CN102572207A

CN102572207A - 一种适于jpeg图像的颜色空间转换方法

Info

Publication number: CN102572207A
Application number: CN2010106178457A
Authority: CN
Inventors: 汤岐
Original assignee: Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102572207B

Abstract

本发明公开一种适用于JPEG图像解码器的颜色空间转换方法，所述方法在图像解码阶段依次将Y分量、Cb分量以及Cr分量直接存入片外图像显示缓冲区，在图像显示阶段再从片外图像显示缓冲区中同时读取Y、Cb、Cr分量并进行颜色空间转换操作。本发明所提供的JPEG图像的颜色空间转换方法在解码阶段不需要任何用于存储Y、Cb、Cr分量的片内存储器，可以大大降低芯片设计中片内存储器资源的消耗。

Description

一种适于JPEG图像的颜色空间转换方法

技术领域

本发明涉及一种适于JPEG图像的颜色空间转换方法。

背景技术

JPEG标准中并没有定义颜色空间转换的内容，但是JPEG图像编码一般都是使用YCbCr颜色模型，这样就可以使用Y、Cb、Cr分量对图片进行编码。由于人眼对图片亮度Y变化的敏感度要远大于对图片色度Cb、Cr变化的敏感度，所以可以分别使用不同的采样系数来采样Y、Cb、Cr分量。例如在4:1:1的采样系数下，图片尺寸下降了一半，但图片质量却不会有明显的下降。

JPEG图片编码中Y、Cb、Cr分量是按顺序编码的，每个分量按8×8的图像块进行编码。传统的颜色空间转换方法是依次解码出Y分量、Cb分量、Cr分量图像块，再将其转换成RGB分量。由于在YCbCr颜色空间转为RGB颜色空间时，对于每一个像素点，需要同时读取与该像素点对应的Y分量、Cb分量以及Cr分量，经过转换后的RGB数据最终被存入片外图像显示缓冲区。例如当采样系数为4:2:2的情况下，需要4块8×8的存储空间来保存Y分量、2块8×8的存储空间来保存Cb分量、2块8×8的存储空间来保存Cr分量，总的存储空间约为为4Kbit。为了提高解码速率，通常需要再增加一块4Kbit的存储器来进行乒乓操作，这样总共需要使用大约8Kbit的片内存储器资源。

在芯片设计中，片内高速存储器资源是非常宝贵的，因此在芯片设计阶段必须尽量减少存储器资源的使用以降低芯片研发的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于JPEG图像解码器的颜色空间转换方法。

为了实现上述目的，一种适于JPEG图像的颜色空间转换方法，包括如下步骤：

步骤1.片外图像显示缓冲区划分3个区域，第一显示缓冲区保存Y分量，第二显示缓冲区保存Cb分量，第三显示缓冲区保存Cr分量；

步骤2.在Y分量解码阶段，将解码后得到的Y分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第一显示缓冲区中；

步骤3.在Cb分量解码阶段，将解码后得到的Cb分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第二显示缓冲区中；

步骤4.在Cr分量解码阶段，将解码后得到的Cr分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第三显示缓冲区中；

步骤5.如果整幅图像解码完成，执行步骤6，否则重复执行步骤2，步骤3和步骤4；

步骤6.在图像显示阶段，同时读取Y、Cb、Cr分量并拆分为8位的分量数据后进行颜色空间转换，最终输出到显示设备。

进一步地，在第一显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Y分量的水平采样系数和垂直采样系数。在第一显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Y分量当前像素数据在第一显示缓冲区的存储地址＝Y分量像素数据在第一显示缓冲区中分配的存储首地址+Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

进一步地，在第二显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cb分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cb分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cb分量存储到第二显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cb分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

同时，在第二显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cb分量当前像素数据在第二显示缓冲区的存储地址＝Cb分量像素数据在第二显示缓冲区中分配的存储首地址+Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

进一步地，在第三显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cr分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cr分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cr分量存储到第三显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cr分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

同时，在第三显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cr分量当前像素数据在第三显示缓冲区的存储地址＝Cr分量像素数据在第三显示缓冲区中分配的存储首地址+Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

与现有技术相比，本发明所提供的JPEG图像颜色空间转换的硬件实现方法在解码阶段不需要任何用于存储Y、Cb、Cr分量的片内存储器，该方法可以大大降低芯片设计中片内存储器资源的消耗。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是片外显示缓冲区分配示意图；

图3是第一个Y分量块拼接存储示意图；

图4是Cb分量块上采样示意图；

图5是第一个Cb分量块拼接存储示意图；

图6是Cr分量块上采样示意图；

图7是第一个Cr分量块拼接存储示意图；

图8是图像显示输出转换示意图；

图9是采样格式一的示意图。

图10是采样格式二的示意图。

图11是采样格式三的示意图。

图12是采样格式四的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～附图8和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种适于JPEG图像的颜色空间转换方法，包括如下步骤：

步骤2.在Y分量解码阶段，将解码后得到的Y分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第一显示缓冲区中，其中，在第一显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Y分量的水平采样系数和垂直采样系数。

同时，在第一显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Y分量当前像素数据在第一显示缓冲区的存储地址y_address＝Y分量像素数据在第一显示缓冲区中分配的存储首地址Y_BADDR+Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量y_offst_h+(图像宽度image_width/4)*Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量y_offst_v。

步骤3.在Cb分量解码阶段，将解码后得到的Cb分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第二显示缓冲区中，其中，在第二显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cb分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cb分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cb分量存储到第二显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cb分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

同时，在第二显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cb分量当前像素数据在第二显示缓冲区的存储地址cb_address＝Cb分量像素数据在第二显示缓冲区中分配的存储首地址CB_BADDR+Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量cb_offst_h+(图像宽度image_width/4)*Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量cb_offst_v。

步骤4.在Cr分量解码阶段，将解码后得到的Cr分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并按照其显示位置存储到第三显示缓冲区中，其中，在第三显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cr分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cr分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cr分量存储到第三显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cr分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

同时，在第三显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cr分量当前像素数据在第三显示缓冲区的存储地址cr_address＝Cr分量像素数据在第三显示缓冲区中分配的存储首地址CR_BADDR+Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量cr_offst_h+(图像宽度image_width/4)*Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量cr_offst_v。

下面结合一个具体实施例子对本发明作进一步的详细说明：

假设该具体实施例中显示设备和图像源的尺寸为1024×768，图像源的采样精度为8位，片外显示缓冲区的位宽为32位，JPEG图像编码的采样格式为4:1:1，本发明提供的JPEG图像颜色空间转换的硬件实现方法具体包含以下操作步骤：

步骤1.如图2所示，将显示缓冲区划分为3个区域，一个用于保存Y分量，一个用于保存Cb分量，另一个用于保存Cr分量，假设Y分量缓冲区的起始地址为Y_BADDR，Cb分量缓冲区的起始地址为CB_BADDR，Cr分量缓冲区的起始地址为CR_BADDR，其中每个图像分量都按照被分配的存储区域存储到与其对应的片外显示缓冲区。每个分量的片外显示缓冲区中的数据都按从左到右，从上到下的显示顺序依次存储，由于片外显示缓冲区的位宽是图像数据位宽的4倍，图像中一行Y分量所占用的缓冲区大小为1024/4＝256，Y分量总共有768行，所以Y分量缓冲区的总大小为256×768。Cb分量，Cr分量由于其水平和垂直采样系数分别为Y分量的一半，因此在存储前需要先进行上采样操作，使得其像素点个数等于Y分量的像素点个数，得到的Cb分量和Cr分量缓冲区的总大小都为256×768；

步骤2.如图3所示，在Y分量解码阶段，将解码后得到的Y分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并依次存储到片外显示缓冲区中，本具体实施例中Y分量的水平采样系数和垂直采样系数都为2，所以Y分量一个图像块的大小为16×16，拼接后得到的数据宽度为32位的图像块的大小为4×16，每个拼接后的像素数据的存储地址按照以下公式计算：

y_address＝Y_BADDR+y_offst_h+(image_width/4)*y_offst_v

其中y_address为Y分量当前像素数据在片外显示缓冲区的存储地址，Y_BADDR为Y分量像素数据在片外显示缓冲区中分配的存储首地址，y_offst_h为Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量，image_width为图像宽度，y_offst_v为Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

步骤3.如图4和图5所示，在Cb分量解码阶段，将解码并上采样后得到的Cb分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并依次存储到片外片外显示缓冲区中，本具体实施例中Cb分量的水平采样系数和垂直采样系数都为1，所以Cb分量一个图像块的大小为8×8，此时需要对Cb分量进行上采样以使得Cb分量的像素点个数等于Y分量的像素点个数，上采样时将每个Cb分量像素点复制成上下左右4个相同的像素点，通过上采样并且拼接后得到的数据宽度为32位的图像块的大小为16×16，每个拼接后的像素数据的存储地址按照以下公式计算：

cb_address＝CB_BADDR+cb_offst_h+(image_width/4)*cb_offst_v

其中cb_address为Cb分量当前像素数据在片外显示缓冲区的存储地址，CB_BADDR为Cb分量像素数据在片外显示缓冲区中分配的存储首地址，cb_offst_h为Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量，image_width为图像宽度，cb_offst_v为Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

步骤4.如图6和图7所示，在Cr分量解码阶段，将解码并上采样后得到的Cr分量按每4个为一组拼接成一个32位的数据并依次存储到片外显示缓冲区中，本具体实施例中Cr分量的水平采样系数和垂直采样系数都为1，所以Cr分量一个图像块的大小为8×8，此时需要对Cr分量进行上采样以使得Cr分量的像素点个数等于Y分量的像素点个数，上采样时将每个Cr分量像素点复制成上下左右4个相同的像素点，通过上采样并且拼接后得到的数据宽度为32位的图像块的大小为16×16，每个拼接后的像素数据的存储地址按照以下公式计算：

cr_address＝CR_BADDR+cr_offst_h+(image_width/4)*cr_offst_v

其中cr_address为Cr分量当前像素数据在片外显示缓冲区的存储地址，CR_BADDR为Cr分量像素数据在片外显示缓冲区中分配的存储首地址，cr_offst_h为Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量，image_width为图像宽度，cr_offst_v为Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

步骤6.如图8所示，在图像显示阶段，同时从片外显示缓冲区中读取Y、Cb、Cr分量并拆分为8位的分量数据后进行颜色空间转换，最终输出到显示设备。

其中，在步骤3和步骤4中的上采样操作，可按照以下方式操作：

假设Y分量水平采样系数为Y_H，Y分量垂直采样系数为Y_V，Cb分量水平采样系数为Cb_H，Cb分量垂直采样系数为Cb_V，Cr分量水平采样系数为Cr_H，Cr分量垂直采样系数为Cr_V，以四个像素点为例对上采样操作描述几种常用的采样格式。

1)如图9所示，Y分量、Cb分量、Cr分量都不进行下采样，即Y_H＝1，Y_V＝1，Cb_H＝1，Cb_V＝1，Cr_H＝1，Cr_V＝1，这种情况下不需要进行上采样操作；

2)如图10所示，Y分量不进行下采样，Cb分量水平采样系数和垂直采样系数分别为Y分量水平采样系数的一半和垂直采样系数的一半，Cr分量水平采样系数和垂直采样系数分别为Y分量水平采样系数的一半和垂直采样系数的一半，即Y_H＝2，Y_V＝2，Cb_H＝1，Cb_V＝1，Cr_H＝1，Cr_V＝1，这种情况下Cb分量和Cr分量在水平方向上和垂直方向上都需要进行上采样操作，如下图所示，即Cb分量对应的一个像素点Cb(0，0)被Y分量对应的四个像素点Y(0，0)，Y(0，1)，Y(1，0)，Y(1，1)共用，Cr分量对应的一个像素点Cr(0，0)被Y分量对应的四个像素点Y(0，0)，Y(0，1)，Y(1，0)，Y(1，1)共用；

3)如图11所示，Y分量不进行下采样，Cb分量水平采样系数为Y分量水平采样系数的一半，Cb分量垂直采样系数等于Y分量垂直采样系数，Cr分量水平采样系数为Y分量水平采样系数的一半，Cr分量垂直采样系数等于Y分量垂直采样系数，即Y_H＝2，Y_V＝1，Cb_H＝1，Cb_V＝1，Cr_H＝1，Cr_V＝1，这种情况下Cb分量和Cr分量在只需要在水平方向上进行上采样操作，如下图所示，即Cb分量对应的一个像素点Cb(0，0)被Y分量对应的两个像素点Y(0，0)，Y(0，1)共用，Cb分量对应的一个像素点Cb(1，0)被Y分量对应的两个像素点Y(1，0)，Y(1，1)共用，Cr分量对应的一个像素点Cr(0，0)被Y分量对应的两个像素点Y(0，0)，Y(0，1)共用，Cr分量对应的一个像素点Cr(1，0)被Y分量对应的两个像素点Y(1，0)，Y(1，1)共用；

4)如图12所示，Y分量不进行下采样，Cb分量水平采样系数等于Y分量水平采样系数，Cb分量垂直水平采样系数为Y分量垂直采样系数的一半，Cr分量水平采样系数等于Y分量水平采样系数，Cr分量垂直水平采样系数为Y分量垂直采样系数的一半，即Y_H＝1，Y_V＝2，Cb_H＝1，Cb_V＝1，Cr_H＝1，Cr_V＝1，这种情况下Cb分量和Cr分量在只需要在垂直方向上进行上采样操作，如下图所示，即Cb分量对应的一个像素点Cb(0，0)被Y分量对应的两个像素点Y(0，0)，Y(1，0)共用，Cb分量对应的一个像素点Cb(0，1)被Y分量对应的两个像素点Y(0，1)，Y(1，1)共用，Cr分量对应的一个像素点Cr(0，0)被Y分量对应的两个像素点Y(0，0)，Y(1，0)共用，Cr分量对应的一个像素点Cr(0，1)被Y分量对应的两个像素点Y(0，1)，Y(1，1)共用；

由于JPEG图像压缩标准中并没有严格规定Y分量、Cb分量、Cr分量的采样格式，标准中之规定了所有分量的采样系数之和不得超过10，即Y_H+Y_V+Cb_H+Cb_V+Cr_H+Cr_V≤10。所以有可能出现上述四种采样格式以外的情况，不过其上采样原理是相同的。

虽然上述优选的实施例详尽地说明了本发明的方法，但是需要说明的是，本发明不限于上文优选的实施例。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范围。

Claims

1.一种适于JPEG图像的颜色空间转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第一显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Y分量的水平采样系数和垂直采样系数。

3.根据权利要求1或2所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第一显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Y分量当前像素数据在第一显示缓冲区的存储地址＝Y分量像素数据在第一显示缓冲区中分配的存储首地址+Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Y分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

4.根据权利要求1所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第二显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cb分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cb分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cb分量存储到第二显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cb分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

5.根据权利要求1或4所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第二显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cb分量当前像素数据在第二显示缓冲区的存储地址＝Cb分量像素数据在第二显示缓冲区中分配的存储首地址+Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Cb分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。

6.根据权利要求1所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第三显示缓冲区中每个像素点的显示位置取决于Cr分量的水平采样系数和垂直采样系数，如果Cr分量的水平采样系数或垂直采样系数小于Y分量的水平采样系数或垂直采样系数，则在将Cr分量存储到第三显示缓冲区的同时必须对其进行上采样操作使得Cr分量的水平采样点数目和垂直采样点数目等于Y分量的水平采样点数目和垂直采样点数目。

7.根据权利要求1或6所述的颜色空间转换方法，其特征在于，在第三显示缓冲区中，每个拼接后的像素数据的存储地址按照公式计算：Cr分量当前像素数据在第三显示缓冲区的存储地址＝Cr分量像素数据在第三显示缓冲区中分配的存储首地址+Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的水平偏移量+(图像宽度/4)*Cr分量当前像素数据相对于图像左上角顶点的垂直偏移量。