TW417403B - System for deriving a decoded reduced-resolution video signal from a coded high-definiton video signal - Google Patents

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Thomas Edward Horlander
Eric Stephen Carlsgaard
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Description

417^^3 五、發明說明（1) 發明領域 本發明係關於對一編碼的高解析度（HD)視訊信號解碼， 以產生一經解碼之視訊信號，該視訊信號適於例如， 或產生一母子晝面（PIP)或其他低解析度之顯示。 ' 發明背景 從一主要頻道顯示一較大晝面，而同時由次要頻道顯示 —較小子晝面之技術在電視接收器之領域中是為人所知 的。在這種情形下’高解析度電視（HDTV)接收器必須包含 —相當複雜且昂貴符合ISO 1381 8-2標準的解碼器，即時3 對接收的編碼HD視訊信號解碼以提供高解析度之顯示。1 而因為PIP子晝面小，觀眾不會注意高解析度ριρ子晝面^ 高解析度部分，因此不需要提供高解析度的p丨p子晝面。 因此為了提供PIP畫面，HDTV接收器可以提供一簡單且使 宜而仍能符合I SO 1 38 1 8-2標準的低解析度之第二解碼 器。
Boyce等人分別於j 9 9 7年3月25日》1 997年3月25曰及
1 和月J曰/斤公告之美國專利第5,6 1 4,9 5 2 'MW ’ 3 5，9 8 5號所揭示的技術中’提供了一續符 的低鮭化ώ — τ間旱且便宜 J低％析度之第二解碼器。 表之第二 準的低解 即時產生 &然而，仍然有需要提供一個比BoyCe等人所發 ~馬為更簡單且便宜，同時符合ISO 13818-2標 析度第二解碼器，以自接收的編碼KD視 PIP畫面。 中 發明之簡要說明
41 T A03 五 '發明說明（2) ' ^本發明揭示一種解壓縮—第一解析度影像之像素區塊之 系統。，該土統用以對以像素區塊形式來表示之第一解析壓 縮的影像貧料解碼，以提供一較低的第二解析度影像。該 系統包括在壓縮像素區塊資料中選擇一頻域係數的子集 合，及處理係數子集合的元件，以提供表包含在第一解析 影像令像素區的空間分布子集合之像素資料，且排除像素 區塊的其他像素。代表包含空間分析的像素資料係被格式 化（2 1 0 )，以提供降低的第二解析影像。 圖式之簡要明 圖1是本發明之一功能方塊圖，說明一變動長度解碼器 (VLD)響應於一HD MPEG(運動圖像專家組標準）資料位元流 的輸入產生一第一MPEG資料輸出至PIP解碼裝置，及一第 二MPEG資料輸出至HD解碼裝置。 圖la說明一8x8大小的離散餘弦轉換（DCT)係數區塊。 圖1 b說明根據本發明原理挑選出的較少的DCT係數子集 合。 圖2所示為圖1中加入本發明之特徵之p丨p解碼裝置之簡 化功能方塊圖。 圖3，3 a，3 b和3 c是圖2令取樣速率轉換器的實施例。 發明之詳細說明 圖1包含VLD 100，PIP解碼裝置102和HD解碼裝置1〇4 〇 響應於定義為輸入位元流之解碼之HD MPEG資料，VLD 1 00 其中一個響應是將大小為8 X 8的連續的量化離散餘弦轉換 係數區塊之編碼圖像資訊傳送至HD解碼裝置1 〇4的輸入。
五 '發明說明（3) " 再者’ H D解碑裝置1 〇 4先對每個8 X 8 D C T係數區塊做反量化 運算’然後做反離散餘弦轉換（IDCT)。最後HD解碼裝置 1 0 4必須對每一相互編碼的大區塊做移動補償的運算。 圖la說明一8x8DCT係數區塊，其中（i)DCTu的係數值 C在區塊左上解的位置）表示對應於gx8區塊像素值之μ個 代表影像的像素值在執行DCT之前的平均值（DC)(也就是 說’水平與垂直頻率均為0)，（2)DCT7 7的係數值（在區塊 右下角的位置）表示對應於8x8區塊像素值之64個代表影像 的像素值在執行DCT之後，取高的水平與垂直頻率成分。 對於一 HD影像而言，在圖1 a中的64個DCT係數，亦即，從 DCTG.Q到DCT7·7 ’全部或幾乎都不為〇。因此需要龐大的影像 處理ό十异以元成即時的I D c T。此外即時的移動補償也需要 大量的影像處理計算。因此HD解碼裝置1 0 4 (圖1 )大約需要 9 6百萬位元記憶體；在顯示影像之前暫時儲存MpEG解碼的 影像晝面。HD解碼裝置丨〇 4需要對這些畫做移動補償，以 重建真實的顯示晝面。因此，HD解碼裝置1 04係非常昂貴 的a 再回到圖1 ’響應於定義為輸入位元流之編媽之H d \丨p £ g 資料V L D 1 0 0另一個響應是將大小為8 X 8的連續的量化離散 餘弦轉換係數區塊的一小部份低頻係數之編碼圖像資訊傳 送至Ρ I Ρ解碼裝置1 0 2的輸入。在底下所詳述的Ρ IΡ解碼裝 置1 〇2之例子中，圖1 b說明這個小部份的DCT係數包括6個 DCT 係數 * 即MT" ’ DCT,，。，DCT2,。，DCT。」，DCT,.,和DCTd.2。 更清楚地說’ V L D 1 0 〇所接收之P I p位元流在v L D 1 ο 〇内的
417403 五、發明說明（4) ~ ' 分析器中已經做過前置分析，所以作為p I p解碼裝置丨〇 2之 輸入的P I P位元流中最大的DC丁係數流動值為7。這個限制 的意義從底下的詳述中會變得更為明顯。 圖2是本發明實施例中p丨p解碼裝置丨〇 2的簡化的功能方 塊圖，包括流動長度解碼器（RLD)2〇〇，反量化器 (IQ)202 ’單式IDCT單元2〇4(包括濾波及像素篩楝處理裝 置）’加法器2 0 5，篩楝像素記憶體2〇6，移動補償單元處 理裂置2 0 8和取樣速率轉換器21 〇。圖2中的簡化功能方塊 圖雖然沒有顯示P I P解碼裝置丨0 2實際情況下的控制操作裝 置’但符合I S 0 1 3 8 1 8 - 2標準之控制裝置係須納入實施例 中 。 為了說明的緣故’上面所提到的元件2 〇 〇，2 〇 2，2 0 4， 2 0 5 ’ 2 0 6 ’ 2 0 8和2 1 G在底下的描述中，都假設和上面討論 的例子中一致。 在這個實施例中，RLD 200對使用根據iso 13818-2標準 定義之2種掃描格式之每個8 X 8編碼區都有6個DCT係數輸 出。圖1 b例示6個DCT係數在每個8χ 8區塊中的位置。如果 目前影像的影像編碼延伸的交錯掃描旗標為〇 ,則在圖！ b 中的6個DCT係數在一維的掃描順序下對應於係數〇，1 , 2，3，4，5，而如果交錯的掃描旗標為^ , 6個DCT係數是 以係數0，1，2，4 , 5，6的掃描順序。rlD 200中根據交 錯掃描值將有2個流動值與I SO 1 3 8 1 8 - 2標準描述的意義不 同。如果交錯掃描為0，一個6的流動值表示所有輸入p I p 解瑪器丨0 2的係數均為0 ’且後續的係數也都為〇 ^相同
第8頁 五、發明說明（5) 地’如果父錯知指為1 ’ 一個7的流動值表示所有翰入解碼 器1 0 2的係數均為0，且後續的係數也都為〇。表1是r乙D 2 0 0中交錯掃描旗標的二種可能值對流動值為6及7之意 義。 表1對RLD 200中之流動值為6及7之意義 流動値 交錯掃描 PIPRLD中之意義 6 0 所有之DCT係數=0 6 1 與ISO 13818-2標準相同 7 0 不允許 7 1 所有之DCT係數=0 -—--------1 IQ 2 0 2實行反量化運算且依iso 13818-2標準飽和於6個 D C T係數。更清楚地說’ I Q 2 0 2必須實行反量化運算，及 依據I SO 1 3 8 1 8 - 2標準將反量化過程的飽和部分飽和於DcT 係數（u，v ) = (0, 0) ’（1，0) ，（2, 0) ，（0, 〇 ，〇, 1)和 (0，2)。反量化過程的不對稱部分是不需要的。 傳統上 > 以I Q 2 0 2輸出端頻域上各別的反量化dct係數 值定義8x8區塊中的編碼資訊，轉換成以篩棟像素之較小 區塊之各別值空間域的影像資訊，以導出—較低解析度之 視訊信號以供P I P顯示器顯示需要三個分開步驟的大規模
第9頁 417403
五 '發明說明（7) 值為0，因此對gg』到gh7的計算沒有任何影響。 篩楝像素值之連續式掃描集合 g(0,0) = [8DCT〇.„ + 10DCT,.〇 + 10DCT〇,, + 7DCT〇,2 + I3DCT,., + 7DCT2,〇j /64 g(l,0) = [8DCT〇〇 + 4DCTi.〇 + IODCT〇j + 7DCT〇,2 + 5DCTu -7DCT2,〇]/64 g(2,0) = [8DCT〇.〇 - 4DCT,.〇 + lODCTo., + 7DCT〇.2 - 5DCT,., - 7DCT, 〇] / 64 g(3,0) = [8DCT〇.〇 - 10DCT,.〇 + 10DCT〇., + 7DCT„,2 - 13DCT,., + 7DCT,.n] /64 g(0,l) = [8DCTa〇+ I0DCT丨.〇 十 4DCT〇.丨-7DCT〇.2 + 5DCT丨.丨 +7DCT2‘(,J/64 g( I, I) = [8DCT〇n + 4DCT| 〇 + 4DCT〇j - 7DCT〇 2 + 2DCT|j - 7DCTi〇) / 64 g(2,1)二[8DCT0.0 - 4DCTU + 4DCTai - 7DCTru · 2DCTh1 - 7DCT2,()1 / 64 g(3,l) = [8DCT0.0 - 10DCTi,〇 + 4DCT〇,, - 7DCT〇.2 - 5DCTU + 7DCT3.n] /64 g(0,2) = [8DCT〇,〇 + l〇DCT,.〇 - 4DCT〇,, - 7DCT〇.2 - 5DCT,., + 7DCT2.〇j/ C4 g(l,2) = (8DCT〇.〇 + 4DCT,.〇 - 4DCT〇,, - 7DCT〇.2 - 2DCTU - 7DCT2.〇] / 64 g(2,2) = [8DCT〇,〇 - 4DCT|.〇 - 4DCT〇,i - 7DCT〇,2 + 2DCT|.i - 7DCTY(i] / 64 §(3,2) = [8DCT〇,〇 - 1 ODCT1.0 - 4DCT〇」-7DCT〇_2 + 5DCT|,| + 7DCT2.0] / 64 g(〇i3) = [8DCT〇 〇 + 10DCTi,〇 - 10DCT〇,i t 7DCT〇 2 - 13DCT11 + 7DCT20] / 64 g( 1，3) = [8DCT〇.〇 + 4DCT|,〇 - 1 ODCT〇,i + 7DCT〇.2 - 5DCT1,1 - 7DCT2.0] / 64 g(2,3) = [8DCT〇,〇 - 4DCTi,〇 10DCT〇,i + 7DCT〇.2 + 5DCTi,l - 7DCT2.0]/64 g(3,3) = [8DCT〇,〇 - lODCTi.o - 10DCTOJ + 7DCT〇.2 + 13DCT1.1 + 7DCT2.〇] / 64 篩揀像素值之交錯式掃描集合
4 丨 7403
五、發明說明〔8) g(0,0) = [8DCT〇,〇 + 7DCT,.〇 + HDCT〇., + 10DCT〇.2 + l〇DCTu] / 64 g(l,0) = [8DCT〇.〇-7DCT,,〇+ HDCT〇., + iODCT〇.:- 10DCT,,,]/64 g(0,1) = [8DCT(),〇 +7DCT,,〇 + 9DCT〇.i + 4DCT〇,: + 9DCTU] / 64 g(l,l) = [8DCT0.〇 - 7DCT,,〇 + 9DCT〇,i + 4DCT〇.2 - 9DCT,.,} / 64 = [«πγταλ +7DCT,»+ , - 4πγτ〇ί + 6πγ.τμ] / ^ g(l,2) = [8DCT〇,〇 - 7DCT,.〇 + 6DCT〇,i - 4DCT〇,2 - 6DCTU] / 64 g(0,3) = [8DCT〇.〇 +700X^0 + 2DCT〇,i - l〇DCT〇.2 +2DCTU] / 64 g(l,3) = [8DCT〇i() - TDCTi.o + 2DCT〇., - 10DCT〇.2 - 2DCTU] / 64 g(〇,4) = [8DCT〇.〇 + 7DCT,.〇 - 2DCT〇.i - l〇DCT〇.2 - 2DCTt,,]/ 64 g(l,4) = [8DCT〇.〇 - 7DCT,.〇 - 2DCT〇.i - IODCT0.2 + 2DCT,.,) / 64 g(0,5) = [8DCT〇,〇 +7DCT|,〇 - 6DCT〇,t - 4DCT〇 2 - 6DCT1 j] / 64 g(1.5) = [8DCT〇,〇 - 7DCT|,〇 - 6DCT〇,i - 4DCT〇,2 + 6DCT11] / 64 g(0,6) = [8DCT〇,〇 + 7DCTli0 - 9DCT〇,, - 4DCT〇,2 - 9DCTU] / 64 g(l,6) = [8DCT〇,〇 - 7DCTK0 - 9DCT〇,i + 4DCT〇,2+ 9DCTU] / 64 g(0,7) = [8DCT〇.〇 +7DCTli0 - 1 IDCTo.j + IODCT〇,： - 10DCT, ,] / 64 3(1.7) = (80070.0-7007,,0- llDCTo., + 10DCT〇.：+ 10DCT,.,]/64 M篩揀像素值之連續式掃描集合''和"篩楝像素值之Λ ^ 人錯 式掃描集合"内的每一個篩揀像素數值可以由下列之 求出： I·如果U表示水平頻率，^表示垂直頻率，DCT * - u, > τρ DCT係數，則I DCT方程式可以用以將含解析之區塊f (χ 〇 解碼.\(其中乂 = 0，...，1\!;乂 = 0，...1)， iU，y) 9 N-lN-l -XXCiaiCC^DCT^cos ^ u -〇 1； = 〇 (2x 十 ^2N~ cos (2y + l)im ~2N""" (1)
4 17 4 0 3 五'發明說明（9) (對ISO 138 18-2標準而言） 2 _利用圖1 b中的6個DCT係數以得到近似方程式2
jf2 DCT〇·0 + ^ DCT,〇c〇S^lip + ^ DCTa 〇c〇s (2χ_^1)2η 1 1 2cosi^l 2N + + ι(2)
LiDCT。. 3 ·將近似方程式2的右側表示本(χ , y )。在連續式掃描的 情況下（連續式序列旗標為1 )，可將8χ8區塊中之連續4個 像素集合整理成2x2區塊，其平均值為 g(x,y) = ~ [f(2x,2y) + f(2x + l,2y) + f(2x,2y +1) + f(2x + l,2y +1) (3) 在交錯式掃描的情況下（連續式序列旗標為〇 )，可將8 x 8 區塊中之連續4個像素（或預測誤差）集合整理成4χι區塊， 其平均值為 g(x,y) = i[?(4x,y) + f(4x + l,y) + f(4x + 2,y) + f(4x + 3,y)] (4) 417403 五、發明說明（ίο) 因此，1 6個篩棟像素可以組成一個之像素值或預測誤差 的4x4區塊或2x8區塊（視連續式序列旗標而定）°這個區塊 表示成 3(x，y)，x = 〇，....，K ;y =，....，L。如果連續式序 列旗標為0，則K = 1且L = 7。如果連續式序列旗標為1，則 K = 3 且 L = 3 。 4.上面"篩楝像素值的連續式掃描集合"的1 6個方程式 g ( 0，0 )到g ( 3，3 )可以將方程式（2 )帶入方程式（3 )導出，將 X和y的數值代入g ( X，y )中，並將N = 8代入’並且將篩楝像 素值之連續式掃描集合之1 6個方程式之DCT係數以比值 (r a t i ο n a 1 v a 1 u e )求出近似之加權因數（\v e i g h t i n g factor )。相同的，"篩棟像素值的交錯式掃描集合”的丄6 個方程式g(0( 0)到g(l，7)可以將方程式（2)帶入方程式（4) 導出’將X和y的數值代入Ί (X，y)中，並將.8代入，並將 篩揀像素值之交錯式掃描集合之1 6個方程式之DCT係數以 比值（rational value)求出近似之加權因數（weighting factor) ° 因此’選擇交錯式影像輸出的不同空間分布之像素子集 合係較連續式影像輸出者有利。不論以訊框（f rame)為基 ♦或以％ (f i e丨d)為基礎的都可以做垂直篩楝渡波。主觀 上’當視框產生許多移動時，場基礎濾波比較好，反之當 有6午多空間細節時，畫面基礎濾波比較好。因此，為了使 像.τ'诗邊過程的問題最小’交錯式序列之實施例況使闬 1 / 4水平解析和全垂直解析的典型解碼。相反地，連續式 序列使用1 / 2水平與丨/ 2垂直解析方式。然而，這些典型的
第14頁 五、發明說明（1】） 篩楝因數並不是唯一的，其他因數也可以使兩； 回到圖2，篩棟像素記憶體2 0 6 (因為像素篩楝之緣故， 容量是未篩楝像素記憶體的1 / 4 )包含一些獨立的暫存區， 而每個暫存區都能在未顯示之控制裝置之控制下對暫存的 篩楝像素做先寫後讀的動作。為了符合I SO 1 3 8丨8 - 2標 準’篩棟像素記憶體2 0 6包含一個到數個暫存區，用以儲 存包括重新架構之内部編碼（I n t r a c 〇 d e d ) ( 1 )、預測編碼 (P )、雙向預測編碼（B)訊框或場考畫面等之篩採像素。再 者，M C U處理裝置2 0 8的移動補償預測區塊輸出，與由單式 I DCT濾波像素篩揀處理裝置2 0 4自每一 8 χ 8區塊中導出之丄6 個篩揀像素值之每個對應的區塊輸出在加法器2 〇 $中相 加，相加的像素值自加法器2 0 5輸出而加至筛楝像素記憶 體2 0 6之輸入，並寫入第一暫存區内。第—個暫存區可能 ，-個⑴叫的暫存區所儲存的_棟像素可能再 ΐ : I : Ϊ方式⑴先寫入苐一暫存區(2)從第-暫存區 ί 篩楝像素暫存器2 0 6之其他的暫存區=在ί 下，包含暫存區…像素記 L-to2 0 6自曰存£内項出_個遵循IS〇丨3818_ 塊，及輸入MCU處理裝置2〇8中，以提供: °° 根據前述之實施例，MCI]處理裝置2 =二 生1個亮度預測區塊和2個色度預測:母 部編碼參考畫面（1)的一部份，所有的t如不大區燒是内 存在篩楝像素記憶體2 〇 6的非内部編碑'則k為〇/否則儲 篩揀之像素被讀出並經過Mcu處理卜和㈧夢考晝囬經 衣夏2〇8的低通濾波處
第15頁 417403 五、發明說明（12) 理’益根據下面的方式產生預測： MCU處理裝置20 8所執行之移動補償處理有三個要素。第 一 ’要從儲存參考畫面之暫存區取出目前篩揀像素區塊的 位置；2二，要取出目前篩楝像素區塊的大小；及第三， 要對目前篩楝像素區塊做濾波9在這些要素的定義下，符 號/代表去尾數至負無限大之（1；1_1111(^^〇11〇{1;]^ result to minus infinity)整數除法，符號/ /代表去尾 標至0( truncation of the result to 0)的整數除去 s 拿 來作為移動補償的區塊位置，由參考晝面中區塊開始的水 平和重直座彳*指疋（也就是左上角位置）。 決疋5己憶體中取出的像素區塊位置的第一步驟是獲得移 動向夏’此移動向量在全解析情況下對序解碼將會利用 到。11個步驟包括對位元流内的移動向量資料的解碼、移 動向Ϊ預測器的更新，和非内部編碼的大區塊移動向量的 選擇’該大區塊包括沒有编碼的移動向量（也就是略過的 大區塊）。MCU處理裝置2〇8依符合iS〇 13818_2標準未執行 所有之運算。 在對移動向量解碼後，移動向量被修正而指向篩楝參考 晝面的正確位置。x和y表示計算出來的區塊的水平和垂直 位且 imv-(dx’dy)為解碼的移動向量，如果序列在全解 析度下解碼，則位在全解析度參考亮度畫面位置（χ + άχ/2, y + d y / 2 )的像素區塊會自像素記憶體讀出並產生亮度預 測。相同的’一個位在參考色度晝面之（x/2 + (dx//2)/2’ y/2 + (dy//2)/2)位置的色度區塊將被用以形成全解析度碼
五、發明說明（13) 中之2個色度成分的預測。 自篩棟像素記憶體2 0 6讀出而在M C U處理裝置2 0 8做移動 補償的區塊位置係利用X，y，d X，d y決定’而X和y目前預 測區塊在全解析晝面下的座標，（d X，dy)是解碼的移動向 量。下表2顯示各種預測模式下區塊的位置。下表3顯示各 · 種預測模式下，自篩楝像素記憶體2 0 6讀出而在MUC處理裝 置2 0 8作移動補償的區塊大小。 表2讀自記憶體2 0 6讀出以在MCU處理 裝置2 0 8作移動補償之區塊位置 預測模式 水平座標 垂直座標 連續序列，亮度 x/2+dx/4 y/2+dy/4 連續序列，色度 x/4+(dx//2)/4 y/4+(dy//2)/4 交錯序列，亮度 x/4+dx/8 y+dy/2 交錯序列，色度 x/8+(dx//2)/8 y/2+(dy//2)/2
第17頁 五、發明說明（14) 表3自記憶體2 0 6讀出以在“^處理 裝置2 0 8作移動補償之正塊大小 預測模式 水平大小 垂直大小 連續序列，亮度 9 9 連續序列，色度 —-------------- 5 交錯序列’亮度，訊框預測 5 17 交錯序列，亮度，場預測 5 9 交錯序列，色度，訊框預測 3 9 交錯序列，色度，場預測 ------------ 3 --------1 5 當需要做移動補償的像素區塊自篩楝像素記憶體2 0 6讀 出後，必須經過濾波而到預測。預測濾波使用五種不同的 渡波器《表4中列出這5種濾波器。濾波器1有2種相位，這 和I SO 1 38 1 8-2標準中描述的濾波器一樣，如杲移動向量 是偶數則使用相位0，如果移動向量是奇數則使相位1。濾 波為2有4種相位，而且只有在連續式序列中做水平與垂直 亮度預測使用。濾波器3有8種相位，只有在交錯式序列中 做水平直度預測時使用，濾波器4有4種相位，只有在漸進 式序列中做水平與垂直色度預測時使用β濾波器5有8種相 位’只有在交錯式序列中做水平色度預測時使闬，濾波器
第18頁 4l^4〇3 s------- 五·'發明說明（15) 2，3，4，5的相位選擇是根據移動向量’底下表5至表12 說明不同預測模式下使用的濾波器及相位。％表示模數運 算子，dx和dy表斧解碼的移動向量的水平及垂直成分。這 是因為濾波器的適算是四捨五入法（rounded t0 the nearest integer*)，而不是去尾法。 在雙向預測大區塊時，將2個篩揀像素區塊自師棟像素 記憶體2 0 6中讀出，，並在以ISO 1 38 1 8-2標準結合前分別經 過濾波。預測濾波的輸出（如果大區塊是雙向預測時將2區 塊結合）是MCU處理裝置208最終的輸出。表1 3列出不同預 測模式中最後預測區塊的大小。這些最後的預測區塊利用 加法器205與單式IDCT濾波及像素篩楝處理裝置2 0 4之輸出 做相加。預測區塊與單式I DCT濾波及像素篩楝處理裝置 2 0 4相力σ的總和是飽和的，以使所有寫入篩棟像素記憶體 2 0 6的像素值都在〇和2 5 5之間。 表4用以預測濾波之濾波器 預測濾波器 濾波器Kemal函數 濾波器1 (1,2,1)/2 濾波器2 (-2,-1,1,7,18,26,30,26,18,7,1,-1,-2)/32 濾波器3 (-1 .-1 ,-2,-4,-5,-5,-2,2,9,17,26,36,45,53,58,60, 58,53,45,36,26,17,9,2,-2,-5,-5,-4,-2,-1 r l )/64 ;慮波器4 (1,2,3,4,3,2,1)/4 濾波器5 (1又3,4;5,6,7,8,7,6,5,4,3,2,1)/8
第19頁
五、發明說明（16) 表5用以水平預測濾波之濾波器
lib*
預測模式 滤波器號碼 相位 連續序列，亮度 濾波器2 見表7 交錯序列，亮度 濾波器3 見表8 連續序列，色度 濾波器4 見表9 交錯序列，色度 濾波器5 見表10 表6 用以直接濾波之濾波器 預測模式 渡波器號碼 相位 連續序列，亮度 濾波器2 見表11 交錯序列，亮度，偶數 渡波器1 0 交錯序列，亮度，奇數 濾波器1 1 連續序列，色度 濾波器4 見表12 交錯序列，色度*偶數 濾波器1 0 交錯序列，色度，，奇數 濾波器1 1 第20頁 4 17 4 五、發明說明（π) 表7連續序列中水平亮度預測濾波之相位選擇 dx%4 相位 0 0 -3,1 1 -2,2 2 -1,3 λ 表8交錯序列中水平亮度預測濾波之相位選擇 dx%8 相位 0 0 -7,1 1 -6,2 2 -5,3 3 -4,4 4 -3,5 5 -2,6 6 -U7 7
第21頁 4 17 4 Ο 3 五、發明說明（18) 表9 連續序列中水平色度預測濾波之相位選擇 dx//2%4 相位 0 0 -3,1 1 -2,2 2 -1,3 3 表1 0 交錯序列中水平亮度預測濾波之相位選擇 dx//2%8 相位 0 0 -7,1 1 -6,2 2 -5,3 3 斗4 4 -3,5 5 -2,6 6 -1,7 7
第22頁 4 17 4 03 五、發明說明（19) 表11 連續序列中垂直亮度預測濾波之相位選擇 dy%4 相位 0 0 -3,1 1 -2,2 2 -1,3 η 表1 2交錯序列中水平亮度預測濾波之相位選擇
dy//2%4 相位 0 0 -3,1 1 -2,2 2 -1,3 η J
苐23頁 4 ί 74 〇3 五、發明說明（20) 表13 PIP MCU所輸出之區塊大小 預測模式 水平大小 垂直大小 — 連續序列，亮度 8 —-------- 8 連績序列，色度 4 4 交錯序列，亮度，場預測 4 S 交錯序列，亮度，訊框預測 4 16 交錯序列，色度，場預測 2 4 交錯序列，色度，訊框預測 2 8 再次回到圖2，一包括連續的晝面場或訊框之正k彳亍中 視訊信號係由篩棟像素記憶體2 〇 6讀出，並將訊號輸入取 樣速率轉換器2 1 0中。這麼做是為了從取樣速年轉換為中 得到一個顯示視訊信號輸出’並作為Ρ ί P顯示器的輸入° 在此例子中，假設P I P顯示的大小在水平與垂直方向都佔 整個HD顯示器大小的1 / 3，。如果HD位元流的原始解析度 是1920x1080之交錯式畫面，PIP解碼畫面（水平方向的像 素數目以4 : 1的因數歸楝）則為4 8 0 X 1 0 8 0之交錯式晝面。假 設以1 9 2 0x 1 0 8 0交錯式HD顯示時’則顯示的Pip晝面應該為 64 0x36 0之交錯式畫面。因此在這個例子中，储存在兒慢' 體中的解碼訊框必須被取樣速率轉換器在水平方向° 細放
4 ^ 74 03 五、發明說明（21) 1 / 3倍，垂直方向縮放1 / 3倍。 圖3方塊圖中顯示取樣速率轉換器2 1 0在功能上可採用傳 統形式。第一，區塊3 0 0對篩棟像素記憶體2 0 6讀出的進行 中的視訊信號做U倍上升取樣（前面提到的例子中在水平方 向是4倍）。這包括在讀出之視訊信號的每一水平像素後插 入3個零值像素樣本。第二，顯示濾波包含一個低通内插 濾波器3 0 2 ( Η;)，利用所讀出之視訊信號對這零值的像素 取樣做内插非零值計算。第三，區塊3 0 4對濾波器h的輸 出做D倍的下降取樣（前面提到的例子中在水平和垂直方向 均為3倍），從每群連續3個内插非零值中篩楝2個，並且使 用從取樣速率轉換器2 1 0輸出之顯示視訊信號中剩餘的内 插非零值。 前面提所有内部編碼（1 )晝面的大區塊均會提供一個0預 測值，以與MCU處理裝置2 0 8連結。然而，若要求出非内部 編碼（P或B)畫面的相互編碼大區塊預測，必須從表4中的5 個低通預測渡波器中選擇一個遽波器。圖3方塊圖中顯示 取樣速率轉換器2 1 0功能上的傳統形式，這個低通預測濾 波會導致一個不想要的顯著的顯示P I P畫面的脈衝。關於 這一點必須參考圖3 a，3 b和3 c。 圖3a表示一群n + 1張的連續晝面（GOP)，包括一張内部編 碼（1 )晝面以及後續的一連串延伸至下一I畫面之非内部編 碼之P書面Pj到Pn，但不包括下一張I畫面（虛線方塊）。顯 示I晝面是最清晰的，因為沒有經過低通預測遽波。然 而，非内部編碼畫面P,到Pn在經過MUC 2 0 8的連續低通濾波
第25頁 417403 五、發明說明（22) ~ — 後，在顯示時會因為較高之空間頻率資訊部分的損失而使 得每一非内部編碼之畫面p，到匕比先前的G〇p晝面模糊， 因此導致在顯示p I p晝面時令人討厭的顯著脈衝。 很明顯的G〇p晝面中最後一張晝面pn最模糊，如果g〇p 士 面中先前的每張晝面I，G0P畫面中之apn i分別都被低^ 濾過相同的數量’將使各畫面與G〇p畫面中模糊畫面p的 程度相同，如此則可以避免顯示p丨p畫面時令人討厭&顯 著脈衝。因為顯示的p I p畫面大小相當小，所以模糊顯示 的P I P畫面實質上比一個顯著脈衝的p I p畫面較不被觀幕注 意。 * 圖3b和3c顯示G0P晝面的每張先前晝面I，p,，， . ，p 所個別完成的低通濾波之方式。在圖3b和3c中，l<k<η Y 圖3 b和3 c說明連續2張顯示的ρ晝面，pk和pk_!，在處理上垂 直或水平方向的差異。圖3 b包含從M C U中之晝面PkM預測畫 面卩,的移動濾波器（HM) 3 0 6，上升取樣區塊3 0 0，補償濾波 器（H c ( k )) 3 0 8的顯示濾波1此三者以虛線方塊3 1 〇表示， h濾波器3 0 2以及下降取樣器3 0 4。圖3 c包含上升取樣區塊 3 0 0，補償濾波器（H c ( k - 1 ))的顯示濾波3丨2，此二者以虛 線方塊314表示’ 濾波器3 0 2以及下降取樣器3 04。補償 濾波的目的是利用Hc(k)濾波器3 08和Hc(k-l)濾波器312， 處理圖3 b和圖3 c中虛線方塊3 1 0和虛線方塊3 1 4的部分。方 法如下：L代表濾波器經過上取樣U倍，也就是說，在 濾波器HM的脈波響應的連續取樣中插入u-l個零。則Hc(k) 和H c (k ~ 1 )個關係可以表示成
第26頁 4 1 7403 五、發明說明（23)
Hc(k-1) = HMUHc(k). GOP中的最後一張P晝面Pn不需要補償濾波器，因為它已經 具有最大的模糊量。接著考慮晝面Pn_,，補償濾波器 Hc(n-1 )=ΗΜι1提供G0P中最後一張畫面Pn相同的最大模糊 莖。依此類推 ’ Hc(n_2) = HM, (； . L:， Hc(n_3) = HM.ι · HM. L. · Hy.L.。 一般而言，畫面P k的補償濾波器可以表示成
Hc(k) = H^ 其中上標n-k代表頻率響應ΗΜΛ:自乘n-k次。將Η。⑴乘以Η^.即 可得到G0P開始的第一張晝面I的補償濾波器。對於B畫 面，補償濾波器可以利用二張參考晝面之一。 實際的濾波器HM對應於表4中之適當濾波器之一選擇的 相位。由於預測濾波使用的相位大區塊階段會改變，使得 完美的預測濾波變的相當困難。然而在實驗上發現，相位 0在前面所提的補償濾波器之設計上提供很好的結果。 再者，如果在取樣速率轉換器2 1 0中的濾波係數值係可 以程式化，則所需之低通補償濾波將可在不增加成本之情 形下實施。因為在B畫面中的衰減不會傳遞’所以在設計 這些補償濾波器時只要考慮I和P畫面。更特別的是，籍由 將濾波器Η的頻率響應與圖3a中G0P晝面的一系列補償濾波 器的頻率響應做迴旋積分 > 所得之係數值可以先計算並存
第27頁 4174 Ο 3 五、發明說明（24) 〜- 入記憶體。然後所需要做的就是在顯示這些G〇p晝面前， 選擇合適的硬體或軟體將正確的係數值載入。 因為儲存濾波器產生的係中值所需的記憶體數量报小， 大量的濾波器係數值可以先計算並儲存，然而圖3a中G〇p’ 晝面之總數n+1張太大，因而沒有足夠的儲存空間儲存G〇p 中個別畫面所對應的濾波器係數值，因此一或多個渡波哭 之係數值可以使用在不同的GOP晝面，至少可以減輕前面" 所提顯著脈衝問題。因此濾波功能可以根據系統特性有吹 的調適改變，包括（a)移動向量形式，（b)連續晝面（G 〇p ^ 結構，（c) GOP邊緣的轉變，（d)處理I，B或P晝面，及（e ) I 輸出是交錯式或連續式晝面。因此，可以調整濾波器功$ 月匕 以適應P I P晝面特性，例如（i)所需的P I P晝面大小，（i i) 所需的是交錯式或連續式畫面，（iii)所需的PIP晝面垂直 和水平像素解析度。例如這個適應性能力讓解碼器在產生 P I P畫面時，將誤差傳遞最小化。特別是它可使解碼器在I 晝面的像素資枓移去後將解碼誤差最小化，且將濾波器在 G0P邊緣造成的不協調誤差最小化。 本發明的原理並不受上述最佳實施例中p 1 p解碼裝置102 所限制，其中U )圖1 b中連續的每個8x8方塊的DCT係數目 係限制了 6 個DCT 係數DCTd,〇 ’ DCTUG ’ DCT2,〇 ’ DCTqj ’ DC1\」 和DCT； 2，（ 2 )對連續式或交錯式訊框而言’對應於這些連 續8x8區塊之解碼篩楝像素密度以4 : 1的因數減少成丨6個像 素。-般而言，以單一步驟導自單一 I DCT，濾波及像素篩 楝處理裝置2 (Η之每一連續掃描集合或交錯掃描集合之方
第28頁 417403 五、發明說明（25) 程式之數目’係等於每一連續或交錯訊框像素之數目且每 一方程式之項目之數目係等於應用8χ8區塊之減少的DCT係 數之數目。然而因為以下的理由，利用符合ISO 13818 — 2 標準的編瑪H D視sfl彳&號，作為p I p解碼裝置1 〇 2的輸入是最 實際的： _ 第一種情況是增加每個8x8區塊的DCT係數數目，成為1〇 個DCT係數，即將圊lb 個DCT係數增加DCT ，DCT ， DCTi 2和DCT〇 3 4個係數’以增加pip顯示的高頻空間成分。 對應於這些連續8x8區塊的解碼篩楝像素密度將以小於4 : 1 之因數減少（因此每張連續式或交錯式訊框可以提供大於，； 1 6個像素值）’以便在水平與垂直空間取樣速率符合 Nyqu i st法則。這會導致實行單式〖DCT濾波像素篩楝處理 裝置2 0 4所需的計异處理和複雜度增加，因此降低了本發 明的優點。再者，觀眾也無法分辨出一個相當小之p I p所 顯示的P I P晝面之高頻空間成分。 第二種情況是利用減少每個8x8區塊的DCT係數數目，從 圖lb中6個減少至3個DCT0,a，DCTh。和DCTQ1，以減少PIP顯 示的高頻空間成分。這會使計算處理數量減少且較低所需 硬體的複雜度。特別是它簡化了所需的單式濾波像素 篩楝處理t置2 0 4但卻不能更進一步有效減少漸進式或交 式訊框每8x8區塊像素密度’除了該區塊之一單一像素之 外（也就是說，每個單一區塊像素有一個等於該區塊DC值 之值）。 雖然本發明已在前面特別描述過，針對一符合丨s〇
第29頁 417403 五、發明說明（26) 13818-2標準的編碼HD視訊信號解碼，以產生一即時的解 碼視訊作為P I P顯示，但本發明的範圍並不限於此。特別 是單式I DCT濾波像素篩楝處理裝置2 0 4之單一步驟處理可 適用於任何形式之解碼器裝置，解碼或經編碼之HD視訊信 號的方法，該方法可導出一與本發明申請專利範圍相同之 解碼視訊信號，不論編碼視訊信號是否遵循MPEG I S0 1 38 1 8-2標準編碼或是否即時產生。再者，解碼視訊訊號 可能和標準解析晝面一起使用，或者在播放時和標準解析 度的紀錄視訊信號一起使用，而不使用P I P顯示=
第30頁

Claims (1)

  1. 417403 六、申請專利範圍 1. 一種對以像素區塊形式來表示之第一解析度壓縮的影 像資料解碼以提供一較低的第二解析度影像之方法，其特 徵在於下列之步驟： 選擇該壓縮像素區塊資料的一頻域係數的子集合，對第 一解析度影像的像素區塊解壓縮， 處理該係數子集合的元件以提供表示具有第一解析度影 像令像素區塊的空間分布子集合之像素之像素資料，且排 除該像素區塊的其他像素；及 格式化該表示具有空間分布像素的像素資料，以提供較 低的第二解析度影像。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該處理步 驟包括產生係數子集合的元件的加權線性組合3 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其特徵在於該處理步 驟包括 選擇像素的空間分布子集合，及 依據該像素的子集合至少選擇（a )—加權係數的集合或 (b) —頻域係數的子集合。 4. 如申請專利範圍第2項之方法，其特徵在於該處理步 驟包括形成預定的係數子集合的元件的加權線性組合，提 供一非下降取樣的像素空間子集合的像素資料。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於依據交錯 和連續影像輸出選擇不同的像素空間分布子集合。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該格式化 步驟包括對具有像素空間分布子集合的像素資料做上升取
    第31頁 417403 六、申請專利範si $ 樣，提供較低的第二解析影像。 t_ 7. —種實施如申請專利範圍第1項之方法钱^量，其特 徵在於該處理步驟以"2邏輯次方（ρ 〇 w e r 〇 f 2 '駄0g i c )1'實 施。 8 .如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於處理步驟 包括根據所需的P I P晝面特性，選擇該像素的空間分布子 集合。 9 .如申請專利範圍第7項之方法，其特徵在於P I P晝面至 少包括下列其中一項特性（a ) P I P畫面大小，（b ) P I P畫面是 交錯式或連續式，及（c ) P I P晝面的垂直和水平像素解析 度。 1 0.如申請專利範圍弟1項之方法’其特徵在於該格式化 步驟包括對代表具有像素空間分布子集合的像素資料做適 應性濾波，並依據下列其中一項特性使用濾波器功能（a) 移動向量形式，（b)連續畫面（GOP)結構，（c)GOP邊界的轉 變，（d)屬於I ，B或P畫面，及（e )較低的第二解析度輸出 是交錯式或連續式晝面。 1 1.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該格式化 步驟包括對代表具有像素空間分布子集合的像素資料做適 應性濾波，並依據下列其中一項特性使用濾波器功能（a) 垂直像素資料濾波器，（b)水平像素資料濾波器* (c)色度 資料濾波器，及（d )亮度資料濾波器。
    第32頁
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