待解码的宏块进行变长解码和反量化，获取初步解码后的宏块的运动向量和离散余弦变换系数矩阵；

通过对所述离散余弦变换系数矩阵中的特定大小的第一离散余弦变换系数块进行低通滤波，获取第二离散余弦变换系数块和第三离散余弦变换系数块；

通过对所述第一、第二和第三离散余弦变换系数块进行逆离散余弦变换，获取分别与所述第一、第二和第三离散余弦变换系数块相对应的第一、第二和第三参考宏块；

根据所需的缩小尺寸，通过MIP贴图插值法，利用缩小尺寸后的宏块中的像素点在所述第一、第二和第三参考宏块中的两个中的映射点的像素值计算所述缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值；以及

利用通过对所述初步解码后的宏块的运动向量进行运动向量解码并根据所需的缩小尺寸对运动向量解码结果进行缩小而获取的运动向量以及预先存储的参考图像对所述缩小尺寸后的宏块进行运动估计和运动补偿，

其中，计算所述缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值的步骤包括以下子步骤：

根据所述缩小尺寸后的宏块的尺寸选择所述第一、第二和第三参考宏块中的两个作为所述缩小尺寸后的宏块的顶参考宏块和底参考宏块；

找出所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块上的映射点；

分别利用所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点周围的像素点的像素值，通过双线性插值计算方法计算所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点的像素值；以及

利用所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点的像素值，通过线性插值计算方法计算所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点的像素值。

2.根据权利要求1所述的缩小尺寸解码方法，其特征在于，还包括以下步骤：

存储经过运动估计和运动补偿的缩小尺寸后的宏块，以将所述经过运动估计和运动补偿的缩小尺寸后的宏块用作后续缩小尺寸解码过程中的参考图像。

3.根据权利要求1所述的缩小尺寸解码方法，其特征在于，当所述缩小尺寸后的宏块的尺寸介于所述第一和第二参考宏块的尺寸之间时，选择所述第一和第二参考宏块作为所述顶参考宏块和所述底参考宏块，当所述缩小尺寸后的宏块的尺寸介于所述第二和第三参考宏块的尺寸之间时，选择所述第二和第三参考宏块作为所述顶参考宏块和所述底参考宏块。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的缩小尺寸解码方法，其特征在于，所述第一离散余弦变换系数块为所述离散余弦变换系数矩阵的左上角的8×8尺寸的系数块。

5.根据权利要求4所述的缩小尺寸解码方法，其特征在于，所述第二离散余弦变换系数块为所述第一离散余弦变换系数块的左上角的4×4尺寸的系数块，所述第三离散余弦变换系数块为所述第一离散余弦变换系数块的左上角的2×2尺寸的系数块。

6.一种缩小尺寸解码系统，其特征在于，包括：

初步解码单元，用于通过对待解码的宏块进行变长解码和反量化，获取初步解码后的宏块的运动向量和离散余弦变换系数矩阵；

低通滤波单元，用于通过对所述离散余弦变换系数矩阵中的特定大小的第一离散余弦变换系数块进行低通滤波，获取第二离散余弦变换系数块和第三离散余弦变换系数块；

逆余弦变换单元，用于通过对所述第一、第二和第三离散余弦变换系数块进行逆离散余弦变换，获取分别与所述第一、第二和第三离散余弦变换系数块相对应的第一、第二和第三参考宏块；

像素值计算单元，用于根据所需的缩小尺寸，通过MIP贴图插值法利用缩小尺寸后的宏块中的像素点在所述第一、第二和第三参考宏块中的两个中的映射点的像素值计算所述缩小尺寸后的宏块中的像素点的像素值；以及

估计补偿单元，用于利用通过对所述初步解码后的宏块的运动向量进行运动向量解码并根据所需的缩小尺寸对运动向量解码结果进行缩小而获取的运动向量以及预先存储的参考图像对所述缩小尺寸后的宏块进行运动估计和运动补偿，

其中，所述像素值计算单元包括：

参考选择单元，根据所述缩小尺寸后的宏块的尺寸选择所述第一、第二和第三参考宏块中的两个作为所述缩小尺寸后的宏块的顶参考宏块和底参考宏块；

像素映射单元，用于找出所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块上的映射点；

第一计算单元，用于分别利用所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点周围的像素点的像素值，通过双线性插值计算方法计算所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点的像素值；以及

第二计算单元，用于利用所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点在所述顶参考宏块和所述底参考宏块中的映射点的像素值，通过线性插值计算方法计算所述缩小尺寸后的宏块中的每个像素点的像素值。

7.根据权利要求6所述的缩小尺寸解码系统，其特征在于，还包括：

帧存储单元，用于存储经过运动估计和运动补偿的缩小尺寸后的宏块。

8.根据权利要求6所述的缩小尺寸解码系统，其特征在于，所述参考选择单元

在所述缩小尺寸后的宏块的尺寸介于所述第一和第二参考宏块的尺寸之间的情况下，选择所述第一和第二参考宏块作为所述顶参考宏块和所述底参考宏块，

在所述缩小尺寸后的宏块的尺寸介于所述第二和第三参考宏块的尺寸之间的情况下，选择所述第二和第三参考宏块作为所述顶参考宏块和所述底参考宏块。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的缩小尺寸解码系统，其特征在于，所述第一离散余弦变换系数块为所述离散余弦变换系数矩阵的左上角的8×8尺寸的系数块。

10.根据权利要求9所述的缩小尺寸解码系统，其特征在于，所述第二离散余弦变换系数块为所述第一离散余弦变换系数块的左上角的4×4尺寸的系数块，所述第三离散余弦变换系数块为所述第一离散余弦变换系数块的左上角的2×2尺寸的系数块。

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