CN109120941A - 一种视频图像数据重用方法、处理器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视频图像数据重用方法、处理器及系统。其中，该方法包括：在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。

Description

一种视频图像数据重用方法、处理器及系统
技术领域
本发明属于数据处理领域，尤其涉及一种视频图像数据重用方法、处理器及系统。
背景技术
随着多媒体技术的快速发展，越来越多的视频应用在移动多媒体网络中出现。而运动估计(Motion Estimation,ME)是许多视频应用的核心算法。运动估计算法就是利用活动图像相邻帧中景物的相关性，将活动图像分成若干块或宏块，并利用搜索算法找出每个块或宏块在相邻图像中的位置，并求出两者在空间位置上的位移量(相对偏移量)，这个位移量即为运动矢量，求运动矢量的过程称为运动估计。运动估计可以用于视频编码器以减少帧之间的时间冗余。运动估计分为全搜索(FS)算法和快速搜索算法。
快速搜索算法虽然在速度上优于全搜索算法，但搜索时间仍然较长。根据算法搜索的特征，算法在搜索过程中不同步骤相互之间必然会产生大量重叠的数据区，这样造成资源浪费，导致算法多次访问片外存储器，增加算法的运行时间，进而影响数据处理效率。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种视频图像数据重用方法，其在搜索过程中，可以直接在共享存储器中读取到视频图像重叠区域内的数据，同时访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域，一定程度地加快数据访问的速度，提高搜索的效率。
本发明的一种视频图像数据重用方法，包括：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
进一步的，该方法还包括：
确定搜索视频图像的初始起始点；
以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果；
其中，菱形搜索的搜索半径为预设值且为2的整数次幂；光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
进一步的，搜索视频图像的初始起始点为：相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
或搜索视频图像的初始起始点为相邻宏块矢量的中值；
或搜索视频图像的初始起始点为原点位置矢量。
进一步的，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
本发明的第二目的是提供一种视频图像数据重用处理器，其在搜索过程中，可以直接在共享存储器中读取到视频图像重叠区域内的数据，同时访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域，一定程度地加快数据访问的速度，提高搜索的效率。
本发明的一种视频图像数据重用处理器，被配置为执行以下步骤：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
进一步的，所述视频图像数据重用处理器还被配置为下列步骤：
确定搜索视频图像的初始起始点；
以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果；
其中，菱形搜索的搜索半径为预设值且为2的整数次幂；光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
进一步的，搜索视频图像的初始起始点为：相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
或搜索视频图像的初始起始点为相邻宏块矢量的中值；
或搜索视频图像的初始起始点为原点位置矢量。
进一步的，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
本发明的第三目的是提供一种视频图像数据重用系统。
本发明的一种视频图像数据重用系统，包括共享存储器、全局存储器和上述所述的视频图像数据重用处理器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在搜索过程中，直接在共享存储器中读取到视频图像重叠区域内的数据，同时访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域，一定程度地加快了数据访问的速度，提高了搜索的效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是根据本发明视频图像数据重用方法的流程图；
图2是根据本发明当第一步菱形搜索步长为8结果为其顶点时在搜索过程中第一步菱形搜索区与第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
图3是根据本发明当第一步菱形搜索步长为8结果为其斜边中点时在搜索过程中第一步菱形搜索区与第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
图4是根据本发明当第一步菱形搜索步长为8结果为其顶点时在搜索过程中第二步光栅搜索(搜索范围为16*16的正方形)结果分别为其顶点、中心点和一边中点(算法起始点除外)时第三部菱形搜索区与第一步菱形搜索区及其第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
图5是根据本发明当第一步菱形搜索步长为8结果为其斜边点时在搜索过程中第二步光栅搜索(搜索范围为16*16的正方形)结果分别为其顶点、中心点和一边中点时第三部菱形搜索区与第一步菱形搜索区及其第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释：
共享存储器：shared memory，SM。
全局存储器：Global Memory。
在本发明中，采用SAD(the sum of absolute differences)准则，SAD即绝对差和的意思，就是取当前块和参考块的两个像素作差，此处的(m,n)表示参考块相对当前块的位移，使得SAD值最小的(m,n)就是最佳运动位移。
由于SAD不需要进行乘法运算，因而成为应用最为广泛的匹配准则，这也是本发明采用这个准则的原因。
SAD准则为：
其中，i和j分别表示横坐标的增加值和纵坐标的增加值；
fc(m,n)表示参考块(m,n)的像素；
fp(i+m,j+n)表示当前块(i+m,j+n)的像素。
如图1所示，本发明的一种视频图像数据重用方法，包括：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
本发明的该重用方法以面向TZSearch算法为例：
该方法还包括：
(a)确定搜索视频图像的初始起始点；
其中，搜索视频图像的初始起始点可以从下列三个方案中任意选择：
(a1)相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
(a2)相邻宏块矢量的中值；
(a3)原点位置矢量。
编码器从中选择率失真代价最小的作为预测MV，并用其所指向的位置作为起始搜索点。统计数据表明，视频图像中进行运动估计时，最优点通常在零矢量周围。
(b)以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
以2的整数次幂，搜索半径为8的菱形搜索，获取本步的最佳匹配块作为下一步的搜索起始点。
由于最佳匹配块的位置具有不确定性，在这里分别取步长为8时菱形的顶点和斜边中点分别做具体的研究，同时这两个点的选择也决定了下一步搜索中心的位置。
图2是当第一步菱形搜索步长为8结果为其顶点时在搜索过程中第一步菱形搜索区与第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
其中，阴影部分为第一步菱形搜索结果为其顶点且步长为8时，第二步光栅搜索与第一步菱形搜索所产生的数据重用区。
图3是当第一步菱形搜索步长为8结果为其斜边中点时在搜索过程中第一步菱形搜索区与第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
其中，阴影部分为第一步菱形搜索结果为其斜边中点且步长为8时，第二步光栅搜索与第一步菱形搜索所产生的数据重用区。
确定了重用区范围以后，将重用区数据存储到SM上已备下一步的使用。
(c)以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以上述搜索结果为中心开始进行步长为8(假设iRaster为8)搜索范围为16*16的光栅搜索(在搜索过程中对于重用区数据我们可以去访问SM)，获取本步的最佳匹配块作为下一步的搜索起始点。
其中，此处的最佳匹配块的位置仍然具有不确定性，在这里分别取步长为8搜索范围为16*16的正方形的顶点、中心点和一边中点做具体的研究，同时这三个点的选择也决定了下一步的搜索中心的位置；
图4是当第一步菱形搜索步长为8结果为其顶点时在搜索过程中第二步光栅搜索结果分别为其顶点、中心点和一边中点(算法起始点除外)时第三部菱形搜索区与第一步菱形搜索区及其第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
其中，①第二步光栅搜索结果为其中心时所产生的数据重用区；
②第二步光栅搜索结果为其一边中点(算法起始点除外)时所产生的数据重用区；
③第二步光栅搜索结果为其顶点时所产生的数据重用区。
图5是当第一步菱形搜索步长为8结果为其斜边中点时在搜索过程中第二步光栅搜索结果分别为其顶点、中心点和一边中点时第三部菱形搜索区与第一步菱形搜索区及其第二步光栅搜索区所产生的数据重用区示意图；
其中，①第二步光栅搜索结果为其中心时所产生的数据重用区；
②第二步光栅搜索结果为其一边中点时所产生的数据重用区；
③第二步光栅搜索结果为其顶点时所产生的数据重用区。
确定了重用区范围以后，我们将重用区数据存储到SM上已备下一步的使用。
(d)以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以上述搜索结果为中心，进行以2的整数次幂，搜索半径为8的菱形搜索(在搜索过程中对于重用区数据可以去访问SM)，获取本步的最佳匹配块作为下一步的搜索起始点。
(e)以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果。
需要说明的是，菱形搜索的搜索半径除了8之外，还可采用2的整数次幂的其他预设值。而且光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
在具体实施中，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
本发明的该方法能够有效地在片上存储器中重用重叠的数据区，从而减少算法访问片外存储器的次数，减少算法的运行时间，进而提高算法的性能。
本实例以TZSearch算法搜索的第一步的菱形搜索与第二步的光栅搜索为例：
第一步的菱形搜索过程是确定的，但搜索结果不确定，这就造成了第二步与第一步的数据重用区的不确定，但无论搜索方向如何，第一步与第二步都必定会产生数据重叠区，即：数据重用区。
将该重用区数据提前存储到SM上，等到第二步的光栅搜索时，可以直接在SM中读取到重用区的数据，而对于非重用区的数据就要到Global Memory中读取。这样可以一定程度地加快数据访问的速度，提高算法的性能。
本实施例对TZSearch算法的数据重用方法作了说明性的描述，除此以外，本发明的数据重用方法对其他的快速搜索算法也可以起到优化作用，例如DS，三步法，四步法等，这对本领域的技术人员也是很显然的。
本发明的一种视频图像数据重用处理器，被配置为执行以下步骤：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
其中，所述视频图像数据重用处理器还被配置为下列步骤：
确定搜索视频图像的初始起始点；
以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
其中，搜索视频图像的初始起始点为：相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
或搜索视频图像的初始起始点为相邻宏块矢量的中值；
或搜索视频图像的初始起始点为原点位置矢量。
以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果；
其中，菱形搜索的搜索半径为预设值且为2的整数次幂；光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
具体地，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
本发明的一种视频图像数据重用处理器，其在搜索过程中，可以直接在共享存储器中读取到视频图像重叠区域内的数据，同时访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域，一定程度地加快数据访问的速度，提高搜索的效率。
本发明还提供了一种视频图像数据重用系统。
本发明的一种视频图像数据重用系统，包括共享存储器、全局存储器和上述所述的视频图像数据重用处理器。
本发明在搜索过程中，直接在共享存储器中读取到视频图像重叠区域内的数据，同时访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域，一定程度地加快了数据访问的速度，提高了搜索的效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种视频图像数据重用方法，其特征在于，包括：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
2.如权利要求1所述的一种视频图像数据重用方法，其特征在于，该方法还包括：
确定搜索视频图像的初始起始点；
以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果；
其中，菱形搜索的搜索半径为预设值且为2的整数次幂；光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
3.如权利要求2所述的一种视频图像数据重用方法，其特征在于，搜索视频图像的初始起始点为：相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
或搜索视频图像的初始起始点为相邻宏块矢量的中值；
或搜索视频图像的初始起始点为原点位置矢量。
4.如权利要求2所述的一种视频图像数据重用方法，其特征在于，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
5.一种视频图像数据重用处理器，其特征在于，被配置为执行以下步骤：
在每次搜索视频图像前，根据上一次搜索结果来计算下一步搜索与当前搜索的视频图像重叠区域；
将所述视频图像重叠区域内的数据提前存储至共享存储器中以备下一步搜索时直接读取，以加快数据访问速度；每次搜索时，还访问全局存储器来搜索视频图像非重叠区域。
6.如权利要求5所述的一种视频图像数据重用处理器，其特征在于，所述视频图像数据重用处理器还被配置为下列步骤：
确定搜索视频图像的初始起始点；
以初始起始点为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行光栅搜索；
以光栅搜索结果为中心，进行菱形搜索；
以菱形搜索结果为中心，进行两点搜索补充未被搜索的遗漏点，此时得到的最优匹配块即为最终结果；
其中，菱形搜索的搜索半径为预设值且为2的整数次幂；光栅搜索的步长与菱形搜索的搜索半径相等，搜索范围为2倍的光栅搜索步长*2倍的光栅搜索步长。
7.如权利要求6所述的一种视频图像数据重用处理器，其特征在于，搜索视频图像的初始起始点为：相邻宏块矢量的左值、上值或右上值；
或搜索视频图像的初始起始点为相邻宏块矢量的中值；
或搜索视频图像的初始起始点为原点位置矢量。
8.如权利要求6所述的一种视频图像数据重用处理器，其特征在于，在每次搜索前，计算下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的具体过程为：
依据上一次搜索结果判定下一步搜索与当前搜索的数据重叠区域的形状范围，进而计算出重叠区域的边界。
9.一种视频图像数据重用系统，其特征在于，包括共享存储器、全局存储器和如权利要求5-8中任一项所述的视频图像数据重用处理器。
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