TW200529006A - Bi-directional motion compensation method to reduce temporal buffer - Google Patents

Description

200529006 五、發明說明（1) " 發明所屬之技術領$ 本發明是有關於一種雙向動態補償（Moti〇n Compensation)方法，且特別是有關於一種可節省暫存器 之雙向動態補償方法。 。 先前技術 動態補償（Moti0ri Compensation)是 ISO MPEG視訊影 像解碼過程中必要的功能。它的主要動作是拿前一張已 解碼出來的晝格作為參考，並依照移動向量（M〇ti 〇η Vector)來操取參考晝格中的一小塊影像作為預測子 (Predictor )，最後再將預測子與預測誤差相加，即可獲 得目前晝格的像素資料。 ' 請參考第1、2及3圖所示，第1圖為參考從過去時間 點（forward reference)所擷取出來之預測子的單向動態 補"ί員不思圖’第2圖為參考從未來時間點（b a c k w a r d ref erence)所擷取出來之預測子的單向動態補償示意 圖’第3圖則為將過去和未來的預測子作平均 (bi-directional ref erence)之雙向動態補償示意圖。 在第3圖中，假設從過去時間點所擷取出來之預測子為 pel—pred—forward[y][x]，從未來時間點所擷取出來之 預測子為pe 1 一 pred 一 backward [y ] [ X ]，反離散餘弦轉換 (Inverse Discrete Cosine Transform ，簡稱 IDCT)輸出 之預測誤差為f [ y ] [ X ]，則目前畫面之像素資料d [ y ] [ χ ] 依據MPEG之標準流程的數學運算步驟如下： 1 ·平均過去時間點及未來時間點的參考預測子

12791TWF.PTD 第5頁 200529006 五、發明說明（2) for(y=0 ; y<8 ; y + + ){ for(x:0;x<8;x++){ pel 一pred[y][x] = ( pel一pred—forward[y][x]+pel—pred—backward[y][x])// 2 ............⑴ 其中"//2n是代表先除以2再四捨五入。 2 ·將平均結果與預測誤差相加，並限制像素資料之 範圍，以獲得目前晝面之像素資料。其中因像素資料之 寬度為8位元，故其資料範圍為〇〜255 for(y=0 ； y<8;y + + ){ for(x=0;x<8;x++){ d[y][x]=pel一pred[y][x] +f[y][x]; (2) · · · if(d[y][x]<〇) d[y][x] = 〇 if(d[y] [x]>2 5 5 ) d[y][x] = 2 5 5 ； 上述之計算步驟在硬體電路之執行如第4圖所示，其 中，除了用以儲存預測誤差f [y ][χ]之丨1)(：丁暫存器41〇八 外，另需用以儲存從過去時間點所擷取出來之預測子 0〇1一？1^(1一{〇1^31'(1[7][乂]或從未來時間點所擷取出來之 預測子pel 一 pred — backward[y][x]的預測子暫存器420，

200529006 五、發明說明（3) 才能進行雙向動態補償。 在第4圖中，如前述計算式地首先從記憶體介面430 將預測子pel 一pred—f orward[y ] [X]存入預測子暫存器 4 2 0，再由記憶體介面4 3 0取得預測子 pel一pred_backward[y][x]，以進行預測子 pel一pred一forward[y][x]與pel一pred一backward[y][x]的 平均運算，然後再將平均結果與儲存於IDCT暫存器41 0之 預測誤差f [ y ][ X ]相加，並經限制運算器4 5 0將像素資料 d [ y ] [ X ]之資料範圍限制為0〜2 5 5。 由於在執行運算時，是從記憶體介面4 3 0將預測子 pel 一 pred 一 forward[y][x]存入預測子暫存器420，再由記 憶體介面430取得預測子pel — pred一backward[y][x]，假 如預測子暫存器4 2 0之容量僅可儲存一筆資料，亦即僅有 8位元時，則運算過程將必須自記憶體介面4 3 0交錯擷取 預測子pel-pred__forward[y][x]與 061一01^(1一53〇1^&『(1[7][父]，而大大地降低了動態隨機存 取記憶體（DRAM )的記憶體存取效能。因此，通常會藉 由提高預測子暫存器4 2 0之容量，來一次擷取多筆預測子 資料，以改善動態隨機存取記憶體之存取效能，然而， 此種作法也將導致硬體成本的提高。 發明內交 有鑑於此，本發明之目的是提供一種可節省暫存器 之雙向動態補償方法，其可在兼顧記憶體存取效能的情 形下，省略預測子暫存器之使用。

12791TWF.PTD 第7頁 20D529006 五、發明說明（4) 為達上述及其他目的，本發明提供一種可節省暫存 器之雙向動態補償方法，適用於僅使用一暫存器，以參 考第一預測子、第二預測子及預測誤差，來計算獲得目 前畫面之像素資料。此可節省暫存器之雙向動態補償方 法包括下列步驟：計算兩倍的預測誤差、第一預測子及1 之和，以獲得第一計算值；當第一計算值大於暫存器可 儲存之最大正值時，將最大正值與最大正值減1二者擇一 存入暫存器，否則將第一計算值存入暫存器；計算暫存 器之值與第二預測子之和，以獲得第二計算值；當第二 計算值大於暫存器可儲存之最大正值時，將最大正值與 最大正值減1二者擇一存入暫存、器，而當第二計算值小於 0時，將0存入暫存器，否則將第二計算值存入暫存器； 以及將暫存器之值右移1位，以獲得像素資料。 其中，第一預測子可以是從過去時間點所擷取出來 之預測子，而第二預測子則是從未來時間點所擷取出來 之預測子。或第一預測子可以是從未來時間點所擷取出 來之預測子，而第二預測子則是從過去時間點所擷取出 來之預測子。 其中，第一預測子、第二預測子及像素資料例如為8 位元之正值，預測誤差為9位元之正負值，而暫存器之寬 度則為1 0位元。 其中，判斷第一計算值是否大於暫存器可儲存之最 大正值的步驟，也可以是判斷第一計算值右移一位之值 是否大於2 55來決定。

12791TWF.PTD 第8頁 200529006 五、發明說明（5) 其中，判斷第二計算值是否大於暫存器可儲存之最 大正值的步驟，也可以是判斷第二計算值右移一位之值 是否大於255來決定。 由上述之說明中可知，應用本發明所提供之一種可 節省暫存器之雙向動態補償方法，除了同樣符合MPEG之 標準運算及兼顧記憶體存取效能外，更可省略預測子暫 存器之使用。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下： 實施方式 為了解釋方便起見，以下之計算式是假設從過去時 間點所擷取出來之預測子p e 1 _p r e d J 〇 r wa r d [ y ] [ X ；| = F， 從未來時間點所擷取出來之預測子 ’ pel 一 pred 一 backward[y][x]=B， 而計算獲得之像素資料 d[y][x]=D，反離散餘弦轉換（lnverse Discrete CQsine Transform，簡稱IDCT)輸出之預測誤差f[y；|[x] = I。其 中，並假設預測子F、B與像素資料D均為8位元之正值^ 而預測誤差I則為9位元之正值或負值。於是，前述習知 技術之（1)式可以改寫為pel — pred[y][x] = (F + B)//2 且 因為預測子F和B都是〇至25 5的自然數，故（1)式可以進一 步地改寫為061一0以(1[7][又]=(卩+6+1)>>1，其中">>1"将 代表右移1位之計算。 ’ 〃 年 另外，前述習知技術之（2 )式可以改寫為

200529006 五、發明說明（6) D=pel一pred[y] - - ----[] + I = I+(F + B + l )>>1 ，而為了 省去第4 圖 中之預測子暫存器4 2 0，我們必須將從記憶體介面4 3 〇取 得之預測子F或B，立即與儲存於IDCT暫存器41 〇之預測誤 差I相加，並回存於IDCT暫存器41〇。因此，前述習知技 術之（2)式可以進一步地改寫gD=((2*I + 1+F) + B)>>1或 D=((2*I + 1+ B) + F)>>1。因此，如將第4圖之uct暫存器 410擴充為1 〇位元時，則依據卯^之標準流程的像素士 D之數學運算步驟可以變更如下： μ ’ 1 ·計算兩倍的預測誤差I、預測子F或8 (以下以 子F為例）及1之和，且當其和大於儲存預測誤差丨之暫存 ，可儲存的最大正值時，將最大正值或最大正值減丨之 存入暫存器，否則直接將其和存入暫存器，計算式如 下： if((2*I+1+F)>511) result=2*255+l ； (或resuit=2*255 ;) else result = (2氺 I + l + F)； end i f 前述計算式之if((2*I + l+F)>511)亦可以 if(((2*I+l+F)>>l)>255)來取代。 2·計算暫存器之值與預測子B或？（以 例之和，且當其和大於暫存器可儲存之正^ ·、、、 將最大正值或最大正值減i之值存人暫 、’ 於〇時，將〇存人暫存器，否則直接將其和。存入暫田存器和小

12791TWF.PTD 第10頁 200529006 五、發明說明（7) 然後將暫存器之值右移1位’以獲得像素資料D，其計算 式如下·· if((result+B)>511) result = 2* 2 55 + l ; (或resu1t = 2氺2 5 5 ;) else if ( ( resu11 + B)<〇) result=0 ； else result=(result+B) i e n d i f D=result>>l ； 前述計算式之if((result + B)>511)及else if ((result+B)<0)亦可以使用if(((result+B)>>l)>255)及 else if (((result+B)>>l)<0)來取代 。 請參考第5圖所示，其為根據本發明較佳實施例之雙 向動態補償方法硬體電路執行示意圖。圖中，已省略第4 圖之預測子暫存器4 2 0，而儲存預測誤差I之暫存器5丨〇的 寬度則擴充為1 0位元，以便可以儲存2 * I之值。 w在Λ5，側中’首先從記憶體介面5 3 0取得預測 子^並1异兩倍的預測誤差1、預測子F及1之和，缺後 ；ί ί； f.'% # ί510 V# ^Α 側，由記憶體介面5 3 〇 &俨猫、日丨7 η 、 圖之右 值result與預測刊之；传=:Β，以計算暫存器510之 制於暫存器510可儲制運算器5 6 0將其和限 坷孖之最大正值與0之間，再將其和存

12791TWF.PTD 第11頁 200529006 五、發明說明（8) 入暫存器5 1 0，然後將暫存器5 1 0之值右移1位，以獲得像 素資料D。 故知，在前述說明之第4圖中，假設為了記憶體存取 效能而使用了 N個8位元之預測子暫存器4 2 0及N個9位元之 IDCT暫存器410，則在第5圖中，僅需N個10位元之暫存器 5 1 0即可達成。因此，本發明至少可節省8 * N - N = 7 * N個位 元之硬體的消耗，對於成本之節省十分有助益。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

12791TWF.PTD 第12頁 200529006 圖式簡單說明 第1圖係顯示參考從過去時間點（forward r e f e r e n c e )所擷取出來之預測子的單向動態補償示意 圖。 第2圖係顯示參考從未來時間點（b a c k w a r d r e f e r e n c e )所擷取出來之預測子的單向動態補償示意 圖。 第3圖係顯示將過去和未來的預測子作平均 (bi-directional reference)之雙向動態補償示意圖。 第4圖係顯示習知之雙向動態補償方法硬體電路執行 示意圖。 第5圖係顯示根據本發明較佳實施例之雙向動態補償 方法硬體電路執行示意圖。 【圖式標示說明：】 410 IDCT暫存器 4 2 0 預測子暫存器 4 3 0、5 3 0 記憶體介面 4 5 0、5 5 0、5 6 0 限制運算器 510 暫存器

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Claims (1)

1. 200529006 六、申請專利範圍 1 · 一種可節省暫存器之雙向 僅使用一暫存器，以參考一〜、補乜方法，適用於 及一預測誤差，來計算獲得目前金f子、一第二預測子 方法包括下列步驟： 旦面之一像素資料，該 計算兩倍的該預測誤差、 獲得一第一計算值； ^第一預測子及1之和，以 時 器 第 時 器 田二亥第一计算值大於該暫存器 J 2 f大正值及該最大正值i 1二者子擇之一户最大正值 否十m第-計算值存入該暫存器擇—存入該暫存 計算值； 頂/則子之和，以獲得一 當該第二計算值大於該暫存 將該最大正值及該最大正值減;1二储存之一最大正值 而當該第二計算值小於0時，一者擇一存入該暫存 則將該第二計算值存入該暫存器；、以I入該暫存器，否 將該暫存器之值右移1位/以 2·如申請專利範圍第1項所述之可:，素貧料。 動態補償方法，其中該第一預測^子即喝暫存器之雙向 取出來之預測子，而該第二預測去時間點所擷 取出來之預測子。 疋從未來時間點所擷 3 ·如申請專利範圍第丨項所述之 動，賞方法，其中該第一預測子是了卽 '暫存器之雙向 取士 f之預測+，而該第二預測 2時間點所擁 取出來之預測子。 從過去時間點所擷

   12791TWF.PTD 第14頁 200529006 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項所述之可節省暫存器之雙向 動態補償方法，其中該第一預測子、該第二預測子及該 像素資料為8位元之正值，該預測誤差為9位元之正負 值，而該暫存器之寬度為10位元。 5. 如申請專利範圍第4項所述之可節省暫存器之雙向 動態補償方法，其中判斷該第一計算值是否大於該暫存 器可儲存之該最大正值的步驟，是以判斷該第一計算值 右移一位之值是否大於255來決定。 6. 如申請專利範圍第4項所述之可節省暫存器之雙向 動態補償方法，其中判斷該第二計算值是否大於該暫存 器可儲存之該最大正值的步驟，是以判斷該第二計算值 右移一位之值是否大於255來決定。

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