CN1622634A - 转换压缩的视频分辨率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于变换视频分辨率的装置，该装置包括解码单元，其被配置为根据预定的比率把视频信号的第一分辨率变换成第二分辨率，以基于预定的比率定标从视频信号中提取的运动矢量，并补偿定标的运动矢量。还包括配置的编码单元，以编码来自解码单元的信号输出。

Description

转换压缩的视频分辨率的装置和方法

技术领域

本发明涉及视频处理装置，尤其涉及用于转换压缩的视频分辨率和用于按比率缩小视频内容的分辨率的装置和方法。

背景技术

通常，移动终端包括具有各种不同分辨率的LCD。因此，必须转换LCD上显示的的视频信息以匹配正被使用的LCD的分辨率。因此，视频信息的分辨率通常需要被转换为新的分辨率。此外，因为移动终端中显示的分辨率通常小于要被显示的视频的分辨率，例如使用分辨率变换器下变换视频信息的分辨率。

通常具有两种类型的分辨率变换器：一种是开环变换器和另一种是闭环变换器。

首先，结合参考图1描述开环变换器的例子。如图所示，开环变换器包括VLD(可变长度解码)单元11，用于解码视频信号的可变长度；去量化器12，用于去量化VLD单元11的输出信号；下采样过滤器13，用于按比率缩小从去量化器12输出的信号的分辨率；量化器14，用于量化下采样过滤器13的输出信号；VLC(可变长度编码)单元15，用于编码量化器14的输出信号的可变长度；和运动矢量再采样器16，用于按比率缩小输入视频信号的运动矢量。注意的是，下采样过滤器13的分辨率按比率缩小率与运动矢量再采样器16的运动矢量按比率缩小率是相同的。

开环变换器具有简单的结构，因为当去量化和量化视频信号时不补偿运动矢量。然而，当连续的输入P-帧被变换成较低分辨率时，错误被累积和漂移，其降低了画面质量。就是说，一帧中的错误会很明显的影响画面质量，但当错误被累积和漂移到其他的帧时，画面质量变得越来越差。这种类型的问题被称作错误漂移问题。

闭环变换器被显示在图2中和被用于解决图1所示的开环变换器的错误漂移问题。如图2所示，闭环变换器包括解码单元19，用于解码DCT(离散余弦变换)单元中的输入视频信号；下采样过滤器26，用于按比率缩小从解码单元19输出的信号的分辨率；和编码单元20，用于用最后的运动矢量补偿从下采样过滤器输出的视频信号并编码该补偿的视频信号。

解码单元19包括VLD单元21，用于解码可变长度的视频信号；去量化器22，用于去量化从VLD单元21输出的信号；第一运动矢量补偿单元23，用于使用通过VLD单元21输入的运动矢量来补偿运动矢量；第一帧存储器24，通过相加由第一运动补偿单元23补偿的运动矢量和去量化器22的输出信号，用于存储恢复的信号作为DCT系数值；和运动矢量再采样器25，用于按比例缩小通过VLD单元21输入的视频信号的运动矢量。

此外，第一运动矢量补偿单元23使用作为参考帧的存储在第一存储器24中的信号补偿运动矢量。运动矢量再采样器25使用熟知方法计算最后的运动矢量(V_n)(不是估算该运动矢量)。

下面，将描述闭环变换器的操作。当I-帧被输入到闭环变换器时，该帧通过VLD单元21以它的可变长度被解码和接着通过去量化器22被恢复到DCT系数。此外，VLD单元21还从I-帧中提取各种辅助信息(例如，首部信息，运动信息等等)。

相应于恢复的DCT系数的信号是X_n ^c。该X_n ^c信号被输入到下采样过滤器26和变为具有按比例缩小的分辨率的X_n信号。此外，该X_n信号接着在编码单元20中被压缩。用于I-帧的X_n ^c信号也被存储在第一帧存储器24中，并被用作参考帧，用于在I-帧之后补偿P-帧输入的运动。

此外，当P-帧被输入到闭环变换器时，基于存储在第一帧存储器24中的先前的帧的DCT系数值，通过执行P-帧上的运动补偿获得结果值，并且将通过VLD单元21和去量化器22输出的P-帧的错误信号E_n ^c相加以恢复DCT系数值X_n ^c。该恢复的DCT系数值X_n ^c接着被输入到下采样过滤器26，并变为具有按比率缩小分辨率的X_n。该X_n信号接着在编码单元20中被压缩。

如上所述，通过补偿运动矢量，闭环变换器减少错误漂移。然而，闭环变换器的结构比开环变换器的更加复杂。

发明内容

因而，本发明的一个目的是至少解决上面的问题和/或缺点并提供至少下述的优点。

本发明的另一个目的简化复杂的闭环变换器的结构同时保持优良的性能。

为全部或部分的实现至少上述和其他的目的，本发明提供用于变换视频的分辨率的新颖的装置，包括配置的解码单元以根据预定的比率把视频信号的第一分辨率变换成第二分辨率，基于预定分辨率定标从视频信号中提取的运动矢量，并补偿定标的运动矢量。此外，该装置还包括配置的编码单元，以编码从解码单元输出的信号。本发明还提供新颖的变换方法。

下面的和部分的描述将使前述的本发明的附加的优点、目的以及特点更加显而易见，根据下述内容本领域普通技术人员将可以学习本发明的实践。本发明的目的和优点将可以被实现和获得，如所附权利要求所特别指出的那样。

附图说明

将结合下述附图详述本发明，其中相同的参考数字涉及相同的元素，其中：

图1是一方框图，示例了现有技术的开环变换器；

图2是一方框图，示例了现有技术的闭环变换器；和

图3是一方框图，示例了根据本发明的用于变换视频的分辨率的装置。

具体实施方式

现在将结合附图描述根据本发明的变换视频的分辨率的装置和方法。

根据本发明的用于变换视频分辨率的装置很好地减少了现有技术的闭环变换器的结构的复杂性，并减少了处理视频信号所需的计算量，同时保持或超过了现有技术的闭环变换器的性能。

如上述讨论的和结合图2，现有技术的闭环变换器包括解码单元19，下采样过滤器26，用于按比例缩小从解码单元19输出的信号X_n ^c的分辨率，和编码单元20，用于编码从下采样过滤器26输出的信号X_n。

此外，图2中的编码单元20包括第二运动矢量补偿单元27，用于使用以确定比率被按比例缩小之后从运动矢量再采样器25提供的运动矢量来补偿运动；量化器28，用于量化通过相加在第二运动矢量补偿单元27中补偿的运动矢量和从下采样过滤器26输出的具有按比例缩小的分辨率的信号而获得的信号，第二帧存储器30，用于存储通过相加一个信号和在第二运动矢量补偿单元27中补偿的运动矢量而获得信号，所加的信号是经编码单元20的去量化器29通过去量化从量化器28输出的信号而获得的；和VLC31，用于编码量化器28输出信号的可变长度。此外，使用从运动矢量再采样器25输出的最后的运动矢量，第二运动矢量补偿单元27补偿在第二帧存储器30中存储的参考帧。

此外，通过下示的公式(1)可以表示输入到量化器28的信号E_n ^d。

$E_n^d=X_n-\mathrm{Mc}(X_{n-1}^d,V_n)---\left(1\right)$

其中Mc意味经第二运动矢量补偿单元27的通常的运动矢量补偿，而用于运动矢量补偿的最后的运动矢量是V_n。注意，该V_n是通过重新估算经运动矢量再采样器25输入到分辨率变换器的视频信号的运动矢量V_n，k来计算的。在该例中，熟知的方法可以被用作运动矢量重新估算的方法。

在分辨率被按比例缩小和运动矢量被补偿之后从下采样过滤器26输出的视频信号X_n通过如下的公式(2)来表示：

$X_n=D[E_n^c+\mathrm{Mc}(X_{n-1}^c,V_{n,k})]---\left(2\right)$

其中E_n ^c是P-帧的错误信号，‘D’意谓着下采样过滤，Mc意谓着通过第一运动矢量补偿单元23的运动矢量补偿和用于运动矢量补偿的运动矢量是V_n，k。就是说，当前帧的视频信号X_n是通过补偿先前帧的视频信号X_n-1 ^c的运动矢量而获得的信号，用错误信号E_n ^c与它相加并接着通过下采样过滤器26按比例缩小它的分辨率。

通过把公式(2)代入公式(1)，能获得如下所示的公式(3)：

$E_n^d=D[E_n^c+\mathrm{Mc}(X_{n-1}^c,V_{n,k})]-\mathrm{Mc}(X_{n-1}^d,V_n)---\left(3\right)$

因为‘D’是线性算子，公式(3)能被如下表示成公式(4)：

$E_n^d=D\left[E_n^c\right]+D\left[\mathrm{Mc}(X_{n-1}^c,V_{n,k})\right]-\mathrm{Mc}(X_{n-1}^d,V_n)---\left(4\right)$

因为公式(4)的第二项的‘D’和‘Mc’是线性算子，其中它们的顺序可以被改变，可以通过如下所示的公式(5)来表示公式(4)：

$E_n^d=D\left[E_n^c\right]+\mathrm{Mc}\left(D\right[X_{n-1}^c],V_{n,k}^s)-\mathrm{Mc}(X_{n-1}^d,V_n)---\left(5\right)$

其中V_n，k ^s是根据下采样过滤器26的分辨率按比例缩小率通过按比率缩小输入视频信号的运动矢量V_n，k而获得的一个值。就是说，当输入视频信号的分辨率在宽度和长度上分别被按比率缩小1/2时，V_n，k ^s变为V_n，k/2。

通过分辨率变换器的解码单元19和下采样过滤器26来执行公式

(5)中的第一和第二部分，而通过编码单元20执行第三部分。

比较公式(4)和(5)，能看出在编码单元中执行的处理是相同的，并注意到在应用下采样过滤器的点上通过解码单元19和下采样过滤器26执行的处理是不同的。

下面，图3是一方框图，示例了根据本发明的用于变换压缩的视频的分辨率的装置。本发明的装置也求解公式(5)，但优点是具有简单的结构。具体的，如图所示，该装置包括解码单元40，用于解码输入的视频信号以获得具有按比率缩小的分辨率的信号，组合分辨率按比例缩小的信号和通过补偿视频信号的运动矢量获得的信号，并输出该信号。还装置还包括图2所示的编码单元20，因而不再详细地重复该编码单元。

解码单元40包括下采样过滤器33，用于变换经VLD单元39和去量化器32已经被解码成DCT单位的视频信号的分辨率；运动矢量定标器34，用于根据分辨率比例缩小率来按比例缩小通过VLD单元39提取的运动矢量V_n，k；第一运动矢量补偿单元35，用于使用按比例缩小的运动矢量V_n，k ^s来补偿DCT区域上的运动矢量；组合器36，用于组合通过第一运动矢量补偿单元35补偿的信号和通过下采样过滤器33其分辨率已经被比例缩小的信号；和第一帧存储器37，用于存储作为参考帧从组合器36输出的视频信号，用于补偿下一帧的运动矢量。

此外，运动矢量再采样器38从解码单元40提供最后的运动矢量V_n到编码单元20。注意，根据分辨率比例缩小率，通过按比例缩小经VLD单元31提取的运动矢量V_n，k而获得的运动矢量V_n，k ^s也是输入。

此外，从输入的视频信号提取的每个运动矢量如同现有技术的分辨率变换器中的输入，但在本发明中，每个运动矢量被输入到运动矢量再采样器38。

图2所示的现有技术的闭环变换器和根据本发明的图3所示的分辨率变换器之间的另一个不同是下采样过滤器33的位置。就是说，应用分辨率变换过滤器的点是不同的。

在根据本发明的分辨率变换器中，在通过第一运动矢量补偿单元35补偿它的运动矢量之前按比例缩小视频信号的分辨率。就是说，视频信号的分辨率被提前变换，并接着补偿该运动矢量。

现在将描述根据本发明的用于变换视频分辨率的装置的操作。

通过VLD单元39和去量化器32，将输入视频信号恢复成DCT系数的一个值，并接着从下采样过滤器33输出为分辨率按比例缩小的信号。通过VLD单元31提取的输入视频信号的运动矢量以经运动定标器34下采样过滤器33的分辨率按比例缩小率相同的量被按比率缩小，并接着输入到第一运动矢量补偿单元35和运动矢量再采样器38。

第一运动矢量补偿单元35使用存储在第一帧存储器37中的信号补偿从运动定标器34输出的运动矢量，通过下采样过滤器33把它加到分辨率按比例缩小的信号，并接着把该信号发送到第一帧存储器37和编码单元20。此时，分辨率按比例缩小的信号被存储在第一帧存储器37中，并被当作参考信号用于补偿下一帧的视频信号的运动矢量。

在根据本发明的变换视频分辨率的装置中，通过下采样过滤器33按比例缩小输入视频信号的分辨率，并然后通过第一运动矢量补偿单元35来补偿运动矢量，以至于存储在第一帧存储器37中的视频信号的尺寸被按比例缩小为与分辨率比例缩小率一样的大小。此外，根据分辨率按比例缩小率驱动第一运动矢量补偿单元35的次数。

例如，如果宽度和长度上分辨率比例缩小率是1/2，第一帧存储器37的尺寸被减少到现有技术帧存储器尺寸的1/4，并且通过第一运动矢量补偿单元35的计算量也被减少到现有技术的计算量的1/4。

如前所述，根据本发明的用于变换视频分辨率的装置和方法具有下列优点。

当具有特定分辨的视频内容被按比例缩小时，可以使用比现有技术的分辨率变换装置小的帧存储器。

此外，相比于现有技术的分辨率变换器，执行较少的计算量，并因此能以高速按比例缩小视频内容的分辨率。还能大大简化根据本发明的该装置/方法的复杂性。

根据本说明书的教导，可以使用通用目的的数字计算机或编程的微处理器来容易地实现本发明，这对于计算机领域的技术人员来说是显而易见的。对于软件领域的技术人员来说，基于本公开的教导，可以容易的通过技术熟练的程序员准备适当的软件编码。

对于本领域技术人员来说，通过应用特定的集成电路或通过互联常规元件电路的适当的网络也可以实现本发明。本发明包括是包括指令的存储介质的计算机程序产品，其能被用于编程计算机以执行本发明的处理过程。该存储介质可以包括，但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁-光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM，磁或光卡，或适于存储电子指令的任何类型的介质。

Claims (18)

1.一种用于变换视频分辨率的装置，包括：

解码单元，其被配置为根据预定的比率把视频信号的第一分辨率变换成第二分辨率，以基于预定分辨率定标从视频信号中提取的运动矢量，并补偿该定标的运动矢量；和

编码单元，其被配置为编码从解码单元输出的信号。

2.如权利要求1所述的装置，其中该解码单元包括：

可变长度解码器和去量化器，其被配置为解码视频信号；

下采样过滤器，其被配置为把解码信号的第一分辨率变换为第二分辨率；

运动矢量定标器，其被配置为基于预定的比率定标提取的运动矢量；

运动矢量补偿单元，其被配置为补偿在DCT区域上定标的运动矢量；

组合单元，其被配置为组合补偿的定标的运动矢量和分辨率变换的视频信号；和

帧存储器，其被配置为存储组合的信号作为参考帧，用于补偿下一帧的运动矢量。

3.如权利要求2所述的装置，进一步包括：

运动矢量再采样器，其被配置为把从运动矢量定标器输出的运动矢量变换成最后的运动矢量。

4.如权利要求1所述的装置，其中该预定比率是下采样过滤器的分辨率按比例缩小率。

5.如权利要求1所述的装置，其中该帧存储器存储根据预定比率已经被按比例缩小的信号。

6.如权利要求5所述的装置，其中如果在宽度和长度上的预定的比率分别是1/n，则信号的计算效率被按比例缩小到1/n²。

7.一种变换视频分辨率的方法，包括：

根据预定比率把视频信号的第一分辨率变换成第二分辨率；

基于预定比率定标从视频信号中提取的运动矢量；和

补偿定标的运动矢量。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

把分辨率变换的视频信号和补偿的定标的运动矢量组合成解码信号；和

编码该解码的信号。

9.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

存储根据预定比率已经被按比例缩小的信号。

10.如权利要求9的方法，其中如果在宽度和长度上预定的比率分别是1/n，则信号的计算效率被按比例缩小到1/n²。

11.一种变换视频分辨率的装置，包括：

可变长度解码器和去量化器，其被配置为解码视频信号；

下采样过滤器，其被配置为把解码的信号的第一分辨率变换为第二分辨率；

运动矢量定标器，其被配置为基于预定的比率定标提取的运动矢量；

运动矢量补偿单元，其被配置为在DCT区域上补偿定标的运动矢量；

组合单元，其被配置为组合补偿的定标的运动矢量和分辨率变换的视频信号；和

帧存储器，其被配置为存储组合的信号作为参考帧，用于补偿下一帧的运动矢量。

12.如权利要求11所述的装置，进一步包括：

运动矢量再采样器，其被配置为把从运动矢量定标器输出的运动矢量变换成最后的运动矢量。

13.如权利要求11所述的装置，其中该预定比率是下采样过滤器的分辨率按比例缩小率。

14.如权利要求11所述的装置，其中该帧存储器存储根据预定比率已经被按比例缩小的信号。

15.如权利要求14所述的装置，其中如果在宽度和长度上预定的比率分别是1/n，则信号的计算效率被按比例缩小到1/n²。

16.一种用于变换视频的分辨率的方法，包括：

解码和去量化视频信号；

把解码信号的第一分辨率根据预定的比率变换为第二分辨率；

基于预定的比率定标提取的运动矢量；

在DCT区域上补偿定标的运动矢量；

组合补偿的定标的运动矢量和分辨率变换的视频信号；和

存储组合的信号作为参考帧，用于补偿下一帧的运动矢量。

17.如权利要求16所述的方法，其中预定的比率是分辨率按比例缩小率。

18.如权利要求16所述的方法，其中如果在宽度和长度上预定的比率分别是1/n，信号的计算效率被按比例缩小到1/n²。

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