CN106576168A - 图像压缩解压缩装置 - Google Patents

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小味弘典
柏原义昌
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Abstract

一种装置，其进行基于编码对原图像数据进行压缩，此外对编码后的数据进行解压缩的图像压缩解压缩处理，其具有一个以上的图像处理部以及一个以上的可变长度编码解码处理部，图像处理部按照基于图像的分辨率或帧率的并行数进行并行处理，可变长度编码解码处理部通过基于图像压缩解压缩装置所处理的比特流的比特率的并行数来进行并行处理。另外，在图像压缩解压缩装置中，将决定并行数的图像的分辨率和帧率的两方，或者将图像的分辨率和帧率中的一方作为参数而输入。由此，能够根据考虑了分辨率、帧率、比特率的用户的使用用途来降低消耗功率。

Description

图像压缩解压缩装置
技术领域
本发明涉及一种图像压缩解压缩装置，特别是涉及一种适合于以低消耗功率，基于H.264规格等影像压缩编码技术进行图像处理的编码/解码处理的图像压缩解压缩装置。
背景技术
使用MPEG压缩技术等对图像进行压缩(编码)解压缩(解码)的技术用于数字图像处理器。在2013年1月ISO/IEC标准23008-3(通称为H.265/HEVC)成为国际标准。与之相伴，预计图像压缩解压缩技术会在民用AV设备或工业设备中进一步被广泛使用。
作为今后的倾向，预计会推进以8K4K这样的下一代广播规格(即超高清规格：UHDTV(Ultra High Definition Television，超高清电视))为代表的图像的高分辨率、高像素率和低比特率，因此，需要应对现有的图像尺寸、高比特率等广泛的用户需求。在这种状况下，例如在专利文献1中公开了考虑了消耗功率的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-141531号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的图像编码装置是在二值化部301与二值算术编码部304之间设置缓冲器，使二值化部301与二值算术编码部304的处理时钟不同，向各处理部分配适当的动作频率从而能够降低消耗功率。
另一方面，作为表示动画的动作环境的指标，具有分辨率、帧率、比特率。图像处理器对动画进行编码时的负载或消耗功率与它们有很大的关系。专利文献1所记载的图像编码装置虽然能够根据输出的比特率实现低消耗功率，但是没有考虑与分辨率、帧率有关的低消耗功率化。
本发明的目的在于提供一种图像压缩解压缩装置，其考虑了分辨率、帧率以及比特率，能够根据用户的使用用途来降低消耗功率。
解决课题的手段
优选本发明的图像压缩解压缩装置进行图像压缩解压缩处理，即基于编码将原图像数据进行压缩，另外对编码后的数据进行解压缩，其具有一个以上的图像处理部，该图像处理部进行通过帧内预测或帧间预测的预测图像生成、差分图像生成、频率变换、量化/逆量化；一个以上的可变长度编码解码处理部，其进行可变长度编码解码处理。基于图像的分辨率或帧率来决定第一并行数，一个以上的图像处理部通过与第一并行数对应的并行度进行并行处理。
另外，在优选的例子中，基于图像压缩解压缩装置处理的比特流的比特率来决定第二并行数，一个以上的可变长度编码解码处理部通过与第二并行数对应的并行度进行并行处理。
另外，在优选的例子中，所述一个以上的图像处理部为了决定第一并行数，将图像的分辨率和帧率双方，或者图像的分辨率和帧率中的一方作为参数输入。
发明的效果
通过本发明，能够提供一种图像压缩解压缩装置，其考虑了分辨率、帧率以及比特率，能够根据用户的使用用途来降低消耗功率。
附图说明
图1是一个实施例的图像压缩解压缩装置的结构的整体结构图。
图2说明决定图像处理部和可变长度编码解码处理部的并行数的模式。
图3说明图像处理部的并行数为1时的图像(1帧)与宏块的关系。
图4表示图像处理部在每个处理阶段以时间单位处理宏块的情况。
图5表示在压缩动作时图像处理部1系统、可变长度编码解码处理部1系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
图6表示在解压缩动作时图像处理部1系统、可变长度编码解码处理部1系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
图7说明多个图像处理部中的图像(1帧)与宏块的关系。
图8表示多个图像处理部在每个处理阶段以时间单位处理宏块的情况。
图9表示在压缩动作时图像处理部4系统、可变长度编码解码处理部2系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
图10表示在解压缩动作时图像处理部4系统、可变长度编码解码处理部2系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
图11是表示图像压缩解压缩装置的图像压缩处理的详细步骤的流程图。
图12是表示在图像压缩处理中各图像和各部件的处理定时的时序图。
图13是表示图像压缩解压缩装置的图像解压缩处理的详细步骤的流程图。
图14是表示在图像解压缩处理中各图像和各部件的处理定时的时序图。
图15A表示通过时钟控制来控制图像处理部和可变长度编码解码处理部的并行处理的例子。
图15B表示通过电源控制来控制图像处理部和可变长度编码解码处理部的并行处理的例子。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行说明。
(图像压缩解压缩装置的结构概要)
首先，使用图1对一个实施方式的图像压缩解压缩装置的结构进行说明。图1是图像压缩解压缩装置的结构的整体结构图。
图像压缩解压缩装置是按照H.264(ISO/IEC14496-10)的规格进行图像压缩解压缩处理的电路，并且是将图像压缩处理、图像解压缩处理进行半双工处理的解压缩装置。图像压缩处理是将原图像(YCbCr 4:2:0格式)作为输入，依次存储到在外部存储器105中配置的原图缓冲区(在图1中未图示)中，对该原图像进行编码来对其进行压缩的处理。图像解压缩处理是把在外部存储器105中配置的流缓冲区(在图1中未图示)中从MSB(最上位比特)开始依次存储的比特流作为输入，将解码后的解码图(YCbCr 4:2:0格式)作为输出依次存储到在外部存储器105中配置的解码图缓冲区中的处理。
作为本装置的结构，在进行图像压缩解压缩处理时，分为承担运动补偿处理的图像处理部、进行熵编码处理的可变长度编码解码处理部。
进行图像处理的部分总共具有四个系统，各个系统具有相同的功能，图像处理部101、102、103、104能够进行并行动作。另外，关于进行可变长度编码解码处理的部分，总共具有两个系统，各个系统具有相同的功能，可变长度编码解码处理部124、可变长度编码解码处理部125能够进行并行动作。此外，在本实施方式中，如此说明图像处理部为四个系统，可变长度编码解码处理部为两个系统的情况，但是能够根据图像压缩解压缩装置被要求的处理能力和成本等，任意地设为图像处理部：n个系统，可变长度编码解码处理部：m个系统(n、m为正的整数)。
并且，图像处理部101、102、103、104和可变长度编码解码处理部124、125经由在外部存储器105内设置的中间缓冲区域(在图1中未图示)进行数据的交接。
(图像压缩解压缩装置的图像压缩处理和图像解压缩处理)
接着，使用图1对本实施方式的图像压缩解压缩装置的各部件的结构和其动作进行说明。首先，对图像压缩解压缩装置的图像压缩处理(以下有时简称为“压缩处理”)进行说明。
从图像处理部控制器122启动图像处理部101。图像处理部101从外部存储器105经由总线121将原图像存储在原图缓冲部106中。接着，通过帧内预测模式判定部108进行预测模式的判定，生成帧内预测图像。此外，通过搜索部107计算最适合帧间预测的运动矢量，从位于外部存储器105内的参照帧区域(在图1中未图示)经由总线121读出与该运动矢量对应的位置的参照图像，生成帧间预测图像。然后，残差计算部110通过取得帧间预测图像或帧内预测图像与原图像之间的差值，生成预测残差。向下一个离散余弦变换部111输入预测误差。此时，关于使用帧间预测图像还是使用帧内预测图像，根据此时的残差量选择预测之后的代码量变少一方的信息。关于该选择，例如还可通过求出各宏块的残差的绝对值差值之和，选择该值小的一方来实现。在离散余弦变换111中，将输入来的残差成分进行整数余弦变换，变换为频率样本后输入给量化块部112。
接着，在量化块部112中，将输入的数据除以预定的量化比例。将量化后的各频率样本通过Z字形扫描部113从二维的矩阵中按照Z字形扫描顺序读出，作为一维的数据输出。另外，残差计算部110将宏块的分割信息传送给行程长度编码部114，并且如果是帧内预测则还向行程长度编码部114传送预测模式，如果是帧间预测则还向行程长度编码部114传送运动矢量。此后，在行程长度编码部114中，按照H.264规格转换为0的连续个数、以及非零系数化的数据，并经由总线121存储到在外部存储器105内设置的中间缓冲区域(在图1中未图示)中。在前进到行程长度编码后，存储到中间缓冲区中，由此从原图像数据量大幅削减中间数据量，因此从削减总线121的带宽以及外部存储器105这两方的观点来看，图像处理部包含到行程长度编码处理具有优点。
如上所述，与编码作业并行地，为了生成参照图像将通过量化部112进行了除法运算后的各频率样本在逆量化部117中乘以预定的量化比例，对频率样本进行逆量化。接着，通过逆离散余弦变换部118对频率样本进行整数余弦变换，变换为残差成分。接着，如果为帧内预测，则通过帧内预测部109根据预测模式生成帧内预测图像，如果为帧间预测，则通过搜索部107从位于外部存储器105内的参照帧区域(在图1中未图示)经由总线121读出与运动矢量相对应的位置的参照图像，生成帧间预测图像。
接着，通过残差计算部119将帧内预测图像或者帧间预测图像与残差成分相加，生成预测图像。此后，通过去块滤波器120去除块失真来生成参照图像，将参照图像经由总线121存储到外部存储器105中。
接着，对图像压缩解压缩装置的图像解压缩装置(以下有时简称为“解压缩处理”)进行说明。
在开始图像解压缩处理时，可变长度编码解码处理部控制器130启动可变长度编码解码处理部124。可变长度编码解码处理部124从配置在外部存储器105中的流缓冲区(在图1中未图示)经由总线121读出比特流，并将其存储在代码缓冲部127中。在可变长度解码部128中按照H.264规格对0的连续个数、以及非零系数化的数据、宏块分割信息、以及帧内预测模式或运动矢量进行解码。按照预先决定的格式将解码后的数据转换为从后开始读出时可知行程(符号的出现)和长度(符号排列的长度)的形式后，经由总线121存储到在外部存储器105中配置的中间缓冲区(在图1中未图示)中。
在可变长度编码解码处理部124中1帧的处理完成后，可变长度编码解码处理部控制器130向图像处理部控制器122进行通知。图像处理部控制器122启动图像处理部101，图像处理部101的行程长度解码部115经由总线121从外部存储器105取得中间数据。通过行程长度解码部115根据0的连续个数、以及非零系数化的数据来计算宏块内的全部频率样本，并将其传送到Z字形扫描部116。接着，通过Z字形扫描部116按照Z字形扫描顺序将一维的数据转换为二维的矩阵后进行输出。此后，通过逆量化部117以预定的量化比例进行乘法运算，对频率样本进行逆量化。接着，通过逆离散余弦变换部118对频率样本进行整数余弦变换，变换为残差成分。
接着，如果为帧内预测，则通过帧内预测部109按照预测模式生成帧内预测图像，如果为帧间预测，则通过搜索部107从外部存储器105内的参照帧区域(在图1中未图示)经由总线121读出与运动矢量对应的位置的参照图像，生成帧间预测图像。接着，将帧内预测图像或帧间预测图像通过残差计算部119使用残差成分进行相加，生成预测图像。此后，通过去块滤波器120去除块失真来生成解码图像，并经由总线121存储到在外部存储器105中配置的解码图缓冲区(在图1中未图示)中。另外，把解压缩处理中的解码图像还用作进行解压缩处理时的参照图像。
(图像处理部、可变长度编码解码处理部的并行数)
如上所述，本实施方式的图像压缩解压缩装置具有多个图像处理部、可变长度编码解码处理部，以它们独立且并行地进行动作作为前提。因此，接着使用图2对图像处理部101、102、103、104和可变长度编码解码处理部124、125的并行数进行说明。图2对决定图像处理部101、102、103、104和可变长度编码解码处理部124、125的并行数的模式进行说明。
关于图像处理部，依据通过分辨率×帧率计算出的像素率，大体规定其处理时间。在此，分辨率是表示位图图像中的像素的密度的数值，帧率是在动画中每单位时间处理的帧数(静止图像数、格数)。当假设图1所示的一个系统的图像处理部101是能够进行分辨率为1920×1088且帧率为30fps的处理的性能时，通过双系统动作，能够进行分辨率为1920×1088且帧率为60fps的处理，通过四系统动作，能够进行分辨率为4096×2160且帧率为30fps的处理。通过四系统动作，由于是一个系统动作的4倍，因此在分辨率为1920×1088时，帧率可以是120fps。在本实施方式中，图像处理部基于通过分辨率×帧率计算出的像素率来决定并行数，通过与该并行数相对应的并行度来使图像处理部101、102、103、104进行并行动作。
关于可变长度编码解码处理部的处理，该处理时间依据比特流的比特率而变化。在此，比特率是表示每单位时间处理或发送接收多少比特的数据的数值。假设可变长度编码解码处理部124为50Mbps的处理性能，设为根据由可变长度编码解码处理部124传送的比特率来定义并行数。然后，关于可变长度编码解码处理部124、125，按照根据比特率定义的并行数所对应的并行度，使可变长度编码解码处理部124、125进行并行动作。由此，能够根据使用用途容易地进行功率控制。
因此，如图2那样，能够计算为在分辨率：1920×1088、帧率：30fps、比特率小于50Mbs时，图像处理部的并行数＝1，可变长度编码解码处理部的并行数＝1(模式No.1)，在分辨率：1920×1088、帧率：60fps、比特率：50Mbs～100Mbs时，图像处理部的并行数＝2，可变长度编码解码处理部的并行数＝2(模式No.3)，在分辨率：4096×2160、帧率：30fps、比特率：50Mbs～100Mbs时，图像处理部的并行数＝4，可变长度编码解码处理部的并行数＝2(模式No.5)。
图像处理部控制器122具有在分辨率/帧率的参数输入部132如图2所示那样预先设定了分辨率和帧率时，确定与此对应的图像处理部的并行数的表。例如，在模式No.2中，使图像处理部以并行数2的并行度进行动作，在模式No.5中，使图像处理部以并行数4的并行度进行动作。
并且，可变长度编码解码处理部控制器130具有在比特率的参数输入部133如图2所示那样，预先设定了比特率时，确定与此对应的可变长度编码解码处理部的并行数的表。例如，在模式No.2中，使可变长度编码解码处理部以并行数1进行动作，在模式No.5中，使可变长度编码解码处理部以并行数2的并行度进行动作。
如此，通过设定比特率，控制向可变长度编码解码处理部的数据输入以使需要的可变长度编码解码处理部进行动作，此时不需要的电路不进行动作。因此，通过图像处理部控制器122和可变长度编码解码处理部控制器130，能够防止根据用户要求的动作模式不需要的数据路径针对每个时钟进行变化的情况，能够削减图像压缩解压缩装置动作时的消耗功率。
另外，对于分辨率/帧率、比特率的输入，可以通过改变双方来输入，也可以改变分辨率/帧率来进行参数输入，使比特率固定，相反，也可以使分辨率/帧率固定，将比特率作为参数进行输入。
在上述的例子中，根据分辨率、帧率来决定图像处理部的并行数，并根据比特率来决定可变长度编码解码处理部的并行数，但是也可以直接从外部主机CPU等通过寄存器设定来设定各个并行数，能够获得同样的低功率效果。
(模式No.1(图像处理部的并行数＝1、可变长度编码解码处理部的并行数＝1)时的动作)
以下，说明图1的图像压缩解压缩装置100以图2的模式No.1所示的图像处理部并行数1、可变长度编码解码处理部并行数1进行动作的图像压缩处理、图像解压缩处理。首先，使用图3对图像处理部的并行数为1时的图像(1帧)与宏块的关系进行说明。图3说明图像处理部的并行数为1时的图像(1帧)与宏块的关系。
如图3所示，图像处理部101针对输入图像，按照16×16像素的被称为宏块的每个单位，从左上方的宏块MB0开始向右侧水平方向(MB0、MB1、MB2、…)依次读入原图像，执行宏块的压缩处理。图像处理部100在从MB0开始水平方向1行的宏块行(MB119)结束时，向下侧16像素垂直方向移动，以从左端(MB120)开始沿水平方向向右的方式，重复处理直到1帧结束为止。
将原图像依次地如(B0、B1、I2、B3、B4、P5、…)那样，从图像输入部(未图示)实时地输入到外部存储器105的原图缓冲区(在图5中出现)中。作为原图像的种类，约定图中所示的“I”是I图像(帧内编码图像)、“P”是P图像(帧间正向预测编码图像)、“B”是B图像(双向预测编码图像)，数字表示从原图像的第0帧开始计数时的输入帧顺序。此外，在以上的说明中说明了该宏块处理的一连串的流程，未包含邻接宏块信息等子信息。
接着，使用图4对图像处理部101的宏块的管线处理的状况进行说明。
图4表示图像处理部101在每个处理阶段按照时间单位处理宏块的情况。在图4中，原图像读出阶段是原图缓冲部106进行动作的阶段，帧内预测模式判定阶段是帧内预测模式判定部108进行动作的阶段，帧内帧间判定阶段是帧内预测部109以及搜索部107进行动作的阶段，预测图生成阶段是残差计算部110进行动作的阶段，频率变换阶段是离散余弦变换部111、量化112、逆量化117以及逆离散余弦变换118进行动作的阶段、行程长度阶段是Z字形扫描部113以及行程长度编码部114进行动作的阶段，解码图生成阶段是残差计算部119进行动作的阶段、去块滤波阶段是去块滤波器120进行动作的阶段。
设为时间0(时间1、时间2、…)表示每个MB所需要的处理时间，在以200MHz进行时钟动作时，分别表示约100循环的期间，在时间0(时间1、时间2、…)内各阶段结束。
如图3所示，针对宏块从图像的左上方开始依次(MB0、MB1、MB2、…)进行原图像读出。然后，如帧内预测模式判定、帧内帧间判定那样，将处理阶段进行管线动作。例如，在时间3，原图像读出阶段处理MB3的宏块，帧内预测模式判定阶段处理MB2的宏块，帧内帧间判定阶段处理MB1的宏块，预测图生成阶段处理MB0的宏块。
如图3所示，图像处理部101重复宏块处理直到1帧的处理结束为止。
图像处理部控制器122在1帧完成后，向可变长度编码解码处理部控制器130进行通知。可变长度编码解码处理部控制器130收到来自图像处理部控制器122的通知后启动可变长度编码解码处理部124。可变长度编码解码处理部124从外部存储器105经由总线121读出图像处理部101存储的中间数据，生成通过可变长度编码部126进行压缩后的比特流，代码缓冲部127经由总线121在外部存储器105中配置的流缓冲区中从MSB开始依次地持续存储比特。如此，在压缩处理中，直到结束为止对每1帧实施处理，并依次在流缓冲区中积蓄压缩后的比特流。
接着，使用图5对图像压缩解压缩装置100中的压缩动作时的图像处理部1个系统、可变长度编码解码处理部1个系统动作时的处理进行说明。图5表示在压缩动作时图像处理部1个系统、可变长度编码解码处理部1个系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
在图5中，图像处理部101按照压缩顺序(I2、B0、B1、…)从原图缓冲区300输入图像，并向中间缓冲区310依次存储中间数据。可变长度编码处理部124从中间缓冲区310读出中间数据进行压缩，向流缓冲区320依次存储生成的比特流。
接着，使用图6对图像压缩解压缩装置100中的解压缩动作时的图像处理部1个系统、可变长度编码解码处理部1个系统动作时的处理进行说明。图6表示在解压缩动作时图像处理部1个系统、可变长度编码解码处理部1个系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
可变长度编码处理部124从流缓冲区330取得比特流，并向中间缓冲区310依次存储中间数据。图像处理部101从中间缓冲区310读出中间数据并进行解压缩处理，向解码图缓冲区340依次存储生成的解码图。
此时，图像处理部101的解压缩处理与压缩处理时一样，针对图3所示的16×16像素的每个宏块单位，从左上方的宏块MB0开始直到1帧的处理结束为止重复宏块处理。
(模式No.5(图像处理部的并行数＝4、可变长度编码解码处理部的并行数＝2)时的动作)
以下，对图1的图像压缩解压缩装置100通过图2的模式No.5所示的图像处理部并行数4、可变长度编码解码处理部并行数2进行的图像压缩处理、图像解压缩处理进行说明。首先，使用图7对图像处理部的并行数为4时的图像(1帧)与宏块的关系进行说明。图7说明图像处理部的并行数为4时的图像(1帧)与宏块的关系。
在多个图像处理部进行动作的并行处理中，将宏块的水平方向的1行的宏块行分割为四个。图像处理部1处理MB0～MB8703的区域，图像处理部2处理MB8704～MB17407的区域，图像处理部3处理MB17408～MB26111的区域，图像处理部4处理MB26112～MB34559的区域。由此，与1系统动作相比，四系统动作能够进行四倍的运算，即使为高分辨率、高帧率，也能够在与低分辨率相同的时间内进行处理。
接着，使用图8对图像处理部101、102、103、104的4个系统动作时的宏块的管线处理的情况进行说明。图8表示图像处理部101、102、103、104在每个处理阶段按照时间单位处理宏块的情况。
在通过四系统动作进行并行动作时，如图8所示，针对分割后的每个不同的宏块，进行与一个系统相同的管线处理。关于宏块，从图像的左上方开始，图像处理部101从MB0开始依次进行原图像读出，图像处理部102从MB8704开始依次进行原图像读出，图像处理部103从MB17408开始依次进行原图像读出，图像处理部104从MB26112开始依次进行原图像读出。此后，如帧内预测模式判定、帧内帧间判定那样，在每个处理阶段进行管线动作。例如，在时间3，对于各个图像处理部101、102、103、104，在原图像读出阶段处理MB3、MB8707、MB17411、MB26115的宏块，在帧内预测模式判定阶段处理MB2、MB8706、MB17410、MB26114的宏块，在帧内帧间判定阶段处理MB1、MB8705、MB17409、MB26113的宏块，在预测图生成阶段处理MB0、MB8704、MB17408、MB26112的宏块。
接着，使用图9对图像压缩解压缩装置100中的压缩动作时的图像处理部4个系统、可变长度编码解码处理部2个系统进行动作时的处理进行说明。图9表示在压缩动作时图像处理部4个系统、可变长度编码解码处理部2个系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
图像处理部101、102、103、104从图像缓冲区300按照压缩顺序(I2、B0、B1、…)输入图像，并向分割为4个的中间缓冲区310依次存储中间数据。针对“I2”的原图像702，图像处理部101向中间缓冲区310的710存储中间数据，图像处理部102向中间缓冲区310的711存储中间数据，图像处理部103向中间缓冲区310的712存储中间数据，图像处理部104向中间缓冲区310的713存储中间数据。针对“B0”的原图像100，图像处理部101向中间缓冲区310的714存储中间数据，图像处理部102向中间缓冲区310的715存储中间数据，图像处理部103向中间缓冲区310的716存储中间数据，图像处理部104向中间缓冲区310的717存储中间数据。以下，如“B1(P5、B3、B4…)”那样，向分割为四个的中间缓冲区310依次进行存储。
可变长度编码处理部124、125从中间缓冲区310按照压缩顺序读出中间数据，可变长度编码解码处理部124向中间缓冲区320以帧为单位依次存储压缩后的比特流，可变长度编码解码处理部125向中间缓冲区321以帧为单位依次存储压缩后的比特流。例如，如图9所示，可变长度编码解码处理部124在处理原图像702、703时，向中间缓冲区320存储原图像702的比特流722、原图像703的比特流723，并且可变长度编码解码处理部125在处理原图像700、701、704、705时，向中间缓冲区321存储原图像700的比特流720、原图像701的比特流721、原图像704的比特流724、原图像705的比特流725。
如上所述，中间缓冲区320、321以帧为单位进行混合。如以下那样实现针对比特流的排列，在后述的流结合解析模块129中，按照压缩顺序从中间缓冲区320、321读出后进行结合，将比特流存储在流缓冲区330中。
接着，使用图10对图像压缩解压缩装置100中的解压缩动作时图像处理部4个系统、可变长度编码解码处理部2个系统动作时的处理进行说明。图10表示在解压缩动作时图像处理部4个系统、可变长度编码解码处理部2个系统进行动作时，从外部存储器向图像处理部和可变长度编码解码处理部传送数据时的情况。
在可变长度编码解码处理部124、125的并行动作中，通过流结合解析模块129进行用于以1帧为单位截取流缓冲区330中的压缩数据的解析。根据解析结果，可变长度编码解码处理部124、125以帧为单位从流缓冲区330进行读出，可变长度编码解码处理部124向中间缓冲区310依次存储中间数据，可变长度编码解码处理部125向中间缓冲区311依次存储中间数据。
图像处理部101、102、103、104按照帧顺序选择中间缓冲区310、311来读出中间数据。将生成的解码图按照显示顺序(B0、B1、B2、…)存储在解码图缓冲区340中。
图像处理部和可变长度编码解码部，通过通知缓冲区的使用量能够了解到哪里为止存储了数据，可作为环形缓冲区使用。另外，通过进行这样的缓冲控制，能够在具有不同的处理单位的图像处理部和可变长度编码解码部之间进行数据的缓冲，能够实现实时的压缩处理或解压缩处理。
(图像压缩处理和图像解压缩处理的详细内容(特别是图像处理部和可变长度编码解码处理部的处理协作))
接着，使用图11以及图12来说明图像压缩解压缩装置的图像压缩处理的详细步骤。图11是表示图像压缩解压缩装置的图像压缩处理的详细步骤的流程图。图12是表示在图像压缩处理中，各图像和各部的处理的定时的时序图。
图像处理部控制器122从开始指示等待循环(S01)开始，通过压缩的开始指示对图像处理部101、…进行初始设定(S02)。在该初始设定中，决定图像处理部101、…通过哪个模式进行动作，即根据输入的参数决定图像处理部101、…的并行数。然后，图像处理部控制器122针对可变长度编码解码处理部控制器130进行可变长度编码解码开始指示(S03、A1)，并等待来自可变长度编码解码处理部控制器130的初始设定完成通知(S04)。
可变长度编码解码处理部控制器130从开始指示等待循环(S11)移动到初始设定(S12)，当完成时向图像处理部控制器122进行初始设定完成通知(S13、A2)。在该初始设定中，决定可变长度编码解码处理部124、…通过哪个模式进行动作，即根据输入的参数决定可变长度编码解码处理部124、…的并行数。
图像处理部101、…在具有结束指示之前重复以1帧为单位的压缩处理(S05、S07)，在每次完成处理时向可变长度编码解码处理部控制器130进行1帧完成通知(S06、A3)。可变长度编码解码处理部124接受来自图像处理部101、…的完成通知，开始1帧的压缩处理(S14)，在具有结束通知之前进行重复(S15)。
可变长度编码解码处理部控制器130具有在1个系统的可变长度编码处理部正在进行动作的过程中，从图像处理部控制器122接受1帧完成通知的情况。此时，保留通知，并在完成后处理保留的帧即可。
与此相对，在2个系统的可变长度编码处理部正在进行动作时，如图12所示的压缩处理的时序图那样，即使1帧正处于处理过程中，通过使没有进行处理的可变长度编码解码处理部进行处理，能够同时处理2个帧。如图12所示那样，如果可变长度编码解码处理部1正在处理“I2”，则使可变长度编码解码处理部2对“B0”、“B1”、“P5”进行处理。此后，之后说明的流结合解析模块129按照压缩顺序进行连结，由此能够执行并行动作。
另外，具有在2个系统的可变长度编码解码处理部正在进行动作的过程中，从图像处理部接受1帧完成通知的情况。此时，与1个系统动作时一样进行保留，在完成后处理保留的帧即可。在2个系统动作时，根据各帧的比特量完成的顺序前后颠倒，但是在本实施方式中，通过设置按照帧顺序将流数据连结的功能，能够按照图12所示的帧顺序(I2、B0、B1、P5、B3、B4、…)生成流。
接着，使用图13以及图14来说明图像压缩解压缩装置的图像解压缩处理的详细步骤。图13是表示图像压缩解压缩装置的图像解压缩处理的详细步骤的流程图。图14是表示在图像解压缩处理中各图像和各部的处理的定时的时序图。
图像处理部控制器122从开始指示等待循环(S21)开始，根据解压缩的开始指示对图像处理部101、…进行初始设定(S22)。在该初始设定中，决定图像处理部101、…通过哪个模式进行动作，即根据输入的参数决定图像处理部101、…的并行数。然后，图像处理部控制器122针对可变长度编码解码处理部控制器130进行可变长度编码解码开始指示(S23、A11)，并等待来自可变长度编码解码处理部控制器130的初始设定完成通知(S24)。
可变长度编码解码处理部控制器130从开始指示等待循环(S31)移动到初始设定(S32)，当完成时向图像处理部控制器122进行初始设定完成通知(S33、A12)。在该初始设定中，决定可变长度编码解码处理部124、…通过哪个模式进行动作，即根据输入的参数决定可变长度编码解码处理部124、…的并行数。
可变长度编码解码处理部124、…在具有结束通知之前重复以1帧为单位的解压缩处理(S34、S36)，在每次处理完成时，向图像处理部进行1帧完成通知(S35、A13)。图像处理部101、…接受来自可变长度编码解码处理部的完成通知，开始1帧的解压缩处理，在具有结束指示之前进行重复(S25、S26、S27)。
在2个系统动作中，可变长度编码解码处理部控制器必须以1帧为单位分配可变长度编码解码处理。这如图14的解压缩处理的时序图那样，进行流数据的解析，通过检测帧的开头即使为2个系统动作，也能够进行帧单位处理。如果可变长度编码解码处理部1正在处理“I2”，则使可变长度编码解码处理部2对“B0”、“B1”、“P5”进行处理。
另外，根据解压缩的比特量，各帧的完成的顺序前后颠倒。因为可变长度编码解码处理部控制器130按照帧顺序对各系统分配处理来进行管理，因此在这种的情况下，可变长度编码解码处理部控制器130通过按照帧顺序向图像处理部进行通知，能够使图像处理部的帧顺序(I2、B0、B1、P5、B3、B4)不前后颠倒地进行解压缩处理。
(关于流结合解析模块部129)
接着，对流结合解析模块部129的详细内容进行说明。流结合解析模块部129例如是在可变长度编码解码处理部124、125进行并行动作时发挥功能的部分，在压缩处理中，进行各个可变长度编码解码处理部124、125生成的1帧单位的流数据的结合。
关于流结合解析模块部129，除了作为硬件进行安装之外，还可以设为预先向主机CPU(未图示)通知各帧的中断，在主机一侧依次读出各帧的流，并在软件上进行结合的处理。另外，在解压缩处理时进行解析，该解析是按照可变长度编码解码处理部124、125的处理单位即1帧的量来截取要进行解压缩的压缩后的流数据。
例如，当各帧的开头附加了AU分隔符的标头，并在各图像的开头附加了固有的AU分隔符代码(0x09)时，在进行解析时，通过检索该固有ID，能够判断帧的中断。另外，本解析处理也可以通过主机CPU(未图示)预先检测帧划分，并向本电路通知各帧中断信息，可变长度编码解码处理部124、125各自基于该帧中断信息来从外部流缓冲器进行读出。
(关于时钟控制部123、131)
接着，使用图15A以及图15B来说明时钟控制部123、131。图15A表示通过时钟控制来控制图像处理部和可变长度编码解码处理部的并行处理的例子。图15B表示通过电源控制来控制图像处理部和可变长度编码解码处理部的并行处理的例子。
关于外部时钟，如图15A所示那样，通过图像压缩解压缩装置的时钟控制部，在图像处理部101、102、103、104和可变长度编码解码处理部124、125进行门控(gating：门的开关)来分配给各处理部。时钟控制部123、131是具有与图像处理部控制器122、可变长度编码解码处理部控制器130分别连接的CG(时钟门控单元)，能够对图像处理部控制器122、可变长度编码解码处理部控制器130单独进行时钟门控控制的结构。由此，能够分别单独控制图像处理部、可变长度编码解码处理部。在这里，当CG的控制信号为1时，供给时钟，在为0时，切断时钟。
向时钟门控以后的各处理部分配的时钟树(与时钟相连接的结构要素)在扇出(可连接的电路要素的上限数)大的情况下，仅通过供给时钟就消耗大的电力。在本实施方式中，根据图像处理部控制器122、可变长度编码解码处理部控制器130的动作模式的选择，分别控制从时钟控制部123、131向未使用块的时钟，能够产生大幅削减消耗功率的效果。
并且，与上述的图15A的时钟控制部的结构一样，如图15B所示，设置电力控制部(晶体管)，该电力控制部用于停止向电路内各门中的不进行动作的图像处理部以及可变长度编码解码处理部供电，根据有无动作对电力控制部进行切换。关于从没有电力供给的处理部向动作中的块的输入部，可以插入逻辑门，并输入确定值即可。由此，不会向未动作的图像处理部以及可变长度编码解码处理部供给不必要的电力，能够进一步降低消耗功率。
(与H.264所规定的编码方式之间的关系)
如上所述，图像处理部的各管线内的处理成为取决于宏块内的各像素数的处理时间，因此能够对应于通过动作时的分辨率×帧率而计算出的像素率来规定需要处理速度。另一方面，关于可变长度编码解码处理部的处理，相比于像素率其处理时间依据比特流的比特率进行变化。因此，本发明的构思是图像处理部基于分辨率×帧率＝像素率来决定并行数，可变长度编码解码处理部基于比特率来决定并行数。
在H.264的规格中，能够选择算术编码和可变长度编码中的任意一个。在H.264规定的配置中，作为算术编码方式能够使用CABAC(Context Adaptive Binary ArithmeticCoding，上下文自适应二进制算术编码)，作为可变长度编码方式能够使用CAVLC(ContextAdaptive Variable Length Coding，上下文自适应可变长度编码)。
本发明特别是在采用运用了算术运算的CABAC的压缩方法时，获得显著的效果。CABAC是进行如下处理的编码方式：根据二值化后的数据的各比特的产生，对下一比特的发生概率的预测模型进行变更。因此，在1条带(slice)内的连接的数据列中，因为进行逐次处理，所以该处理时间根据处理的比特数发生大的变化。因此，即使像素率高，在比特率低的情况下，也会有可变长度编码解码处理部的并行数即使低也行的情况。因此，通过图像处理部根据分辨率和帧率来变更并行数，可变长度编码解码处理部根据流的比特率来变更并行数，能够根据该最终动作规格仅驱动所需最小限度的块，与目前相比更精细地谋求低消耗功率。
另一方面，CAVLC是基于可变长度编码表的可变长度编码方式。在这种情况下，当处理各编码代码时，因为比较预先设置的多个表与代码的一致，所以能够在1循环中进行几比特～十几比特的处理。因此，一般来说相比于CABAC，CAVLC即使是相同的系统时钟、相同的电路规模，能够处理的比特率也会提高。因此，可以利用该现象，按照CABAC或CAVLC来控制可变长度编码解码处理部的并行度。例如，在处理的目标为100Mbps以上的情况下，可变长度编码解码控制器123当在CABAC中执行了选择2并行化的控制时，在CAVLC的情况下，执行进行1并行处理的控制，由此能够抑制CAVLC时的不需要的电路的动作，以更高的精度进行消耗功率控制。由此，通过本发明的优选实施方式的图像压缩解压缩装置，能够选择与消耗功率相对应的最佳编码方式。
(H.264以外的编码方式、其他的实施方式)
如上所述，在本实施方式中，通过基于H.264的图像压缩解压缩装置进行了记载，但是在MPEG1、2、4等基于通过DCT进行的频率变换处理、行程长度编码、可变长度编码处理的混合编码方式中，具有相同的特性，本发明的特征即频率处理部和可变长度编码解码块之间独立地控制并行度的方法是有效的。
另外，在本实施方式中，使用通过公共电路进行图像压缩以及解压缩的图像压缩解压缩电路进行了说明，但是即便分别构成只进行图像压缩的图像压缩装置和只进行图像解压缩的图像解压缩装置也具有相同的效果。
并且，说明了向外部存储器存放途中的各缓冲区，但是在电路内部具备充足的SRAM(Static Random Access Memory静态随机存取存储器)，在压缩解压缩电路内具有一部分或者全部的缓冲区的情况下，与该消耗功率和RAM使用量相关的优点也不会改变。
并且，不限于动画即使在静止图像中，例如针对以JPEG(Joint PhotographicExperts Group)为代表的静止图像，在处理各种各样的分辨率、比特率的图像压缩解压缩处理电路中，也具有相同的效果。如上所述，通过本发明的优选实施方式，能够根据系统需求以最佳的功率实现图像压缩解压缩处理动作，能够实现低功耗。
符号的说明
100：图像压缩解压缩装置
101：图像处理部1
102：图像处理部2
103：图像处理部3
104：图像处理部4
105：外部存储器
106：原图缓冲部
107：帧间搜索部
108：帧内预测模式判定部
109：帧内预测部
110：残差计算部
111：离散余弦变换部
112：量化部
113：Z字形扫描部
114：行程长度编码部
115：行程长度解码部
116：Z字形扫描部
117：逆量化部
118：逆离散余弦变换部
119：残差计算部
120：去块滤波器
121：外部存储器通信用总线部
122：图像处理部控制器
123：图像处理部时钟控制部
124：可变长度编码解码处理部1
125：可变长度编码解码处理部2
126：可变长度编码部
127：代码缓冲部
128：可变长度解码部
129：流结合解析部
130：可变长度编码解码处理控制器
132：参数输入部(分辨率/帧率)
133：参数输入部(比特率)。

Claims (9)

1.一种图像压缩解压缩装置，其进行基于编码对原图像数据进行压缩，此外对编码后的数据进行解压缩的图像压缩解压缩处理，其特征在于，具有：
一个以上的图像处理部，其进行通过帧内预测或帧间预测的预测图像生成、差分图像生成、频率变换、量化/逆量化；
一个以上的可变长度编码解码处理部，其进行可变长度编码解码处理，
基于图像的分辨率或帧率来决定第一并行数，一个以上的所述图像处理部通过与所述第一并行数相对应的并行度进行并行处理。
2.根据权利要求1所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
基于所述图像压缩解压缩装置处理的比特流的比特率来决定第二并行数，一个以上的所述可变长度编码解码处理部通过与所述第二并行数相对应的并行度进行并行处理。
3.根据权利要求1所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
一个以上的所述图像处理部为了决定所述第一并行数，将所述图像的分辨率和所述帧率的两方，或者将所述图像的分辨率和所述帧率中的一方作为参数而输入。
4.根据权利要求2所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
基于所述第一并行数或所述第二并行数，停止向不进行动作的所述图像处理部、所述可变长度编码解码处理部的时钟树供给时钟。
5.根据权利要求1所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
基于所述第一并行数或所述第二并行数，停止向不进行动作的所述图像处理部、所述可变长度编码解码处理部供电。
6.根据权利要求1所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
具有至少两个以上的图像处理部，通过各个图像处理部并行处理同一帧中的不同的宏块行。
7.根据权利要求2所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
具有至少两个以上的可变长度编码解码处理部，通过各个可变长度编码解码处理部使不同的帧并行动作。
8.根据权利要求2所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
基于处理的编码方式来决定所述第二并行数。
9.根据权利要求2所述的图像压缩解压缩装置，其特征在于，
所述编码方式为CAVLC以及CABAC。
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