KR20130084293A - 비디오 인코더와 버퍼 사이의 대역폭을 감소시키는 데이터 리포맷 방법 - Google Patents

비디오 인코더와 버퍼 사이의 대역폭을 감소시키는 데이터 리포맷 방법 Download PDF

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Abstract

참조 화상 버퍼(reference picture buffer)는 비대칭의(asymmetric) 매크로블록(macroblock)을 비디오 인코더(video encoder)로 제공하여 인코더(encoder)와 버퍼(buffer) 사이의 대역폭을 개선할 수 있다. 매크로블록 폭은 버퍼의 최소 버스트 폭과 일치하도록 사이즈가 설정될 수 있다. 매크로블록의 사이즈는 매크로블록 높이(macroblock height)를 감소시킴으로써 변경되지 않도록 유지될 수 있다.

Description

비디오 인코더와 버퍼 사이의 대역폭을 감소시키는 데이터 리포맷 방법 {REFORMATTING DATA TO DECREASE BANDWIDTH BETWEEN A VIDEO ENCODER AND A BUFFER}
본 발명은 일반적으로 비디오 인코더(video encoders)와 관련된다.
비디오 인코더는 비디오 데이터를 취하고 더 작은 공간을 차지하는 포맷(format)으로 상기 비디오 데이터를 인코딩하는데 사용된다. 그 결과, 비디오 정보를 송신(transmit)하고 수신(receive)하는 디바이스들 사이에서 소비된 대역폭(bandwidth)은 보다 효율적으로 사용될 수 있거나, 더 많은 데이터가 그러한 디바이스들 사이에서 동시에 송신될 수 있다.
통상적으로, 인코더에 의해 사용되는 비디오 데이터는 매크로블록(macroblock)으로 불리는 16x16 블록으로 포맷된다. 매크로블록의 사용은 비디오 압축 분야에서 널리 사용된다.
그 결과, 종래의 대부분의 연산(operations)에서, 16x16 매크로블록이 이용된다. 예를 들어, 메모리는 (이전에 인코딩된) 참조(reference) 프레임들을 저장할 수 있다. 현재 처리되는 프레임은 참조 프레임과 비교되어 중복(redundancies)을 제거한다. 인코딩 프로세스는, 그러한 참조 프레임과 현재 처리되는 프레임 사이의 차이(differences)뿐만 아니라, 그러한 참조 프레임에 의존한다. 전형적으로, 비디오 데이터가 16x16 블록에 저장되기 때문에, 16x16 블록 포맷은 비디오 인코더에 의해 사용되는 메모리 내의 참조 프레임을 저장하도록 사용된다.
하지만, 일부 메모리, 가령 DDR3(double data rate three) 정적 동적 RAM(static dynamic random access memories)(JEDEC, Arilngton, VA 22201로부터 이용 가능한 DDR3 SDRAM 표준, JESD79-3D, 2009년 9월 참고)은 매크로블록 데이터에 대한 응답으로 하나가 아닌 두 개의 매크로블록을 제공한다. 사실, 참조 화상의 메모리로부터의 페치(fetchs)는 일반적인 비디오 인코더 내 메모리 및 인코더 사이의 대역폭의 대부분을 소비한다.
따라서, 참조 화상으로부터의 16x16 매크로블록이 인코더에 의해 요청될 때마다, 메모리는 하나의 16x16 매크로블록 대신에 두 개의 나란히 있는(side-by side) 16x16 매크로블록을 반환할 수 있다. 이는 32바이트의 최소 버스트 길이가 DDR3 표준에 명시되어 있기 때문이다. DDR3으로부터 페치된 32바이트는 요청된 매크로블록 내 16바이트 및 매크로블록 오른쪽으로 16바이트 라인을 포함한다. 비디오 인코더는 상기 요청된 16x16 매크로블록을 소비하기만 하고 오른쪽에 있는 16바이트는 드롭(dropped)된다. 이는 2배의 대역폭의 소비를 야기하는데, 개개의 16x16 매크로블록에 대한 모든 요청이 두 개의 매크로블록의 대역폭 소비를 야기시키기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 개략적인 묘사이다.
도 2는 일 실시예에 관한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 포맷(block format)이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블록 포맷(block format)이다.
일부 실시예에 따르면, 비디오 인코더 참조 화상 버퍼(video encoder reference picture buffer) 내에 저장된 매크로블록(macroblock)의 영상비(aspect ratio)는 종래의 폭으로부터 DDR3 메모리와 같은 일부 메모리의 최소 버스트 길이와 일치하는 폭까지 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 16라인 높이 및 16바이트의 종래 매크로블록 폭은 일 실시예에서 8라인 높이 및 32바이트의 비대칭적인(asymmetric) 폭으로 변화될 수 있다. 그러면 16x16 매크로블록 내 두 개의 연속적인 16바이트 라인은 32x8 매크로블록 내 (대칭적인 매크로블록(예를 들어, 16x16)과 비대칭적인 매크로블록(예를 들어, 32x8) 내 "라인들"을 구별하기 위해 행이라 불리는) 하나의 32바이트 라인으로 재배치(remapped)된다. 32바이트의 새로운 매크로블록 폭은 DDR3 메모리와 같은 일부 메모리에 의해 사용되는 32바이트의 최소 버스트 길이와 일치한다.
16x16 매크로블록은 32x8 매크로블록으로 리포맷되어, 8개의 32바이트 요청 으로 참조 화상 버퍼 내에서 접속될 수 있다. 8개의 32바이트 요청은 메모리로부터 정확히 32x8 또는 256바이트를 반환하여, 일부 실시예에서 대역폭 효율성을 야기한다.
반대로, DDR3 메모리를 사용하는 종래의 비디오 인코더는 8개의 요청에 응답하여 512바이트를 수신하여, 본 발명의 일부 실시예 대비 두 배의 대역폭 소비를 야기한다.
도 1을 참조하면, 비디오 인코딩 시스템(10)은 비디오 인코더(12)를 포함한다. 비디오 인코더(12)는 화상 데이터를 수신하고 인코딩된 스트림을 출력한다. 인코더(12)는 화상 프레임의 왼편 모서리에서 시작하여 매크로블록으로서 참조 화상을 기록한다. 비디오 인코더와 통신하는 브리지(bridge)(14)는 대칭적인(symmetrical) 매크로블록을 비대칭적인(asymmetrical) 매크로블록으로 리포맷(reformat)한다. 브리지는 일 실시예에서 메모리 브리지일 수 있다. 리포맷하는 것은 일 실시예에서 스위즐링(swizzling)을 포함할 수 있다. 그 이후, 메모리 또는 버퍼(15)는 리포맷된 매크로블록을 저장한다. 비디오 인코더(12)에 의해 버퍼(15)로부터 읽힌 참조 화상 비대칭적인 매크로블록은 브리지(14)에 의해 대칭적인 매크로블록으로 리포맷된다. 일 실시예에서, 버퍼(15)는 종래의 16x16 매크로블록의 폭보다 더 긴 최소 버스트 길이를 가지는 임의의 메모리가 될 수 있으며, 이는 32바이트 최소 버스트 길이를 가진 DDR3 SDRAM 메모리를 포함한다.
물론, 미래에 더 긴 버스트 길이가 이용될 수 있다는 것이 가능하고, 그러한 경우, 블록 비대칭에 있어서 상응하는 조정(corresponding adjustments)이 이루어진다. 예를 들어, 참조 화상 버퍼가 64바이트의 최소 버스트 길이를 사용했다면, 매크로블록 내의 행(row)의 개수 또는 높이가 단순히 반으로 잘려서 리포맷된 매크로블록은 64x4 픽셀이 될 것이다.
도 2를 참조하면, 브리지(14)에 의해 실행될 수 있는 시퀀스(sequence)(17)는 일 실시예에서, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 소프트웨어 실시예의 경우, 시퀀스(17)가 비-임시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체(non-transitory computer readable medium) 상에 저장된 명령어에 의해 실행될 수 있다. 그러한 명령어는 적절한 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 실시예에서, 스토리지(storage)는 명령어를 저장할 수 있다. 스토리지는 자기(magnetic), 광학(optical), 또는 반도체(semiconductor) 메모리일 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 일 실시예와 같이, 브리지(14)는 명령어를 저장하는 스토리지 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 시퀀스는 인코더(12)의 부분으로서 구현될 수 있다.
도 2에 도시된, 시퀀스(17)는 처음에 관련 코딩의 타입을 결정한다(블록 18). 브리지(14)는 전형적으로 인코더(12)가 속해 있는 모드를 이미 알고 있다. 다이아몬드 20에서 결정된 바와 같이, 코딩이 참조 화상을 필요로 한다면, 참조 화상은 일 실시예에서 제 1 타입의 32x8 매크로블록으로 버퍼(14)에 저장된다(블록 22). 이러한 경우의 리포맷은 16x16 매크로블록으로부터 한 번에 두 라인을 결합하여 32x8 매크로블록의 각 행을 형성하는 것을 포함한다.
그렇지 않으면, 다이아몬드 20에서의 체크가 실패하는 경우, 다이아몬드 24에서의 체크는 시스템이 화상-적응적 프레임-필드 인코딩(picture-adaptive frame-field encoding)을 사용하는지를 결정한다. 만일 그렇다면, 블록 26에 표시된 바와 같이, 매크로블록은 제 2 타입의 포맷인 32x8 매크로블록으로 다루어진다. 화상-적응적 프레임-필드 인코딩에서, 프레임은 상위 또는 하위 필드 중 하나로서, 프로그레시브 방식으로(progressively) 기록되고 인터레이싱되어(interlaced) 되읽기(read back) 된다. 프레임은 또한 인터레이싱되어 기록되고 프로그레시브 방식으로 되읽기될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 28에서의 체크는 또한 매크로블록-적응적 프레임-필드(MBAFF: macroblock-adaptive frame-field) 코딩으로 실행될 수 있다. 그러한 경우, 일부 실시예에서, 블록 30에 표시된 바와 같이, 비대칭적 매크로블록이 그러한 인코딩 타입을 위해 최적화될 수 있다.
따라서, 도 3을 참조하면, 제 1 타입의 참조 블록 포맷(reference block format)이 도시된다. 이는 0에서 31까지의 길이 또는 32바이트 및 8행의 깊이를 가진다. 심볼 "Ln"은 프로그래시브 매크로블록 라인 번호와 대응한다. 이와 같이, 도 3은 총 16 개 매크로블록 중 5개 매크로블록의 제 1 세트의 각 32x8 매크로블록 내 행의 배열을 도시한다. 남은 매크로블록은 도시된 시퀀스를 단순히 반복한다.
(화상-레벨 프레임/필드 코딩으로 또한 잘 알려진) 화상-적응적 프레임-필드 인코딩 접근을 위해, 도 4에 도시된 포맷이 이용될 수 있다. Tn은 n라인에서의 상위 필드(매크로블록 프레임의 홀수 라인을 포함함)를 나타내고, Bn은 n라인에서의 하위 필드(매크로블록의 짝수 라인을 포함함)를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상위 및 하위 필드 라인은 32x8 매크로블록 포맷으로 재배치(remapped)되어, 일 실시예에서 화상-적응적 프레임-필드 인코딩에 대한 대역폭 효율성을 최적화한다. 제 1 행은 16x16 매크로블록으로부터 두 개의 짝수 라인(L2 및 L0)을 포함한다. 제 2 행은 16x16 매크로블록으로부터 두 개의 홀수 라인(L3 및 L1)을 포함한다. 따라서, 홀수 행은 상위 필드를 구성하고, 짝수 행은 하위 필드를 구성한다.
화상-적응적 프레임-필드 인코딩(picture-adaptive frame-field encoding)에서, 비디오 인코더(12)는 프레임에 의해 (프로그레시브 방식으로) 읽거나 필드에 의해 (인터레이싱 방식으로) 읽을 수 있다. 참조 화상에서의 32x8 매크로블록이 필드 기반 코딩(field based coding)을 위해 참조 된다면, 인코더는 제 1, 제 3, 제 5, 및 제 7 행을 상위 필드 코딩에 대하여 페치(fetch)하고, 별도로 제 2, 제 4, 제 6, 및 제 8 행을 하위 필드 코딩에 대하여 페치한다. 참조 화상에서의 32x8 매크로블록이 프레임 기반 코딩(frame-based coding)을 위해 참조 된다면, 코더는 필드 기반 및 프레임 기반 코딩으로 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 8 행을 페치한다.
일 실시예에서, 요청된 모든 32x8 매크로 블록 라인들은 인코더에 의해 사용됨으로써, 일부 실시예에서 대역폭을 최적화한다. 32x8 매크로블록의 각 행으로부터의 32바이트는 일부 실시예에서 연속적인 필드 라인으로 구성될 수 있다. 연속적인 필드 라인을 이용하는 것은 모든 32바이트 버스트에 대한 필드 인코딩이 동일한 필드, 상위 또는 하위로부터라는 것을 보장한다.
PAFF에서, 매크로블록이 프로그래시브 방식으로 버퍼(15)로부터 판독되면, 판독 출력 라인은 정리가 안 될 것이다. 일 실시예에서, 브리지(14)는 라인을 재정리(reorder)하는 책임이 있어서, 인코더(12)는 리포맷을 눈치채지 못한다.
본 명세서 곳곳의 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 참조는, 실시예와 연관되어 설명된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이, 본 발명 내에 포함된 적어도 하나의 구현 내에 포함되는 것을 의미한다. 이와 같이, "하나의 실시예" 또는 "일 실시예에서"라는 구문의 출연이 반드시 동일한 실시예에 관하여 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 또는 특성은 설명된 특정 실시예 외에 다른 적합한 형식에 도입될 수 있고, 모든 그러한 형식은 본 출원의 청구항 내에 포함될 수 있다.
앞서 언급한 내용은 32x8 매크로블록에 대한 논의인 반면, 전형적으로 루미넌스(luminance) 매크로블록, 크로미넌스(chrominance) 매크로블록의 크기가 동일한 방법으로 처리될 수 있다. 일반적으로, 루미넌스 데이터가 크로미넌스 데이터보다 2배이기 때문에, 크로미넌스 매크로블록은 32x4 매크로블록이다. 이와 같이, 본 발명은 루미넌스 및 크로미넌스 매크로블록 모두에 적용한다.
본 발명이 제한된 수의 실시예에 관하여 설명되었으나, 당업자라면 실시예로부터 많은 수정 및 변경을 인식할 것이다. 첨부된 청구항은 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 벗어나지 않는 모든 그러한 수정 및 변경을 포함하고자 한다.
10: 비디오 인코딩 시스템
12: 인코더
14: 브리지
15: 메모리
17: 리포맷

Claims (20)

  1. 비디오 인코더로부터 최소 버스트 길이가 16바이트 보다 긴 버퍼로 요청 당 하나의 매크로블록(one macroblock per request)만을 버스트(bursting)하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼로부터 상기 비디오 인코더로 데이터의 매크로블록을 제공하는 단계 - 상기 매크로 블록은 상기 버퍼의 최소 버스트 길이와 일치하도록 크기가 설정됨 - 및
    상기 비디오 인코더에 의해 완전히 이용될 수 있는 데이터를 상기 버퍼로부터 제공하기만 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    32바이트 폭 × 8행의 매크로 블록(32byte wide by 8 row macroblock)의 버스트 전송(burst transfer)을 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼로서 DDR3 정적 동적 RAM(static dynamic random access memory)을 사용하는 단계를 포함하는
    방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    참조 화상 데이터(reference picture data)에 대한 상기 비디오 인코더로부터 상기 버퍼로의 요청에 응답하여 비대칭적으로 사이즈 설정된 매크로블록(asymmetrically sized macroblock)을 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼 내 짝수 또는 홀수 행 중 하나로서 상위 필드(a top field)를 저장하고, 상기 짝수 또는 홀수 행 중 다른 하나로서 하위 필드(a bottom field)를 저장하는 단계를 포함하는
    방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    화상-적응적 프레임-필드 인코딩(picture-adaptive frame-field encoding) 또는 비-화상-적응적 프레임-필드 인코딩(non-picture-adaptive frame-field encoding)을 위해 매크로블록을 선택적으로 리포맷(reformatting)하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    매크로블록의 폭이 상기 버퍼의 상기 최소 버퍼 길이와 관련된 바이트 개수와 적어도 같은 매크로블록을 사용하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 최소 버스트 길이가 16바이트 보다 큰 버퍼, 및
    상기 버퍼에 결합되어 상기 버퍼로 요청 당 하나의 매크로블록만을 버스트(burst)하는 인코더를 포함하는
    장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인코더는 32바이트 폭 × 8행의 매크로 블록(32byte wide by 8 row macroblock)의 버스트 전송(burst transfer)을 제공하는
    장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼는 상기 인코더로 데이터의 매크로블록을 제공하고, 상기 매크로블록 사이즈는 상기 버퍼의 상기 최소 버스트 길이와 일치하고 상기 버퍼는 상기 비디오 인코더에 의해 완전히 이용될 수 있는 데이터를 제공하기만 하는
    장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼는 DDR3 정적 동적 RAM(static dynamic random access memory)인
    장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 인코더는 참조 화상 데이터에 대한 상기 비디오 인코더로부터 상기 버퍼로의 요청에 응답하여 비대칭적으로 사이즈가 설정된 매크로블록을 제공하는
    장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼는 짝수 또는 홀수 행 중 하나로서 상위 필드를 저장하고 짝수 또는 홀수 행 중 다른 하나로서 하위 필드를 저장하는
    장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 인코더는 화상-적응적 프레임-필드 인코딩 또는 비-화상-적응적 프레임-필드 인코딩을 위해 매크로 블록의 데이터를 선택적으로 리포맷하는
    장치.
  16. 비디오 인코더에 의해 실행되는 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 매체로서,
    상기 비디오 인코더는 최소 버스트 길이가 16바이트보다 큰 버퍼에 의해 상기 비디오 인코더로부터의 요청 당 하나의 매크로블록만을 버스트 하는
    컴퓨터 판독 가능한 매체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 버퍼로부터 상기 비디오 인코더까지 매크로블록 데이터를 제공하는 명령어를 더 저장하되, 상기 매크로블록 크기는 상기 버퍼의 상기 최소 버스트 길이와 일치하며, 상기 비디오 인코더에 의해 완전히 이용될 수 있는 데이터를 상기 버퍼로부터 제공하기만 하는
    매체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    참조 화상 데이터(reference picture data)에 대한 상기 비디오 인코더로부터 상기 버퍼로의 요청에 응답하여 비대칭적(asymmetrically)으로 사이즈가 설정된 매크로블록(macroblock)을 제공하는 명령어를 더 저장하는
    매체.
  19. 제 16 항에 있어서,
    버퍼 내의 짝수 또는 홀수 행 중 하나로서 상위 필드(top field)를 저장하고, 짝수 또는 홀수 행 중 다른 하나로서 하위 필드(bottom field)를 저장하는 명령어를 더 저장하는
    매체.
  20. 제 17 항에 있어서,
    화상-적응적 프레임-필드 인코딩(picture-adaptive frame-field encoding) 또는 비-화상-적응적 프레임-필드 인코딩(non-picture-adaptive frame-field encoding)을 위한 매크로블록을 선택적으로 리포맷하는 명령어를 더 저장하는
    매체.
KR1020137009469A 2010-09-15 2011-09-08 비디오 인코더와 버퍼 사이의 대역폭을 감소시키는 데이터 리포맷 방법 KR101453705B1 (ko)

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