CN1203655C - 运动图像专家组解码块中的水平/垂直扫描频率转换装置 - Google Patents

运动图像专家组解码块中的水平/垂直扫描频率转换装置 Download PDF

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Abstract

一种MPEG解码块中的水平/垂直扫描频率改变装置，用于在解码过程中在不增加附加的运动检测存储器的情况下，改变用MPEG算法解码的信号的扫描方式。根据本发明，在MPEG解码块的恢复信号的过程中通过使视频信号的水平/垂直扫描频率加倍，而不增加运动检测存储器和信号内插存储器，可以减少设备开支，并防止了由于存储器容量有限在根据运动信息的信号内插过程中出现的图像质量的部分恶化。

Description

运动图像专家组解码块中 的水平/垂直扫描频率转换装置
技术领域
本发明涉及一种视频信号处理装置，尤其涉及一种运动图像专家组(MPEG)解码块中的水平/垂直扫描频率转换装置。
背景技术
通常，根据产生代码的概率，利用可变长度代码，在帧之间由空间相关和时间相关来执行MPEG标准的视频信号的压缩。
在由MPEG标准压缩视频信号的信号处理操作中，利用帧存储器或场存储器同时进行基于过去再现的图像的前向预测和基于未来再现的图像的后向预测。
在MPEG标准中定义了三种图像类型，即I画面、P画面和B画面，以便实现上述的双向预测。
I画面、P画面和B画面分别指帧内编码图像(一帧内的编码图像)、预测编码图像(帧间的前向预测编码图像)和双向预测编码图像(双向预测的编码图像)。
下面将参照图1描述根据传统技术的恢复压缩图像信号的处理过程。
如图3所示，数据以一I画面、一P画面、一B画面和另一B画面的顺序输入到解码块1000a。数据以I画面(屏#1)、B画面(屏#2)、B画面(屏#3)和P画面(屏#4)的顺序从解码块1000a中输出。
相应地，逆离散余弦变换(DCT)的I画面由解码块1000a的逆DCT单元102存储在第一预测存储器105中。当关于P画面的前向差错数据从逆DCT单元102输出时，存储在第一预测存储器105中的I画面的数据通过第三切换单元109输出。输出数据通过第二切换单元108加到混合器103，并在前向差错数据加到其上后，存储在第二预测存储器106中。
当关于B画面的双向差错数据输出时，存储在第一和第二预测存储器105和106中的I画面和P画面的数据由平均运算器107计算并加到混合器103。双向差错数据加到计算出的数据。然后，通过第三切换单元109输出相加结果。
I画面由自身数据产生，不用在前的或在后的屏幕信息。P画面通过将两屏前的I画面或P画面的平均差分信息加到前向差错数据而产生。通过在I(或P)画面和P画面之间插入两屏而获得的B画面，是通过将一屏之前的I(或P)画面的差分信息、一屏之后的P画面的运算值和双向差错数据相加而产生的。
通常，通过在数字视频信号的处理中将水平或垂直频率加倍，可改善屏幕的闪烁和分辨率。
为使屏幕的水平或垂直扫描频率加倍，应当由三维处理块1000b逐行扫描转换或双扫描转换所恢复的信号。由于对此还必需提供信号内插存储器111和运动检测存储器112，设备开支增加。由于存储器容量的限制，在根据运动信息的信号内插过程中，会发生画面质量的部分恶化。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种MPEG解码块中的水平/垂直扫描频率转换装置，当由MPEG解码器恢复信号时，同时利用运动信息转换用于使视频信号的水平/垂直扫描频率加倍的扫描方式，而不用增加信号内插存储器和运动检测存储器。
因此，为实现上述目的，提供了一种在恢复MPEG信号的解码块中用于改变水平/垂直扫描频率的装置，所述解码块包括：预测存储器，用于存储I画面数据和前向预测恢复的P画面数据；平均运算单元，用于产生用于双向预测的计算出的平均数据，所述装置包括：B画面存储器，用于存储B画面数据，该B画面数据由解码块双向预测恢复；预测存储器切换部分，用于根据画面类型将解码块的数据输出切换到预测存储器或B画面存储器；和输出数据切换部分，相对于通常的扫描方式，利用解码块的运动矢量，增加存储在预测存储器和B画面存储器中的数据的水平或垂直频率，并输出该数据。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，附图中：
图1示出根据传统技术的水平/垂直扫描频率转换装置的结构；
图2示出根据本发明的MPEG解码块的水平/垂直扫描频率转换装置的结构；
图3示出在MPEG中帧被编码和显示的顺序；
图4A示出在通常的扫描方式中画面数据输出的顺序；
图4B示出在双扫描转换模式中画面数据输出的顺序。
具体实施方式
使用双扫描转换方式和逐行扫描转换方式，使视频信号的水平或垂直扫描频率加倍。
双扫描转换方式是一种视频信号格式转换方法，通过用运动矢量在视频信号的场信号之间插入内插的场信号，改善闪烁现象，从而在NTSC(或PAL)视频传输制式的情况下使图像的垂直扫描频率从60(50)Hz倍频到120(100)Hz。
逐行扫描转换方式是一种格式转换方法，在不转换视频信号的垂直频率的情况下，通过用运动矢量在场信号的各水平行之间插入内插的行信号，改善画面质量，从而使图像的水平扫描频率加倍。
如图2所示，根据本发明的MPEG解码块中的水平/垂直扫描频率转换装置包括逆量化器201、逆DCT单元202、混合器203、第一切换单元204、第一预测存储器205、第二预测存储器206、B画面存储器207、平均运算单元208、第二切换单元209和第三切换单元210。
下面将描述根据本发明的水平/垂直扫描频率转换装置中的双扫描转换操作，该操作产生的垂直频率是通常的扫描方式所产生的垂直频率的2倍。
由逆量化器201和逆DCT单元202将传输的视频信号逆量化和逆离散余弦变换为依照MPEG标准的预测编码方法的各画面并输出。
依照MPEG标准的预测编码方法的这些画面中有I画面、P画面和B画面。I画面是仅由相应屏幕的信息编码的帧。P画面是通过根据先前屏幕的I画面或P画面执行预测而产生的帧。B画面是通过根据过去的和未来的屏幕的画面执行双向预测而产生的帧。
如图3所示，编码的数据以I画面、P画面和两个B画面的顺序输入解码块。
然后，I1画面数据被逆量化和逆离散余弦变换，并输入到混合器203，I1画面数据是画面组(GOP)的第一图像数据。由于I1画面仅包含相应屏幕的信息，不需要被预测，第二切换单元209的第二切换控制信号让接地端的信号(“0”输入)输出到混合器203。因此，第一切换控制信号控制第一切换单元204，以使I1画面数据在不用预测的情况下存储到预测存储器205中。
用于P1画面的前向预测的差错数据被逆离散余弦变换并输入到混合器203，P1画面是GOP的第二图像数据。此时，存储在第一预测存储器205中的I1画面数据通过第二切换单元209输出到混合器203。相应地，由混合器203将P1画面的差错数据加到I1画面的数据，从而获得前向预测的画面P1。前向预测画面P1的数据由第一切换单元切换到第二预测存储器206并存储在其中。
然后，用于双向预测B1画面的差错数据被逆离散余弦变换并输入到混合器203，B1画面是GOP的第三图像数据。此时，存储在第一预测存储器205中的I1画面和存储在第二预测存储器206中的P1画面由平均运算单元208读取并平均计算。平均计算的数据通过第二切换单元209响应于第二切换控制信号输出到混合器203。然后，用于双向预测的差错数据加到双向平均计算的数据。双向预测的B1画面从混合器203输出。
双向预测的B1画面由第一切换单元204接收并存储在B画面存储器207中。
当B1画面数据存储在B画面存储器207中时，第一和第二预测存储器205和206及B画面存储器207的读时钟信号的频率设定为通常的扫描方式的2倍。存储在第一预测存储器205中的I1画面数据连续重复地读出。同样的I1画面通过第三切换单元210输出两次，如图4B所示。
然后，用于双向预测B2画面的差错数据被逆离散余弦变换并输入到混合器203，B2画面是GOP的第四图像数据。此时，存储在第一预测存储器205中的I1画面和存储在第二预测存储器206中的P1画面由平均运算单元208读取并平均计算。平均计算的数据通过第二切换单元209响应于第二切换控制信号输出到混合器203。然后，用于双向预测B2画面的差错数据加到双向平均计算的数据。双向预测的画面B2从混合器203输出。
如果当双向预测的B2画面被运算时从发送端发送的运动信息不超过某个阈值，则利用一时钟信号以两倍快的速度读取存储在B画面存储器207中的B1画面数据，并将其重复输出两次，该时钟信号的频率为用于通常的扫描方式时钟频率的两倍。如果运动信息不小于所述阈值，则存储在第一和第二预测存储器205和206中的数据的运算输出被从平均运算单元208快速读出并输出。
与图4A所示的通常的扫描方式中输出一次相比，如图4B所示，通过重复上述操作，各个画面的每个都输出两次。因此，加倍了场频率。这样，就可以获得双扫描转换的输出信号，其中视频信号的垂直扫描频率被加倍。
下面将描述用于根据本发明的水平/垂直扫描频率转换装置的逐行扫描转换操作，用于产生两倍于通常的扫描方式的频率的水平扫描频率。
图2结构的操作基本上相同。在没有象双扫描转换中的场或帧存储器的情况下，可以利用行存储器来减小B画面存储器207的容量。
由前向或双向预测产生的存储在第一第二预测存储器205和206中的I画面或P画面数据以与双扫描转换中相同的方式运算。
存储在第一和第二预测存储器205和206或B画面存储器207中要输出到第三切换单元210的数据被读出，以便在水平行之间插入新的行信号。为此，当运动矢量的幅度不大于一参考值时，执行一切换控制，以重复地读出先前的水平行数据，并将读出的数据输出到各个画面的水平行之间，而当运动矢量的幅度大于所述参考值时，读出存储在第一和第二预测存储器205和206中的先前画面的相应行数据，并将读出的数据插入到各个画面的水平行之间。
与上述方法不同，通过执行一切换控制，以便当运动矢量的值不大于一参考值时，重复先前的水平行数据，而当运动矢量的值大于所述参考值时，插入由平均运算单元208计算的、存储在第一和第二预测存储器205和206中的画面的各个相应行的平均计算数据，可以使水平扫描频率加倍。
在不增加信号内插存储器和运动检测存储器的情况下，可以由上述操作在MPEG解码块中简单地执行信号的恢复和用于转换水平/垂直扫描频率的三维格式转换，例如，双扫描转换或逐行扫描转换。
如上所述，根据本发明，在MPEG解码块的恢复信号的过程中通过使视频信号的水平/垂直扫描频率加倍，而不增加运动检测存储器和信号内插存储器，可以减少设备开支，并防止了由于存储器容量有限在根据运动信息的信号内插过程中发生的图像质量的部分恶化。

Claims (5)

1.一种在恢复MPEG信号的解码块中改变水平/垂直扫描频率的装置，所述解码块包括：多个预测存储器，用于分别存储I画面数据和前向预测恢复的P画面数据；平均运算单元，用于产生用于双向预测的计算出的平均数据，所述装置包括：
B画面存储器，用于存储B画面数据，该B画面数据由所述解码块双向预测恢复；
多个切换部分，用于根据画面类型将所述解码块的数据输出切换到所述预测存储器或所述B画面存储器；和
输出数据切换部分，相对于通常的扫描方式，利用所述解码块的运动矢量，增加存储在所述预测存储器和所述B画面存储器中的数据的扫描频率，并输出该数据。
2.如权利要求1所述的装置，其中，通过将所述预测存储器和所述B画面存储器的读时钟频率设定为通常扫描方式中读时钟频率的两倍，减小数据读取周期。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出数据切换部分执行切换控制，以便通过按画面单元重复输出数据两次，使视频信号的垂直扫描频率与通常的扫描方式相比加倍。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出数据切换部分执行切换控制，以便当运动矢量的值不大于一参考值时，在画面的水平行之间重复先前画面的相应水平行的数据，而当所述运动矢量的值大于所述参考值时，在所述画面的水平行之间插入存储在所述预测存储器中的先前画面的相应行数据。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出数据切换部分执行切换控制，以便当运动矢量的值不大于一参考值时，在画面的水平行之间重复先前画面的相应水平行的数据，而当所述运动矢量的值大于所述参考值时，在所述画面的水平行之间插入平均运算部分计算出的行平均数据。
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