CN1414793A

CN1414793A - 具有缩小图像功能的压缩视频解码器及其方法

Info

Publication number: CN1414793A
Application number: CN02147140A
Authority: CN
Inventors: 李承徹
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-04-30
Also published as: JP2003189307A; KR20030033479A; US20030081843A1; EP1307054A2; KR100450939B1; EP1307054A3

Abstract

一种压缩视频解码器及其方法，它解码标准的压缩和编码的视频流，按照显示设备的屏幕尺寸直接输出解码的图像，而不使用按比例缩小图像的特殊的缩小块，通过减少缩小图像的计算复杂性来增加速度，并保持原始图像的质量和减小失真。一种按照DCT和MC的视频压缩方法的用于解码压缩和编码的视频流的压缩视频解码器包括，反离散余弦变换(IDCT)块，用于按照DC系数，从一个已经从压缩和编码的视频流中获得和将被IDCT处理的8×8块DCT图像中以图像缩小比率提取N×N块DCT图像，用N/8乘以相应系数，并执行它的IDCT，还包括一个MC块，用于通过使用IDCT处理的参考图像和当前图像执行MC，并减少运动矢量的大小和在N∶8的比率上的MC的范围。

Description

具有缩小图像功能的压缩视频解码器及其方法

优先权

本申请要求优先权，对于一个申请标题为“用于按比例缩小图像的具有按比例缩小功能的压缩视频解码器及其它的方法”，于2001年10月23日在韩国工业产权局提出申请，并颁布系列号为No.01-65476，在此结合参考它的内容。

发明领域

本发明一般涉及一个视频压缩编码系统，并尤其涉及用于解码一个压缩的和编码的视频流的一种方法，和按比例缩小视频流以减小图像。

背景技术

近年来，一种国际移动通信-2000(IMT-2000)技术已经被积极地推广，并且已经开发了用于显示动画的多媒体功能的移动通信终端。包括动画功能的移动通信终端(简称动画终端)通过使用一个大的多彩液晶显示器(LCD)提供一个视频点播(VOD)，并还能够使用户使用一个照相机执行图像通信。一个标准编码器/解码器(CODEC)被用于在任何类型的动画终端上显示动画图像。示例的CODECS包括一个低比特率的压缩视频CODEC，比如一个运动图像专家组-4(MPEG-4)，H.263和H.26L。

另一方面，视频压缩编码，比如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.261，和H.26L移去暂时冗余度以及空间冗余以压缩图像。首先，现在将解释空间冗余的移去。一个空间域和一个频域具有一个正交特性，并因此执行可逆的变换。根据将来的使用，从而能够转换空间域和频域。与其他的频率变换相比较，一个离散余弦变换(DCT)显示一种高能量压缩特性，容易实现最佳化，并具有许多快速算法。当DCT被完成时，通过使用一个特性移去空间冗余，二维图像能量在DC(直流)系数和它的低频项的邻近的DCT系数上被集中，这就使大值被集中在左端顶部和小值被集中在右端底部。根据DCT之后的量化，大值被减少，且小值被会聚成‘0’，而且通过可变的长度编码(VLC)有望被压缩。

此外，运动位移补偿(MC)被用于移去暂时冗余度。例如，MPEG-4简单模式(profile)使用一个内-视频对象平面(I-VOP)和一个预示-视频对象平面(P-VOP)。I-VOP是通过编码一个完整屏幕而获得的图像，和P-VOP是通过移去暂时冗余度而获得的一个不同的图像，它仅仅显示与先前图像的差别。一个压缩视频解码器的一个MC块解码P-VOP，并把解码的图像加到一个参考图像上以再现屏幕。这里，MC块通过一个运动矢量从先前屏幕中移动，读取一个参考块，和重新构成一个图像。通过在16×16宏块单元中只要移动0.5像素单位的一个矢量幅度来执行MC。这里，在下面的说明中，‘16×16’表示水平×垂直的像素数。

图1是一个方框图，示例了一个普通的动画终端，包括使用DCT和MC的根据视频压缩方法的一个压缩视频解码器100，一个连接到用于按比例缩小图像的压缩视频解码器100的输出端的按比例缩小块114，和一个帧缓存器116。输入到压缩视频解码器100的一个压缩的和编码的视频流是通过在使用DCT和MC的视频压缩方法中的MPEG-4的简单模式压缩的和编码的一个视频流。

压缩视频解码器100包括一个头部剖析器102，一个可变长度解码器104，一个去量化(DQ)块106，一个反离散余弦变换(IDCT)块108，一个MC块110，和一个帧缓存器112。压缩视频解码器100解码压缩的和编码的视频流以获得原始图像。由于压缩编码，通过头部剖析器分析压缩和编码的视频流的各种信息，通过可变长度解码器104解码可变长度，通过DQ块106去量化，并发送到IDCT块108。IDCT块108在去量化的图像上执行IDCT，也就是8×8块DCT图像。这里，IDCT块108输出通过解码I-VOP获得的一个图像作为一个输出图像，把它存储在帧缓存器112中，并将P-VOP发送到MC块110。接着，通过使用I-VOP和P-VOP，MC块110执行MC，解码P-VOP的图像，并输出解码的图像作为一个输出图像。为了根据显示设备的屏幕的尺寸来按比例缩小解码的图像，按比例缩小块114按一个先前设定的比率按比例缩小图像。帧缓存器116存储图像以便按比例缩小块114能按比例缩小图像。按比例缩小的图像被发送到显示设备，并接着在屏幕上显示。

除了一个芯片被用作一个主控制单元外，比如QUALCOMM公司的一个移动系统调制解调器(MSM)，由于一个中央处理单元(CPU)的一个低处理性能，动画终端需要一个附加的芯片和一个大容量的随机存取存储器(RAM)。需要一个不同于普通电缆环境计算机的明显减少计算复杂性的一个最佳的编码以具体实现一个在有限的平台上使用一个高处理性能和大存储空间的多媒体技术。

此外，动画终端制造商逐渐增大LCD尺寸以装备更好的用户界面。同样，LCD改变尺寸。相反，标准的CODEC只支持一个常规的尺寸，比如四分之一公共中间图像格式(QCIF)和一个公共中间图像格式(CIF)。因此，一个用于按比例增加/缩小一个图像的模块必须被设计成一个专用集成电路(ASIC)，用于各种动画终端。

由于动画终端的小型化，一个LCD的尺寸也被减小。作为结果，由一个标准CODEC解码的一个输出图像必须被按比例缩小以便在小尺寸的LCD上被显示。这就是说，图1的按比例缩小块114被用于按比例缩小图像，并因此还需要一个帧缓存器116。

而且，用于按比例缩小一个图像的示例的方法包括用于在一个空间域中处理图像的方法，和用于在一个频域中处理图像的方法。空间方法由于低的计算复杂性可达到一种较高速度，但图像失真。频率方法获得比空间方法清晰的图像，但由于计算的复杂性速度较慢。此外，频率方法因为累积的计算错误可能恶化图像的质量。为了提高由于高计算复杂性的低速度，必须包括一个高性能的CPU和必须增加RAM的容量。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种压缩视频解码器及其方法，它解码一个标准压缩的和编码的视频流，并按照显示设备的屏幕尺寸直接输出解码的图像，而不用使用用于按比例缩小图像的特定的按比例缩小块。

本发明的另一个目的是提供一种压缩视频解码器及其方法，它通过减少用于按比例缩小图像的计算的复杂性来增加解码速度，保持原始图像的质量和最小化失真。

为实现上述目的，提供一种根据视频压缩方法，采用离散余弦变换(DCT)和运动位移补偿(MC)的用于解码压缩的和编码的视频流的压缩视频解码器，包括一个反离散余弦变换(IDCT)块，用于以图像缩小比率按照8×8块DCT图像中的DC系数提取一个N×N块DCT图像，它是已经从压缩的和编码的视频流中获得，并将被IDCT-处理的，分别用N/8乘以相应的系数，并执行它的IDCT，还包括一个MC块，用于通过使用IDCT处理的参考图像和当前图像执行MC，并减少运动矢量的幅度和减少在N∶8的比率上的MC的范围。简述说明

通过结合参考附图所进行的下面的详细描述，本发明的上述和其他的目的，特点和优点将边的更加显而易见。

图1是一个方框图，示例了用于一个常规动画移动通信终端的压缩视频解码器和一个按比例缩小块；

图2是一个方框图，示例了按照本发明的一个优选实施例的一个压缩视频解码器；

图3是一个流程图，示例了按照本发明的优选实施例的一个IDCT块的处理过程；

图4是一个示意图，示例了按照本发明的优选实施例的IDCT块对一个图像按比例缩小的处理过程；

图5是一个流程图，示例了按照本发明的优选实施例的一个MC块的处理过程；

图6是一个示意图，示例了按照本发明优选实施例的MC块的图像按比例缩小的处理过程；

图7和8示例了本发明和常规技术中的按比例缩小的图像的质量的比较模拟结果。

具体实施方式

下面，将结合参考附图描述本发明的一个优选实施例。在以下描述中，熟知的功能和构造不会被详细描述，因为它们是不必要的细节而会使本发明含糊不清。

图2是一个方框图，示例了按照本发明的一个优选实施例的一个压缩视频解码器。与图1相同，示例了解码一个MPEG-4简单模式的压缩和编码的视频流。这里，头部剖析器102，一个可变长度解码器104和一个DQ块106与在图1的压缩视频解码器中的操作方式相同，并因此提供相同的参考数字。另一方面，本发明的压缩视频解码器使用一个N×N的IDCT块200而代替用于图1的压缩视频解码器的IDCT块108，和还使用了一个N×N的MC块202而代替了MC块110。此外，一个帧缓存器204具有N/8的尺寸，这不同于图1的帧缓存器112。这里，‘N’等于或小于7以按比例缩小8×8块的DCT图像，而“N×N”是根据8×8块的DCT图像的缩小比率来确定的。例如，当减小的屏幕尺寸假定为‘132×108’，则‘N×N’被确定为‘6×6’。

参考图3，示例了N×N IDCT块200的一个处理流程图(300-310)，N×N IDCT块200划分已经从压缩和编码的视频流中获得的和将被IDCT处理的DCT图像，也就是在步骤300中，通过DQ块106以8×8块单位去量化一个整个屏幕。此后，按照从8×8块DCT图像中的DC系数，N×N IDCT块200以图像缩小比率来提取N×N块DCT图像，并在步骤302用N/8乘以相应系数。在步骤304，N×N IDCT块200执行N×N IDCT。从8×8块DCT图像中提取N×N块DCT图像，这样分辨率被N/8的比率减少。然而，重组的图像也通过N×N按比例缩小，以保持图像质量。由于除了N×N块DCT图像之外的8×8块DCT图像的剩余部分被移去，N×N块DCT图像的各个系数被乘以N/8以便整个DCT系数值能以N/8的比率减少。

例如，当图4a(a)的原始屏幕被按比例缩小到图4a(b)的屏幕时，如果缩小比例是75％，则N×N变成6×6。此外，当假设图4a(a)的矩形部分，也就是图4b(a)的图像是一个8×8块DCT图像，如图4b(b)所示，则图4b(b)的矩形部分，也就是如图4b(c)所示的6×6块DCT图像仅在步骤302中被提取。当各自的系数乘以N/8以减少在N∶8比率上的图4b(c)的6×6块DCT图像的整个系数值，图4b(d)显示了合成的图像。图4b(d)的6×6块DCT图像变为一个按比例缩小的图像，如图4b(e)所示。

添加步骤304的N×N IDCT处理的块以便在步骤306重组整个屏幕到N×N块。当一个整个屏幕的8×8块DCT图像在步骤308全部被处理，程序前进到步骤310。当图像的处理没有被完成时，程序前进到步骤302，和在随后的8×8块DCT图像上重复执行N×N IDCT。无论何时在步骤306完成了一个N×N IDCT，该块被添加到整个屏幕，代替在整个8×8块上执行N×N IDCT和重组整个屏幕到N×N块。作为结果，不需要特别的存储N×N IDCT处理的块或在一个时间上重组整个屏幕到N×N块。尽管标准的压缩编码建议在8的尺寸上填充边缘，整个屏幕的IDCT处理的图像被按比例缩小到尺寸N并接着被填充。这样，完成了一个屏幕的IDCT处理。

如上所述，当从8×8块DCT图像中提取N×N块DCT图像时，分辨率以N/8的比例被减少。然而，重组的图像也被按比例缩小到N×N，从而保持了图像的质量。而且，用于IDCT的DCT系数的数被按照缩小比率的平方降低，从而明显的减少了计算的复杂性。例如，当一个8×8块图像被重组为一个6×6块图像时，IDCT功能的频率是等同的，但输入系数的数从64被减小到36。通常，IDCT的计算复杂性是‘O(n³)’，而使用快速算法的自适应性的IDCT的计算复杂性是‘O(n²)’，则实际的计算复杂性按照比例缩小为缩小比例的5次方或4次方。

作为参考，通过下列公式1可以表示本发明的N×N IDCT：公式1

f (x, y) = \frac{2}{N} Σ_{u = 0}^{N - 1} Σ_{v = 0}^{N - 1} C (u) C (v) F (u, v) \cos \frac{(2 x + 1) uπ}{2 N} \cos \frac{(2 y + 1) vπ}{2 N}

在通过N×N IDCT块200的IDCT处理的图像的情况下，通过解码I-VOP获得的图像被输出成作为图1的压缩视频解码器中的一个输出图像，并存储在帧缓存器204中，并且将P-VOP发送到N×N MC块202。然后，通过使用I-VOP和P-VOP，MC块202执行MC，解码P-VOP的图像和把它输出成一个输出图像。这里，MC块202减少运动矢量和在N∶8的比率上的MC的范围的大小。也就是说，运动矢量的大小必须以图像的缩小比率来减少以标出一个准确位置，且MC的范围必须以缩小比率被减少以仅仅补偿有效范围。例如，图6(c)显示在8×8块IDCT中由MC获得的一个图像，是参考图像的I-VOP将是通过N×NMC块202由MC处理的且是当前图像的P-VOP必须是被按比例缩小的图像，如图6(a)和图6(b)所示。

如图5所示，示例了N×N MC块202的一个处理过程(400-410)，N×N MC块200提取一个宏块，它将是在步骤400从IDCT块200中被MC处理的。如图6所示，在步骤402中宏块的运动矢量MV的幅度在N∶8的比率上被减少，且在步骤404中，MC的范围在N∶8的一个比率上被减少。通过相应的运动矢量MV指示一个参考屏幕，也就是存储在帧缓存器204中的I-VOP区域的一个值被添加到当前屏幕中，并在步骤406中进行MC处理。此后，当在步骤408所有的宏块处理被完成时，程序前进到步骤410，和当它们没有被完成时，程序前进到步骤400以重复执行在以下一个宏块上的MC。已经被MC处理的整个屏幕图像以尺寸N被按比例缩小并在步骤410在N×N IDCT块200中被填充。因此，完成用于一个整个屏幕的MC。

图7和8示例了用于比较在本发明和常规技术中的按比例缩小图像的一个模拟结果。通过使用Paintshop Pro5获得的来自两个原始图像的按比例缩小的图像被当作参考图像，并且按照本发明和其他的三个方法获得的按比例缩小的图像在图像的质量和处理速度上进行了比较。在图7和8中，‘样本1’和‘样本2’表示样本图像，‘方法1’表示按照本发明的通过在一个DCT域中的处理获得的按比例缩小图像的质量和处理速度，‘方法2’表示通过一个空间域方法及向下取样获得的按比例缩小图像的质量和处理速度，‘方法3’表示通过空间域方法及向下取样和内插法获得的按比例缩小图像的质量和处理速度，和‘方法4’表示通过空间域方法及DDA获得的按比例缩小图像的质量和处理速度。按照峰值信噪比(PSNR)值比较图像的质量，和按照耗时比较处理速度。还是参考图7和8，‘PSNR’表示以DB单位的一个PSNR值。PSNR值较高，则图像的质量较好。此外，‘时间’表示以秒为单位的处理时间。由于模拟环境是MS-Windows 98，测量了50次的时间消耗。

将从两个原始图像中获得的按比例缩小图像的PSNR和处理时间显示在表1和2中：

表1

	本发明	方法2	方法3	方法4
	本发明	方法2	方法3	方法4	样本1	37.787	34.068	27.974	12.28
样本2	35.493	32.29	26.335	13.27	样本1	37.787	34.068	27.974	12.28
样本2	35.493	32.29	26.335	13.27	平均	36.64	33.179	27.1545	13.275

表2

	本发明	方法2	方法3	方法4
	本发明	方法2	方法3	方法4	样本1	3.05	4.48	4.76	5.66
样本2	3.52	4.48	4.9	5.68	样本1	3.05	4.48	4.76	5.66
样本2	3.52	4.48	4.9	5.68	平均	3.285	4.48	4.83	5.67

如表1和2所示，本发明的按比例缩小的图像比其他的方法具有较高的质量和处理速度。

因此，按照DC系数，IDCT处理和MC处理，以图像缩小比率从8×8块DCT图像中提取N×N块DCT图像。作为结果，按照显示设备的屏幕尺寸，压缩视频解码器能直接输出图像，而不用使用用于按比例缩小图像的一个特殊的按比例缩小块。此外，压缩视频解码器通过减少用于按比例缩小图像的计算复杂性提高了速度，保持了原始图像的质量和减少失真。

如前所述，按照本发明，由于压缩视频解码器不需要特殊的按比例缩小程序块，和减少了计算复杂性，如果它应用于动画终端，则能降低制造成本，并可以添加附加的功能。而且，压缩视频解码器防止了错误累计，由于不需要计算在DCT域的处理中的均匀性，从而提供用户高质量的图像。

尽管本发明已经结合参考显示和描述了一个确定的优选实施例，但作为本领域普通技术人员来说，应该明白的是，在不脱离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围下可以作出任何形式和细节的各种改变。特别是在该实施例中，MPEG-4简单模式的压缩和编码的视频流被解码和被按比例缩小，但使用DCT和MC的视频压缩方法的压缩和编码的视频流，比如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，和H.261，H.263和H.26L，同样也能被解码和被按比例缩小。此外，本发明可以被应用于解码和按比例缩小压缩和编码的视频流的各种设备以及动画终端。作为结果，本发明的范围不应通过上述的实施例来确定，而且由权利要求书和它的等效范围来确定。

Claims

1.一种压缩视频解码器，用于按照一个视频压缩方法解码一个压缩和编码的视频流，该视频压缩方法利用离散余弦变换(DCT)和运动位移补偿(MC)，该压缩视频解码器包括：

一个反离散余弦变换(IDCT)块，用于按照DC系数，从一个已经从压缩和编码的视频流中获得和将被IDCT处理的8×8块DCT图像中以一个图像缩小比率提取N×N块DCT图像，用N/8乘以DC系数，并在相乘的DC系数上执行IDCT；

一个MC块，用于通过使用由IDCT块和一个当前图像IDCT处理的一个参考图像执行MC，并减少一个运动矢量的大小和减少在N∶8的比率上的MC的范围；以及

一个帧缓存器，用于存储用于MC的参考图像和当前图像。

2.如权利要求1所述的解码器，其中MC块在N×N的尺寸上执行MC。

3.如权利要求1所述的解码器，其中MC块在2N×2N的尺寸上执行MC。

4.一种压缩视频解码方法，用于按照一个视频压缩方法解码一个压缩和编码的视频流，该视频压缩方法利用离散余弦变换(DCT)和运动位移补偿(MC)，包括步骤：

按照DC系数，从一个已经从压缩和编码的视频流中获得和将被反离散余弦变换的(IDCT)的8×8块DCT图像中以一个图像缩小比率提取N×N块DCT图像，用N/8乘以DC系数，并在相乘的DC系数上执行IDCT；以及

通过使用IDCT处理的参考图像和当前图像执行MC，并减少运动矢量的大小和减少在N∶8的比率上的MC的范围。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述的IDCT步骤和MC步骤分别包括一个在尺寸N上填充边缘的步骤。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述MC步骤在N×N的尺寸上执行MC。

7.如权利要求4所述的方法，其中所述MC步骤在2N×2N的尺寸上执行MC。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述MC步骤在N×N的尺寸上执行MC。

9.如权利要求5所述的方法，其中所述MC步骤在2N×2N的尺寸上执行MC。