CN1812545A - 在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统与方法，在进行动像预测(motion estimation)时，动像预测模块从存储器中取得搜寻区域与目前微区块的亮度来预测一动像，此动像的预测是由在搜寻区域的亮度中搜寻与目前微区块亮度最相似的最相似微区块的亮度来达成。根据此动像，动像补偿模块再从存储器取得目前微区块与最相似微区块的彩度以补全目前微区块与最相似微区块的属性，进而进行动像补偿，因此目前微区块与最相似微区块的亮度可重复使用于动像补偿模块，以减少占用存储器频宽。

Description

在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统与方法
技术领域
本发明涉及一种视讯编码系统与方法，尤其是一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统与方法。
背景技术
动像预测是一种于搜寻区域中找出与目前微区块最相似微区块的搜寻位置的方法，其中有两种最主要的法则：一种是绝对差值加总(sum absolute difference，SAD)，另一种是均方误差(mean square error，MSE)。一般来说，在对一连串的影像编码时，微区块(macro block，MB)为最基本的单位，其为一n乘n的像素数组，n可以为16或其它数字。搜寻区域(search area)可以是一个以微区块为中心架构出的(n+21)乘(n+2m)的像素数组，其中1与m可以是4或是其它数字，而在搜寻区域中的每一个像素都可以是一个搜寻位置(search position)。而在视讯编码器中的动像补偿有两个主要的目标。第一，动像补偿必需藉由动像预测来产生视讯上的预测，之后来取得视讯来源与预测间的差值(这些差值为离散余弦转换(discrete cosine transformation module)的输入值)。第二，动像补偿必需将预测加上从离散余弦转换输出的差值来重建画面，并将这重建的预测存回图幅缓冲区(frame buffer)。
动像补偿(motion compensation，MC)与动像预测(motionestimation，ME)在视讯编码器中是两个非常重要的单位，这两个单位会占用大部份的存储器频宽。
参考图1，动像预测模块13与动像补偿模块14是分别被用来进行动像预测与动像补偿，动像预测模块13由一存储器界面11从存储器取得搜寻区域15与目前微区块16(current macro block，CMB)，以用于动像的侦测。此动像定义了一个预测微区块，此预测微区块是根据搜寻区域15中的一最相似微区块来得出。而动像预测模块13所抓取的搜寻区域15与目前微区块16可以是只抓取其像素数组的亮度，亦即上述的动像预测可以是一亮度搜寻，此亮度搜寻是以目前微区块的亮度来搜寻。同样地，动像预测也可以是亮度与彩度的搜寻、RGB搜寻等等。其中亮度搜寻较为常用，因为其所需存取的频宽较少、计算量较少、并且具有不错的准确率。
上述的预测微区块可以是最接近的微区块或其变型，根据动像，此最相似微区块会被动像补偿模块14取得以产生上述的预测微区块。此外，目前微区块必需再次被取得以用来与预测微区块相比较，目前微区块与预测微区块间的差将会被用来编码，并且此预测微区块会经由存储器界面11被存回存储器以重建图幅。
因为搜寻区域15与目前微区块16必需被经常性地取得，其存储器频宽便会变得很重要。其中亮度需要占去存储器频宽中的一大部份，如果在动像预测模块13所取得的目前微区块16与搜寻区域15的亮度能被重复利用于动像补偿模块14，便可省去大量的存储器频宽。
发明内容
本发明的目的在于，揭示了一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统与方法，在动像预测(motion estimation)时，动像预测模块从存储器中存取搜寻区域与目前微区块的亮度来预测一动像，此动像的预测是由在搜寻区域的亮度中搜寻与目前微区块亮度最相似的最相似微区块的亮度来达成。根据此动像，动像补偿模块再从存储器取得目前微区块与最相似微区块的彩度以补全目前微区块与最相似微区块的属性，进而进行动像补偿，因此目前微区块与最相似微区块的亮度可重复使用于动像补偿模块，用以减少占用存储器频宽。
本发明一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法，其特征在于，包含：
从存储器取得一搜寻区域的一部份与一目前微区块的一部份，其中该搜寻区域与该目前微区块是各自以一像素数组来表示，该像素数组中的每一个像素是以复数种属性来定义，其中该搜寻区域的该部份与该目前微区块的该部份是以该复数种属性的一部份来定义；
在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的该部份最相似的一最相似微区块的一部份；
从存储器取得该最相似微区块的其它部份来补全该最相似微区块的属性，以产生一预测微区块；以及
从存储器取得该目前微区块的其它部份来补全该目前微区块的属性，该目前微区块的该其它部份是以该复数种属性的该其它部份来定义。
其中还包含：
产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换；以及
接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块；
其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
其中上述的复数种属性的该部份是为亮度，并且该复数种属性的该其它部份为彩度。
其中还包含：
将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理；以及
在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
本发明一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，包含：
一存储器，该存储器提供一搜寻区域与一目前微区块，其中该搜寻区域与该目前微区块是各自以一像素数组表示，该像素数组的每一个像素是以复数种属性来定义；
一动像预测模块，该动像预测模块由该存储器取得该搜寻区域的一部份与该目前微区块的一部份以预测一动像，该搜寻区域的该部份与该目前微区块的该部份是以该复数种属性的一部份来定义，其中该动像是经由在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的该部份最相似的一最相似微区块的一部份来预测；以及
一动像补偿模块，该动像补偿模块由该动像预测模块取得该动像与该最相似微区块的该部份以产生一预测微区块，该最相似微区块的该部份以该复数种属性的该部份来定义，其中该复数个属性的该部份不同于该复数种属性的该其它部份；
其中上述的动像补偿模块更包含从存储器取得该目前微区块的其它部份来补全该目前微区块的属性，该目前微区块的该其它部份是以该复数种属性的该其它部份来定义。
其中上述的动像补偿模块用以产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换与用以接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块，其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
其中上述的复数种属性的该部份是为亮度，并且该复数种属性的该其它部份为彩度。
其中上述的动像补偿模块更包含将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理以及在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
本发明一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，包含：
一动像预测模块，该动像预测模块由一存储器取得一搜寻区域的亮度与一目前微区块的亮度以预测一动像，其中该动像是经由在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的亮度最相似的一最相似微区块的亮度来预测；以及
一动像补偿模块，该动像补偿模块分别由该动像预测模块与该存储器取得该动像与该最相似微区块的亮度与彩度以产生一预测微区块；
其中上述的动像补偿模块更包含从存储器取得该目前微区块的彩度来补全该目前微区块的属性。
其中上述的动像补偿模块用以产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换与用以接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块，其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
其中上述的动像补偿模块更包含将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理以及在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
上述方法与装置所用的亮度与彩度可改由其它属性来取代，如红蓝绿色值。
附图说明
本发明在此所探讨的方向为一种视讯编码系统与方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于视讯编码系统的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准，其中：
图1是先前技术动像预测与动像补偿的示意图；
图2A是根据本发明的一具体实施例的流程示意图；
图2B是根据本发明的一具体实施例的功能方块示意图；以及
图2C是根据本发明的一具体实施例的功能方块示意图。
具体实施方式
参考图2A图，本发明的一具体实施例是一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法。首先，于步骤210中，从存储器取得一搜寻区域的一部份及一目前微区块的一部份，其中搜寻区域与目前微区块是分属不同的图幅(frame)。搜寻区域与目前微区块可各自以一像素数组来表示，像素数组中的每一个像素是以复数种属性来定义，例如亮度、彩度、RGB色彩值、Y，Cr，Cb色彩值等等。上述搜寻区域的部份及目前微区块的部份可以是以这些属性中的一部份来定义，例如微区块的部份为亮度，其另一部份为彩度。接下来，于步骤220中，预测了一动像，是在上述的搜寻区域的该部份中搜寻一最相似微区块来达成，此最相似微区块是搜寻区域内所有微区块中与目前微区块最相似者。例如，在上述情形下，动像预测可以是一亮度搜寻，其对搜寻区域中所有微区块的亮度进行搜寻，找出一个与目前微区块的亮度最相似者。亮度搜寻较为常用，因为其所需存取的频宽较少、计算量较少、并且具有不错的准确率。在动像被找出后，于步骤230中，从存储器取得此最相似微区块的其它部份与目前微区块的其它部份，以分别补全最相似微区块与目前微区块的属性。接下来，于步骤240中，根据最相似微区块产生一预测微区块，的后于步骤250中，根据预测微区块与目前微区块进行动像补偿。
在步骤250中，本发明的一具体实施例更包含进行该预测微区块的内插处(intrapolation)或补插处理(interpolation)，此内插处理或补插处理可以是根据最相似微区块与目前微区块之差，或是根据最相似微区块的部份与目前微区块的部份之差。例如，在先前例子中，最相似微区块的亮度与目前微区块的亮度间的差会被转换成一变量，当此变量小于一门槛限值时，补插处理会被进行，否则，内插处理会被进行。
此外，本发明的一具体实施例更包含产生预测微区块与目前微区块间的差，以用于离散余弦转换，此经过离散余弦转换的差值可被视为编码用的一被转换差。本发明的一具体实施例更包含接收一输入差来加入预测微区块，并将输入差与预测微区块的和存入存储器以取代目前微区块，其中该输入差是该被转换差经反离散余弦转换后所产生。
参考图2B，本发明的一具体实施例是一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，包含一动像预测模块23与一动像补偿模块24。动像预测模块23与动像补偿模块24是被分别用于动像预测与动像补偿。动像预测模块23是根据步骤210与步骤220，从存储器21取得一搜寻区域的一部份251与一目前微区块的一部份261，并且在搜寻区域的该部份251中搜寻与目前微区块的该部份261最相似的一最相似微区块271，以预测一动像。接下来，动像补偿模块24是根据步骤230，从存储器21取得最相似微区块的其它部份272与目前微区块的其它部份262以分别补全最相似微区块与目前微区块26。之后，根据步骤240，动像补偿模块24根据最相似微区块与目前微区块26产生一预测微区块。最后根据步骤250，动像补偿模块24根据预测微区块与目前微区块26进行动像补偿。本具体实施例的其它细节已揭示于的前的描述中，在此不再赘述。
如图2C图所示，本发明的一具体实施例是一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统。其中存储器界面22对动像预测模块23与动像补偿模块24提供存储器的存取。动像预测模块23是根据步骤210从存储器21取得一搜寻区域的一部份251与一目前微区块的一部份261，而微区块选择器231是从搜寻区域的该部份251中的复数个微区块中连续地挑选一微区块，其中每一个微区块是对应到搜寻区域的该部份251中的复数个搜寻位置之一。根据步骤220，每一个被微区块选择器231所选出的微区块与目前微区块的该部份261间的差会被计算，以用来选出一最相似微区块的该部份271，此最相似微区块的该部份271与目前微区块的该部份261最为相似。最相似微区块的该部份271的选择是经由一线性转换器232与一比较器233来进行，线性转换器232将被选出的微区块与目前微区块的该部份261间的差进行量化以产生相应于被选出的微区块的量化差值。所有的量化差值会经由比较器233比较，以找出最相似微区块的该部份271，最相似微区块的该部份271是用以产生动像，其中最相似微区块的该部份271的选出可以是采绝对差值加总、均方误差等等，本发明并不加以限制。例如，所采用的如果是绝对差值加总，每一个差会被转换成一变量，所有变量中最小者会被选出，据此，最小变量所对应的微区块就是最相似微区块的该部份271。
此外，动像补偿模块24是从动像预测模块23接收目前微区块的该部份261与最相似微区块的该部份271，并且动像补偿模块24是从存储器21取得目前微区块的其它部份262与最相似微区块的其它部份272，以分别补全目前微区块26与最相似微区块。动像补偿模块24包含一预测微区块产生器241，以用来根据步骤240产生一预测微区块，预测微区块是根据目前微区块与最相似微区块来产生。
在先前技术中，动像补偿模块14需要从存储器取得目前微区块与最相似微区块，目前微区块与最相似微区块的存取越频繁，频宽的要求也越高。如果动像补偿模块14不需要从存储器取得目前微区块与最相似微区块，便可以省下大量的频宽，同时效能也能提升。
此外，上述的差可被评估来产生一微区块类型(macroblock type)，此微区块类型是由变量计算器234依据相应于最相似微区块的变量来产生，如果目前微区块与最相似微区块很相似，微区块类型为补插(inter-coding)并且预测微区块产生器241会依此进行补插处理，否则微区块类型为内插(intra-coding)并且预测微区块产生器241会依此进行内插处理。
再者，搜寻区域的该部份251、微区块的该部份261、最相似微区块的该部份271、搜寻区域的其它部份252、微区块的其它部份262、最相似微区块的其它部份272或预测微区块可以是被储存在动像预测模块23与动像补偿模块24的缓冲区或相关的储存区域。
在先前技术中，目前微区块与最相似微区块需要经常性地从存储器取得，例如，一个支持DVD PAL 720×576×25Hz实时视讯编码器每秒需要处理45×36×25＝40500次微区块，如果动像预测为亮度搜寻，其需要加载目前微区块的亮度来进行动像预测，并且需要在动像补偿时取得目前微区块与最相似微区块的亮度与彩度。如果亮度与彩度需要相同的频宽，则用于动像预测目前微区块的亮度(0.5微区块)与目前微区块与用于动像补偿的目前微区块的亮度与彩度(1微区块)最相似微区块的亮度与彩度(1微区块)总共要2.5微区块大小。根据本发明，用于动像补偿的目前微区块与最相似微区块的亮度不需要从存储器取得，相关的频宽可降为1.5微区块。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围。凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims (11)

1、一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法，其特征在于，包含：
从存储器取得一搜寻区域的一部份与一目前微区块的一部份，其中该搜寻区域与该目前微区块是各自以一像素数组来表示，该像素数组中的每一个像素是以复数种属性来定义，其中该搜寻区域的该部份与该目前微区块的该部份是以该复数种属性的一部份来定义；
在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的该部份最相似的一最相似微区块的一部份；
从存储器取得该最相似微区块的其它部份来补全该最相似微区块的属性，以产生一预测微区块；以及
从存储器取得该目前微区块的其它部份来补全该目前微区块的属性，该目前微区块的该其它部份是以该复数种属性的该其它部份来定义。
2、根据权利要求1项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法，其特征在于，其中还包含：
产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换；以及
接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块；
其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
3、根据权利要求1项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法，其特征在于，其中上述的复数种属性的该部份是为亮度，并且该复数种属性的该其它部份为彩度。
4、根据权利要求1项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的方法，其特征在于，其中还包含：
将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理；以及
在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
5、一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，包含：
一存储器，该存储器提供一搜寻区域与一目前微区块，其中该搜寻区域与该目前微区块是各自以一像素数组表示，该像素数组的每一个像素是以复数种属性来定义；
一动像预测模块，该动像预测模块由该存储器取得该搜寻区域的一部份与该目前微区块的一部份以预测一动像，该搜寻区域的该部份与该目前微区块的该部份是以该复数种属性的一部份来定义，其中该动像是经由在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的该部份最相似的一最相似微区块的一部份来预测；以及
一动像补偿模块，该动像补偿模块由该动像预测模块取得该动像与该最相似微区块的该部份以产生一预测微区块，该最相似微区块的该部份以该复数种属性的该部份来定义，其中该复数个属性的该部份不同于该复数种属性的该其它部份；
其中上述的动像补偿模块更包含从存储器取得该目前微区块的其它部份来补全该目前微区块的属性，该目前微区块的该其它部份是以该复数种属性的该其它部份来定义。
6、根据权利要求5项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，其中上述的动像补偿模块用以产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换与用以接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块，其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
7、根据权利要求5项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，其中上述的复数种属性的该部份是为亮度，并且该复数种属性的该其它部份为彩度。
8、根据权利要求5项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，其中上述的动像补偿模块更包含将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理以及在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
9、一种在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，包含：
一动像预测模块，该动像预测模块由一存储器取得一搜寻区域的亮度与一目前微区块的亮度以预测一动像，其中该动像是经由在该搜寻区域中搜寻与该目前微区块的亮度最相似的一最相似微区块的亮度来预测；以及
一动像补偿模块，该动像补偿模块分别由该动像预测模块与该存储器取得该动像与该最相似微区块的亮度与彩度以产生一预测微区块；
其中上述的动像补偿模块更包含从存储器取得该目前微区块的彩度来补全该目前微区块的属性。
10、根据权利要求9项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，其中上述的动像补偿模块用以产生该预测微区块与该目前微区块间的差并且输出该差以供离散余弦转换与用以接收一输入差来加入该预测微区块并且将输入差与该预测微区块的相加结果存入存储器以取代该目前微区块，其中上述的差被执行离散余弦转换以产生一被转换差，该输入差是该被转换差经过反离散余弦转换后产生。
11、根据权利要求9项所述的在视讯编码中降低占用存储器频宽的系统，其特征在于，其中上述的动像补偿模块更包含将该目前微区块与该最相似微区块间的差转换为一变量，并且在该变量不小于一门槛限值时对该预测微区块进行内差处理以及在该变量小于一门槛限值时对该预测微区块进行补差处理。
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