CN1309257C - 视讯解码的存储器存取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种视讯解码的存储器存取方法，以宏块为单元将参考影像储存至存储器，该存储器的每个储存页的列数至少为该宏块的列数；该储存方法包含下列步骤：将参考影像以资料位置区分成复数个宏块；以及将宏块依序储存至存储器的各储存页，且将每个储存页所包含的各宏块的上图场资料与下图场资料分开储存于每个储存页的上下区域；以及读取步骤，以储存页为顺序，读取预测区块的资料。

Description

视讯解码的存储器存取方法
技术领域
本发明涉及一种存储器存取方法，特别是关于以宏块(macro block)为单元储存于存储器，且将每个储存页所包含的各宏块的上图场资料与下图场资料分开储存于每个储存页的上下区域的“视讯解码的存储器存取方法”。
背景技术
目前许多的视讯解码系统(video decoding system)，例如MPEG-I、MPEG-II、或H.261等，均使用帧间压缩(Inter-frame compression)技术来减低画面之间的资料累赘(redundancies)，以得到较佳的资料压缩。该等系统包含压缩技术的共同核心，例如预测(predictive)及/或内插(inter-polative)帧间压缩。其中，位移补偿(motion compensation)为一种区块架构，且每个预测区块(predicted block)具有相关联的位移向量(motion vector)。位移补偿的动作包含根据位移向量从参考画面(reference Picture)读取预测区块的资料。而一般参考画面的资料相当大，故大都使用动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)来储存。但是，DRAM本身有换页延迟(cross-page penalty)的问题。亦即，DRAM是由行地址(column address)以及列地址(row address)来定址，且不同的列地址定址到不同的储存页。而且，在读取不同储存页的资料时，必须先对欲读取的储存页进行活化(active)及预充电(pre-charge)的动作。因此，读取不同储存页的资料会造成视讯解码器读取参考画面的速度变慢。为了减少换页延迟的问题，在存取资料时应尽量将每个预测区块配置于较少的储存页，以及以页方式(page-by-page)进行资料存取。
在一般交错式视讯解码系统中，参考画面具有两个图场(field)资料，即上图场(top field)资料与下图场(bottom field)资料。上图场资料包含帧画面中奇数行的资料列而下图场资料包含帧画面中偶数行的资料列，上图场与下图场资料可以为时间轴上同一点或不同点取样的影像资料。因此，交错式视讯编码系统会对同一点或不同点时间轴取样的图场资料编码分别采用帧预测(frame prediction)或图场预测(field prediction)不同的预测模式，以达到最好的压缩比与重建影像效果，所以，当视讯解码系统要做帧预测的位移补偿时，就必须以帧存取方式(frame access)同时读取上图场与下图场资料以进行位移补偿。当视讯解码系统要做图场预测的位移补偿时，就必须以图场存取方式(field access)读取上图场或下图场资料以进行位移补偿的动作。
图1显示习知将参考画面以帧结构方式(frame organized)储存于存储器的配置图。帧结构储存方式将帧参考画面(reference frame Plcture)，储存在一个帧缓冲器(frame buffer)中，且一个上图场和一个下图场参考画面会被交错组合成一个帧之后，再储存于帧缓冲器中。该图所示为一个储存页的大小，且该储存页10储存四个宏块11、12、13、14的资料。每个宏块均包含交错配置的上图场资料与下图场资料，其中斜线区域为下图场资料。对于交错式(interlaced)视讯编解码系统，例如MPEG-2，图场画面(fieldPicture)和图场预测(field prediction)被大量的使用在编解码的过程，以获得最佳压缩比和影像效果，如果在此系统使用帧结构方式储存参考画面时，不论是对于大量的图场预测位移补偿运算或储存解码图场画面时，都必须计算图场储存于帧缓冲器中的正确位置，因此，造成了额外的系统成本。图2显示习知将参考画面以图场结构方式(field organized)储存于存储器的配置图。图场结构储存方式将上图场和下图场参考画面(reference fieldPlcture)分别储存于个别图场缓冲器(field buffer)中，而一个帧参考画面会被分成上图场(top field)和下图场(bottom field)之后，再分别储存于个别的图场缓冲器中。(A)为储存上图场资料的储存页，(B)为储存下图场资料的储存页。该图所示为每个储存页20、20’分别储存八个宏块的上图场资料21-28与下图场资料21’-28’，亦即宏块的上图场资料与下图场资料是分别储存于不同的储存页。以图场结构方式储存参考画面时，因为上下图场分别被储存在个别的图场缓冲器，因此，对于交错式(interlaced)视讯编解码系统而言，图场预测位移补偿运算或计算解码图场画面储存位置，都会比帧结构储存方式简单。但是，当需要进行帧预测(frame prediction)位移补偿运算时，因为宏块的上图场资料与下图场资料是分别储存于不同的储存页，因此，至少需要从两个储存页读取，增加跨页机会。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的是提出视讯解码的存储器存取方法，以宏块为单位储存于存储器，并将同一储存页所包含各宏块的上图场资料与下图场资料分开储存于该储存页的上下区域，籍以同时减少图场预测或储存解码图场画面所需的运算和帧预测读取预测区块的跨页次数。
为达成上述目的，本发明视讯解码的存储器存取方法，其特征是：以宏块为单元将参考影像储存至存储器，该存储器的每个储存页的列数至少为该宏块的列数，该存取方法包含下列步骤：将前述参考影像以资料位置区分成复数个宏块；储存步骤，将前述宏块依序储存至前述存储器的各储存页，且将存储器的每个储存页都分成上下区域，把上图场资料存储于储存页的上区域中、把下图场资料存储于储存页的下区域中；以及读取步骤，以储存页为顺序，读取预测区块的资料。
本发明视讯解码的存储器存取方法，其特征是：以宏块为单元将参考影像储存至存储器，该存储器的每个储存页的列数至少为该宏块的列数，该存取方法包含下列步骤：将前述参考影像以资料位置区分成复数个宏块；将前述宏块依序储存至前述存储器的各储存页，且将存储器的每个储存页都分成上下区域，把上图场资料存储于储存页的上区域中、把下图场资料存储于储存页的下区域中宏块。
附图说明
图1显示习知将参考画面以帧结构方式储存于存储器位置的配置图；
图2显示习知将参考画面以图场结构方式储存于存储器位置的另一配置图；
图3显示本发明将参考画面以宏块为单元区分的示意图；
图4显示本发明将参考画面以宏块为单元储存于存储器的配置图；
图5显示本发明将参考画面以宏块为单元储存于存储器时的存储器地址对应图。
具体实施方式
以下请参考图式说明本发明视讯解码的存储器存取方法。以下虽以MPEG格式说明本发明的存储器存取方法，但并不限定使用于MPEG格式。
首先，说明本发明将参考画面储存至存储器的方法。参考图3，假设参考画面的大小为720*640(单位为像素)，且每个宏块的大小根据MPEG定义为16*16(单位为像素)，故每个宏块的资料量为256位元，并包含上图场资料与下图场资料。因此，该参考画面被区分成45*40个宏块MB0-MB1799。接着，根据所使用的存储器储存页的大小计算出每个储存页所能储存的宏块的数量。假设每个储存页为1024个位元(byte)，则由于每个宏块的资料量为256位元，所以每个1,024位元的储存页能够储存4个宏块的资料。
在获得每个储存页所能储存的宏块的数量后，接着根据MPEG规格计算出每个储存页储存的宏块的最小行宽及列高。每个储存页所储存的宏块的行宽及列高最好大于或等于该最小行宽及列高，以达到较佳效果。决定最小行宽及列高的方法可由下式决定：
最小行宽Rmin与最小列高Cmin分别定义为：
Figure C0114423400082
其中，
Figure C0114423400083
为无条件进位为整数的函式，PBRmax为帧结构方式储存时预测区块的最大宽度，PBCmax为帧结构方式储存时预测区块的最大列高，Rmacro为宏块宽度，而Cmacro为宏块高度。
首先，对于MPEG规格而言，由于在帧结构方式储存时，所读取的预测区块的最大宽度与最大高度分别为17与17，且每个宏块的高度与宽度为16，所以根据式(1)与式(2)计算的结果显示，Rmin与Cmin皆为1。换言之，每个储存页最好能够储存1*1个以上的宏块。其次，对于MPEG 2规格而言，由于在帧结构方式储存时，所读取的预测区块的最大宽度与最大高度分别为17与33，且每个宏块的高度与宽度为16，所以根据式(1)与式(2)计算的结果显示，Rmin与Cmin分别为1与2。换言之，储存页最好能储存1*2个以上的宏块。另外，若储存页所能储存的宏块数超过最小行宽Rmin与最小列高Cmin所定义的最少宏块数，则超过的宏块的配置并不受限制，但最好以最小行宽Rmin与最小列高Cmin的比例增加。
决定出最小行宽Rmin与最小列高Cmin后，即可根据该最小行宽Rmin与最小列高Cmin将宏块的资料储存至存储器。图4为宏块对应于储存页的示意图。假设每个储存页可储存4个宏块的资料，且最小行宽Rmin与最小列高Cmin为1与2，则可以参考画面实际的2*2的4个宏块为一组，依序储存至每个对应的储存页。而且，在储存资料时应考虑视讯解码系统的资料汇流排宽度。亦即，储存资料时应以该资料汇流排的宽度为储存单位，例如16位元的字组(word)或32
同时，为了同时减少图场预测或储存解码图场画面所需的运算和帧预测读取预测区块的跨页次数，如图4所示，将每个宏块的上图场资料与下图场资料分离，分别储存于各储存页的上下区域。图4所示的斜线区域即为下图场资料的储存区域。
图5所示为在一个储存页中，上图场资料与下图场资料相对于该储存页的存储器地址对应图。该图中，储存页P0的上方区域储存上图场资料，而下方区域(斜线区域)储存下图场资料。由于应用于该系统的资料汇流排为32位元(双字组，Double Words)，所以如该图所示每个储存单位亦设定为双字组(4个Bytes)。亦即，该储存页P0先储存宏块MB0的上图场资料MB0’的8组双字组资料，接着储存宏块MB45的上图场资料MB45’的8组双字组资料，接着储存宏决MB0的下图场资料MB0”的8组双字组资料，再储存宏块MB45的下图场资料MB45”的8组双字组资料。以此方式，依序储存宏块MB0与MB45的其他资料，以及宏块MB1与MB46的资料。
其次，再参考图3。图3的虚线框框为几种预测区块的位置，包括预测区块PB1与PB2，其大小分别为16*33与16*16。以下参考图4说明读取该等预测区块PB1与PB2时，本发明所读取的区域。
首先，当系统以图场存取读取预测区块PB1的上图场资料时，则读取的区域如图4所示包含子区域SB1与SB2。因此，本发明所要读取的储存页包括P0、P1、以及P24，且子区域SB1分布于储存页P0与P1，而子区域SB2则分布于储存页P24。在读取资料时，以储存页为单位依序读取，如此可减少跨页次数，亦即在本实施例中先读取储存页P0的子区域SB1的资料、接着读取储存页P1的子区域SB1的资料、最后再读取储存页P24的子区SB2的资料。当然顺序是可以调整的。和帧结构储存方式相比，因为在计算读取上图场资料存储器地址时，可以完全不考虑储存于同一储存页下图场的资料，因此这时存储器地址的计算有如图场结构储存方式一样简单，所以本发明可以大量简化图场预测或储存解码图场画面所需的运算。由于本发明的实施例中以垂直顺序储存宏块的资料(参考图5)，因此在读取时亦以垂直顺序读取宏块的资料较为方便。再者，由于本实施例是读取上图场的资料，因此连续读取整个图场资料，并将资料储存至一图场缓冲器中。其次，当系统以帧存取读取预测区块PB2的上图场资料与下图场资料时，则读取的区域如图4所示包含子区域SB3、SB4、SB5与SB6。因此，本发明所要读取的储存页有P3、P26、以及P27，且子区域SB3与SB4分布于储存页P3，而子区域SB5与SB6则分布于储存页P26与P27。在读取资料时，以储存页为单位依序读取，如此可减少跨页次数亦即在本实施例中先读取储存页P3的子区域SB3与SB4的资料、接着读取储存页P26的子区域SB5与SB6的资料、最后再读取储存页P27的子区域SB5与SB6的资料。和图场结构储存方式相比，因为在同时读取上图场资料与下图场资料时，因为宏块的上图场资料与下图场资料并非分别储存于不同的储存页，所以可以减少跨页机会，所以本发明可以大量减少帧预测读取预测区块的跨页次数。由于本发明的实施例中以垂直顺序储存宏块的资料(参考图5)，因此在读取时亦以垂直顺序读取宏块的资料较为方便。再者，由于本实施例是以帧存取读取上图场与下图场的资料，因此在读取帧资料时，以交错方式读取上图场与下图场的资料。亦即，在同一个储存页中先读取一次上图场资料后，接着读取一次下图场资料，如此交错读取。所以，读取的资料可依序储存至一帧缓冲器中。若是在同一个储存页中，先读取整个上图场资料后，再读取整个下图场资料时，则必须以间隔方式将资料储存于一帧缓冲器中。
以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。例如，在实施例中虽提出每个储存页所包含的各宏块的上图场资料与下图场资料分开储存于每个储存页的上下区域，但亦可分开储存于每个储存页的左右区域。另外，在说明书中虽提出以垂直方向依序将宏块储存至存储器，但亦可以水平方向将宏块储存至存储器。

Claims (10)

1.一种视讯解码的存储器存取方法，其特征是：以宏块为单元将参考影像储存至存储器，该存储器的每个储存页的列数至少为该宏块的列数，该存取方法包含下列步骤：
将前述参考影像以资料位置区分成复数个宏块；
储存步骤，将前述宏块依序储存至前述存储器的各储存页，且将存储器的每个储存页都分成上下区域，把上图场资料存储于储存页的上区域中、把下图场资料存储于储存页的下区域中；以及
读取步骤，以储存页为顺序，读取预测区块的资料。
2.如权利要求1所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以帧存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，先读取一次上图场资料后，接着读取一次下图场资料，如此交错读取，并将读取的资料依序储存至一帧缓冲器中。
3.如权利要求1所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以帧存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，先读取整个上图场资料后，再读取整个下图场资料，并将读取的资料间隔储存至一帧缓冲器中。
4.如权利要求1所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以图场存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，读取整个图场资料后，将读取的资料储存至一图场缓冲器中。
5.一种视讯解码的存储器存取方法，其特征是：以宏块为单元将参考影像储存至存储器，该存储器的每个储存页的列数至少为该宏块的列数，该存取方法包含下列步骤：
将前述参考影像以资料位置区分成复数个宏块；
将前述宏块依序储存至前述存储器的各储存页，且将存储器的每个储存页都分成上下区域，把上图场资料存储于储存页的上区域中、把下图场资料存储于储存页的下区域中。
6.如权利要求5所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述储存步骤中，一列接着一列以垂直顺序将各宏块的上图场资料与下图场资料依序储存至各储存页。
7.如权利要求6所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：还包含以储存页为顺序，读取预测区块的资料的读取步骤。
8.如权利要求7所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以帧存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，先读取一次上图场资料后，接着读取一次下图场资料，如此交错读取，并将读取的资料依序储存至一帧缓冲器中。
9.如权利要求7所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以帧存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，先读取整个上图场资料后，再读取整个下图场资料，并将读取的资料间隔储存至一帧缓冲器中。
10.如权利要求7所述的视讯解码的存储器存取方法，其特征是：在前述读取步骤中，若以图场存取读取预测区块的资料时，在同一个储存页中，读取整个图场资料后，将读取的资料储存至一图场缓冲器中。
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