CN102438135A - 高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，通过接收输入的经编码压缩的视频码流，经过熵解码与反量化后，得到DCT系数块；之后将该DCT系数块经过IDCT变换，形成数据块，之后对帧内编码块进行饱和操作以形成像素域的图像；对于帧间编码块，则先在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成参考块，再将帧间编码块与参考块进行相加，再经过饱和操作形成像素域的图像，如此不需要转码与专用的硬件解码加速器，便可令高分辨率的视频在小尺寸的显示设备的移动多媒体终端能够流畅的播放，并且在保持较佳视频质量的情况下，能够节省产品硬件成本。

Description

高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机图像处理和视频处理领域，特别涉及高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法及装置。
背景技术
近年来，诸如手机、MP4播放器等多媒体终端设备由于其便携性和含有丰富的多媒体应用而越来越受到消费者欢迎。这些多媒体终端设备由于其便携性，所以显示装置的尺寸都比较小，一般来说不会超过VGA(640x480)大小。同时这些设备大都为嵌入式系统，其计算能力比较差，同时因存储空间小所以存储能力较弱。而另外一方面，现在已经进入了视频高清时代，其分辨率大都在720P(1280x720)。为解决上述问题，业界提出二种解决方式，一种是直接将高分辨率视频进行解码，经过缩放后进行显示，此种方式一般是应用在带有专用硬件解码加速器的高端多媒体终端上。另外一种方式是先使用转码软件进行分辨率等格式转换，然后在多媒体终端上解码播放，此种方式一般应用在解码性能不够强的中低端多媒体终端上。此二种方式相比较，第一种方式不会牺牲视频质量，主观感受非常好。而第二种方式一方面是操作复杂，另一方面是转码过程牺牲了原始视频的质量，并且视频质量下降的程度依赖于转码器性能的高低，所以这种方式主观感受比较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提出一种高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法及装置，此方法不需要转码与专用的硬件解码加速器，便可令高分辨率的视频在小尺寸的显示设备能够流畅的播放，并且在保持较佳视频质量的情况下，能够节省产品硬件成本。
为解决上述问题，本发明提出一种高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，该方法包括如下步骤：
接收输入的经编码压缩的视频码流，经过熵解码与反量化后，得到DCT系数块；
将该DCT系数块经过IDCT变换，形成数据块，之后对帧内编码块进行饱和操作以形成像素域的图像；而对于帧间编码块，则先在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成参考块，之后将帧间编码块与参考块进行相加，再经过饱和操作形成像素域的图像。
较佳地，经编码压缩的视频码流经过熵解码与反量化后得到DCT系数块为8x8，而该8x8的DCT系数块经过IDCT变换后形成的数据块为4x4。
较佳地，在运动补偿插值过程中可采用4抽头的FIR滤波器插值，对于亮度分量，1/4像素点和3/4像素点采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数分别为[-1，13，5，-1]，[-1，5，13，-1]；对于1/2像素点，采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数为[-1，9，9，-1]。或者也可采用6抽头的FIR滤波器，对于亮度分量，1/4、1/2和3/4像素点由像素点P-2、P-1、P0、P1、P2、P3得到，其中内插系数分别为[1，-5，52，20，-5，1]，[1，-5，20，20，-5，1]，[1，-5，20，52，-5，1]。而对于色度分量，则采用1/4像素精度双线性插值。
较佳地，当前帧所有块重建完成得到1/4原始分辨率的重建帧图像后，可将该图像设为后续解码过程需使用的参考帧。
与现有技术相比较，本发明采用视频降采样解码方法，通过将信息丢失的过程整合到解码过程中，如此不但大幅减少了解码所需要的存储空间，同时也大幅减小了解码所需要的计算量，而且还大幅减小了系统的带宽消耗，因此在计算能力比较差、存储空间有限、系统带宽受限的手持多媒体终端中具有很大的应用价值。
附图说明
图1是实施本发明的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的4倍降采样解码方法的流程示意图。
图2是实施本发明的方法的亮度分量水平方向运动补偿插值示意图。
图3是实施本发明的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置的组成框架示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式进行说明。
请参阅图1所示，实施本发明的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S101：接收输入的经编码压缩的视频码流，经过熵解码与反量化后，得到8x8的DCT系数块；
步骤S102：将该8x8的DCT系数块经过IDCT变换，形成4x4的数据块，其中IDCT变换的方法在现有技术中多有描述，此处不再赘述。
其中对于帧内编码块来说，则经过步骤S103，即该4x4的数据块经过饱和操作后形成像素域的4x4图像；
而对于帧间编码块来说，该4x4的数据块是像素域的残差块，则进入步骤S103处理，即先在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成4x4参考块；之后经过步骤S104，即将4x4残差块和4x4参考块相加后，经过饱和操作形成像素域的4x4图像；
当前帧所有帧内编码块与帧间编码块均重建完成后，即得到1/4原始分辨率的重建帧图像，之后进入步骤S105，即将该图像放入帧存作为后续解码过程的参考帧，同时作为解码输出图像，该解码输出图像经过后续处理后便在显示装置上显示。
图2为图1所示的步骤3中的亮度分量在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值示意图，该方法通过对行列方向都做2倍的下采样，所以原始码流的1/2像素精度对应为1/4像素精度。同时因为MPEG-4标准规定插值采用双线性插值，这种方法应用在已经经过1/2下采样的1/4原始分辨率参考帧的图像上，会产生较大的视频质量损失。本方法采用了更高精度的插值方法，在本方法的一个实施例中可采用4抽头的FIR滤波器插值。对于整像素点，因为参考块像素已实际存在，所以不需要做插值；对于1/4像素点aa和3/4像素点cc，可采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数可以分别为[-1，13，5，-1]，[-1，5，13，-1]；对于1/2像素点bb，可采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数可以为[-1，9，9，-1]。之所以采用以上的内插系数，是在不损失插值效果的情况下，考虑到嵌入式计算的特点，这些数都可以通过移位实现，不需要乘法。
在上述的实施例中，综合考虑插值运算的复杂度和视频质量下降程度，采用了4抽头的FIR滤波器插值。当然在系统计算能力更强情况下，也可以采用6抽头的FIR滤波器，即图2所示的aa、bb、cc可以由整像素点P-2、P-1、P0、P1、P2、P3得到，其中内插系数分别为[1，-5，52，20，-5，1]，[1，-5，20，20，-5，1]，[1，-5，20，52，-5，1]。
对于色度分量，因为人类视觉系统对亮度比色度更敏感，因此在本实施例中采用复杂度较低的1/4像素精度双线性插值。
图3为高分辨率视频在小尺寸显示设备上的4倍降采样解码装置的组成框架示意图，该装置2包括以下模块：
视频压缩码流输入模块20，用以接收经编码压缩的视频码流；
熵解码与反量化模块21，用以将经编码压缩的视频码流熵解码与反量化，形成8x8的DCT系数块；
反变换模块22，用以将8x8的DCT系数块经过IDCT变换，形成4x4的数据块，其中该数据块包括帧内编码块与帧间编码块；
1/4像素精度运动补偿模块23，用以在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成4x4参考块，对于亮度分量采用了4抽头的FIR滤波器插值。在该方法中，对于整像素点，因为参考块像素已实际存在，所以不需要做插值；对于1/4像素点aa和3/4像素点cc，可采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数可以分别为[-1，13，5，-1]，[-1，5，13，-1]；对于1/2像素点bb，可采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数可以为[-1，9，9，-1]。当然，也可以采用6抽头的FIR滤波器，也即图2所示的aa、bb、cc可以由整像素点P-2、P-1、P0、P1、P2、P3得到，其中内插系数分别为[1，-5，52，20，-5，1]，[1，-5，20，20，-5，1]，[1，-5，20，52，-5，1]；而对于色度分量可采用复杂度较低的1/4像素精度双线性插值；
相加模块24，用以将帧间编码块与参考块相加；
饱和操作模块25，用于接收相加模块24的输出的帧间编码块与参考块相加的结果与反变换模块22输出的帧内编码块，并对二者进行饱和操作形成像素域的4x4图像；
参考帧缓存模块26，用于储存饱和操作模块处理后的图像做为参考帧；
显示模块27，显示解码后的图像。
与现有技术相比较，本发明采用视频降采样解码技术，即将信息丢失的过程整合到解码过程中，如此不但大幅减少了解码所需要的存储空间，同时也大幅减小了解码所需要的计算量，而且还大幅减小了系统的带宽消耗。同时本发明采用的四倍的降采样是指在水平和垂直方向都缩小一倍，非常适合解码器整合，进一步降低了复杂度。这在计算能力比较差，存储空间有限，系统带宽受限的手持多媒体终端中具有很大的应用价值。
传统的解码后再缩放的方式相对于本发明，需要将近4倍的存储空间和将近3倍的运算量以及4倍的带宽需求。本发明无疑大幅提高了多媒体终端的视频播放性能，进而提高了用户的主观感受。相对于带专有硬件解码硬件加速器方式，虽然使用本发明的方法视频质量有轻微的下降，但节省了昂贵的硬件成本。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
接收输入的经编码压缩的视频码流，经过熵解码与反量化后，得到DCT系数块；
将该DCT系数块经过IDCT变换，形成数据块，之后对帧内编码块进行饱和操作以形成像素域的图像；而对于帧间编码块，则先在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成参考块，之后将帧间编码块与参考块进行相加，再经过饱和操作形成像素域的图像。
2.如权利要求1所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：经编码压缩的视频码流经过熵解码与反量化后得到DCT系数块为8x8。
3.如权利要求2所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：DCT系数块经过IDCT变换后形成的数据块为4x4。
4.如权利要求1所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：该方法还包括在当前帧所有块重建完成得到1/4原始分辨率的图像后，将该图像设为后续解码过程使用的参考帧的步骤。
5.如权利要求1所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：在运动补偿插值过程中采用4抽头的FIR滤波器插值，对于亮度分量，1/4像素点和3/4像素点采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数分别为[-1，13，5，-1]，[-1，5，13，-1]；对于1/2像素点，采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数为[-1，9，9，-1]。
6.如权利要求1所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：在运动补偿插值过程中采用6抽头的FIR滤波器，对于亮度分量，1/4、1/2和3/4像素点由像素点P-2、P-1、P0、P1、P2、P3得到，其中内插系数分别为[1，-5，52，20，-5，1]，[1，-5，20，20，-5，1]，[1，-5，20，52，-5，1]。
7.如权利要求1所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码方法，其特征在于：在运动补偿插值过程中，对于色度分量是采用1/4像素精度双线性插值。
8.一种高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，该装置包括：
视频压缩码流输入模块，用以接收经编码压缩的视频码流；
熵解码与反量化模块，用以将经编码压缩的视频码流熵解码与反量化，形成DCT系数块；
反变换模块，用以将DCT系数块经过IDCT变换，形成数据块，其中该数据块包括帧内编码块与帧间编码块；
1/4像素精度运动补偿模块，用以在1/4原始分辨率的参考帧上进行1/4像素精度的运动补偿插值形成参考块；
相加模块，用以将帧间编码块与参考块相加；
饱和操作模块，用于接收相加模块的输出的帧间编码块与参考块相加的结果与反变换模块输出的帧内编码块，并对二者进行饱和操作形成像素域的图像；
参考帧缓存模块，用于储存饱和操作模块处理后的图像做为参考帧；
显示模块，显示解码后的图像。
9.如权利要求8所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，其特征在于：经编码压缩的视频码流经过熵解码与反量化模块进行熵解码与反量化后得到DCT系数块为8x8。
10.如权利要求9所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，其特征在于：DCT系数块经过反变换模块变换后形成的数据块为4x4。
11.如权利要求8所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，其特征在于：1/4像素精度运动补偿模块在运动补偿插值过程中采用4抽头的FIR滤波器插值，对于亮度分量，1/4像素点和3/4像素点采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数分别为[-1，13，5，-1]，[-1，5，13，-1]；对于1/2像素点，采用P-1，P0，P1，P2四点内插得到，其中内插系数为[-1，9，9，-1]。
12.如权利要求8所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，其特征在于：1/4像素精度运动补偿模块在运动补偿插值过程中采用6抽头的FIR滤波器，对于亮度分量，1/4、1/2和3/4像素点由像素点P-2、P-1、P0、P1、P2、P3得到，其中内插系数分别为[1，-5，52，20，-5，1]，[1，-5，20，20，-5，1]，[1，-5，20，52，-5，1]。
13.如权利要求8所述的高分辨率视频在小尺寸显示设备上的降采样解码装置，其特征在于：1/4像素精度运动补偿模块在运动补偿插值过程中，对于色度分量是采用1/4像素精度双线性插值。
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