TWI272848B - Method and apparatus for reducing computational complexity in video encoders - Google Patents

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TWI272848B
TWI272848B TW092121509A TW92121509A TWI272848B TW I272848 B TWI272848 B TW I272848B TW 092121509 A TW092121509 A TW 092121509A TW 92121509 A TW92121509 A TW 92121509A TW I272848 B TWI272848 B TW I272848B
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Description

1272848 攻、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 特別需要指出的是，本發 本發明係關於視頻編碼領域。 明係關於—視頻資料區塊之編碼 【先前技術】 目前，在國際視頻壓縮標準例如丨263、mpeg_2以及 4中’一訊框由若干巨集區塊所組成。-巨集區塊由 右區塊所組成，此等區塊則由64個元件⑻⑽㈣所组成。 下:請注意—具體資料區塊之該編碼’圖5描述了-種編碼 :二if猎由一離散餘弦變換(DCT)模組所產生之離散餘弦 :哭於A係數之—量化器對其進行該量化之後，即使該量 況”—入Λ非零仍有可能無法產生非零輸出。在此等情 彳又長度碼（vlc)編碼器就沒有可用來編碼的量化 係數。對於每一资料尸掄沾女々 之旗標。如果沒有可:V名稱為編碼區塊型樣(cbp) 旌a、 "於編碼芡係數，對於該具體區塊此
勃、：!/又疋為—零並且不執行量化。否則將旗標設定為1並且 係…藉A知描器以-種鋸齒形方式對該量化DCT =仃知描然後藉由該VLC編碼器對其進行編碼並且以 種壓縮視頻位亓、、六 、 机々万式鉍移動向量一起進行傳送。 沒有應用中’有很高百分比的區塊執行結束後仍 Γ :於編碼^非零係數（亦即’CBP，。如此，不幸的 疋”思味著該量化運算通常為冗餘的。 :::另問題即為該量化運算相當昂貴。在最通常採 !化峨中’將-具體町係數進行如下量化·· 87128 1272848 令： COEFn]表示該 DC 丁係數；poj， 63 Q表示該量化步驟大小 QCOEF⑴表示該量化器區塊之該輪出 對於每個索引值V，，該量化藉由如下—組運算來執行： SGN=Sign(COEF[i]) ABSVAL=Abs(COEF[i]) QCOEF[i] = SGN*( ABSVAL/(2*Q)) 該函數Slgn〇傳回-個值oq或者]可取決於該輸入係等 於零’大於零或者小於零。該函數Abs()傳回該輸入之該絕 對值（數值（magnitude))。 從該等等式中顯然可得出該量化方法對於每個係數而言 均要執行若干次運算。在該等等式中，有可能藉由一乘法 運算來消除昂貴之該”除法”運算。不幸的是，該運算之次 數依然相當咼並且至少有1 〇%的該計算資源消耗於一編碼 器中。 【發明内容】 一種用於減低一視頻編碼器系統的計算複雜性之方法及 I置。该方法包括接收變換後的視頻區塊資料係數，設定 一定限，決定變換後的視頻區塊資料係數中是否至少有一 個大於該定限，如果該變換後的視頻區塊資料係數中至少 有一個大於該定限則執行後續壓縮功能，以及如果該等變 換後的視頻區塊資料係數中沒有一個大於該定限則略過後 續壓縮功能。 87128 1272848 【貫施方式】 在低位兀率中（例如， 一 沾、s此广 在64 kbPs情況下之QCIF)，多達75〇/。 的視頻壓縮區塊執行結 L㈤丄 果後仍未編碼（亦即CBP=0)。如此， 如果有一種更容易的 1 士 万式來預先決定量化是否有必要那麼 说存在節省計算之巨大％ , ^ 曰力。在其餘益處當中，根據一會 犯例’該揭示之發明可获 、 _ 」猎由消除所有冗餘區塊量化運算來 減低藉由該編碼器所勃 、、 斤執订足孩計算總量。在其餘益處當中， 根據一相關實施例，滿 、 視頻編碼器所實現之該減低之複雜性 亦可對減低系統成本作貢獻。 哭_-相關實施例，可在執行_快速及有效檢查一量化 态疋否產生了一非零係數之量化之前藉由引入-新功能區 ，以將1編碼器中之冗餘量化運算消除。計算之該等節省 '曰自、、如下事男·該新功能區塊之複雜性比該量化器函數 的複雜性要大幅減小。 圖係根據5訑例用於本發明之一視頻壓縮系統1 〇〇之 一貫例方塊圖。該視頻壓縮系統100包括一移動估計模組 (mot10n estlmati〇n m〇dule)u〇，一移動補償模組 1丨5，一加 法器120 ’ 一離散餘弦變換（DCT)模組125，一量化器130， 掃描模組或者掃描器135，一可變長度碼（VLC)編碼器 1 4〇 反量化器145，一反離散餘弦變換（idCT)電路1 50， 另一加法器1 55，以及一先前訊框電路1 6〇。 在運异中’移動估計係採用一個或者多個事先已處理之 影像訊框為來自於一目前影像訊框之影像資料區塊所計算 的。孩移動估計電路11 〇輸出了與一處理區塊相對應之一移 87128 1272848 動向量。該移動補償電路115採用該等計算後之移動向旦從 該先前訊框中形成一預測區塊。該加法器12〇藉由從—目前 影像訊框巾減去該制影像資料以計算—差分影像。採用 該DCT 125將此差分影像進行㈣。隨後該dct係數受由該 量化器130所減低之精度支配。該量化器13〇增加了壓縮的 同時帶來了數值敎。該掃描器135以—種鑛齒形的方式對 該量化後的DCT係數進行掃描。然後藉由該νιχ編碼器刚 對該掃描後的DCT係數進行編碼並且以一種壓縮視頻位元 流的方式與該等移動向量一起傳送。一區域重建迴路由該 反1化奋145、遠IDCT 1 50以及該加法器1 55所組成。該反 量化器145重建該DCT係數。該iDCT 150將該1)(：：丁係數變換 回該空間域（spatial domain)中以形成一量化差分影像。該 取終重建之訊框係由該加法器1 5 5藉由將該移動補償資料 加入違•化差分影像中來計算。然後儲存此重建後之資料 用於在該先前訊框模組丨60中處理後續影像訊框。 圖2係根據一較佳實施例之該視頻壓縮系統ι〇〇之一區塊 編碼系統200中一實例方塊圖。該區塊編碼系統2〇〇包括位 於該量化器130、該掃描器135以及該VLC編碼器140之前的 一檢查量化需求模組2 10。在該視頻壓縮系統1 00中，該區 塊編碼系統200可併入該量化器130、該掃描器135以及該 VLC編碼器140中。在運算中，該檢查量化需求模組210執 行一快速檢查以決定該DCT 1 25輸出是否將產生一非零係 數0 有若干可能實施例可能用於實現該檢查量化需求模組 87128 1272848 2 1 0。其中更有效的一個可能可取決於該編碼器所執行之實 際平臺。在所有實施例中，該檢查量化需求模組2 1 0決定其 值大於一定限THRESH之一 DCT係數是否存在。 THRESH之該值可為一量化步·驟大小以及一量化演算法 之一函數。在該較佳實施例中，至少有兩種類型之量化演 算法··普通量化演算法以及死區域量化演算法。 該普通量化演算法對於每個DCT係數可執行如下運算步 驟· SGN=Sign(COEF[i]) ABSVAL-Abs(COEF[i]) QCOEF[i] = SGN*( ABSVAL/(2*Q)) 其中： C〇EF[i]表示該 DCT 係數；i=0，l，...，63 Q表示該量化步驟大小 QCOEF[i]表示該量化器模組130之輸出 該函數Sign()傳回一個值0，1或者-1可取決於該輸入係等 於零，大於零或者小於零。 該死區域量化演算法可藉由如下一組運算來執行： SGN=Sign(COEF[i]) ABSVAL=Abs(Abs(COEF[i])-Q/4) QCOEF[i] = SGN*( ABSVAL/(2*Q)) 對於普通量化，THRESH=(2*Q-1)，其中Q係該量化步驟 大小。對於死區域量化，THRESH=(2*Q + Q/4-l)。 對於一函數有許多可能實施例來檢查是否至少有一個係 87128 -10- 1272848 數等於或者超過該THRESH值。例如： 實施例1 : MAXCOEF-0 For i=0 to 63
If(Abs(COEF[i])>MAXCOEF) MAXCOEF 二C〇EF[i]
Endif
End
If(MAXCOEF>THRESH) CBP=1
Else CBP = 0
Endif 實施例2 : CBP = 0 For i = 0 to 63
If(Abs(COEF[i])>THRESH) CBP=1
Break out of the For loop (離開該FOR迴圈）
Endif
End 可能有其餘不同之該實施例，但是該原理相同：即決定 是否存在至少一個其值大於一定限之係數。 圖3係根據一實施例概述該檢查量化需求模組2 1 0之該運 算之一實例流程圖300。在步驟3 1 0中，該流程圖開始。在 步驟320中，該檢查量化需求模組210接收變換後的視頻區 塊資料係數。在步驟330中，該檢查量化需求模組210決定 87128 -11 - 1272848 疋a。例如，該檢查量化需求模組21〇可藉由檢索一已儲 :之：限’計算-定限’接收-定限輸入來決定一定限： ^者^人由任何其餘有效之方法來決定—定限。在步驟34〇 ’孩檢查量化需求模組21G決定是否至少有—個變換後的 ，λ、區塊貝料係數大於該定限。如果該判斷為真，該檢查 求模組210前進至步驟350。如果該判斷為假，則該 量化需求模組21〇前進至步驟36卜在步驟35〇中，該檢 查I化需求模組210將變換後的視頻區塊資料發送至進一 y [、、宿兒路中。在步驟36〇中，該檢查量化需求模組2 1 〇略 過進一步壓縮電路例如該量化器13〇。在步驟37〇中，該流 程圖結束。 如此，根據一實施例，本發明提供一種用於減低一視頻 編碼器系統例如該視頻壓縮系統1〇〇的計算複雜性之方法。 該方法包括接收變換後的視頻區塊資料係數，設定一定限， 決定變換後的視頻區塊資料係數值中是否至少有一個大於 $亥足限，如果該變換後的視頻區塊資料係數值中至少有一 個大於該定限則執行後續壓縮功能，以及如果該等變換後 的視頻區塊貝料係數值中沒有一個大於該定限則略過後續 壓縮功能。該方法亦包括執行視頻區塊資料之一離散餘弦 變換以產生視頻區塊資料係數。 決定變換後的視頻區塊資料係數值中是否至少有一個大 於該定限之該步驟，可包括將一係數值與先前所有係數值 中之最大值反覆進行比較，如果該係數值大於先前所有係 數值中之最大值則將該係數值設定為最大值，並且決定該 87128 -12- 1272848 瑕大值是否大於一定限。決定變換後的視頻區塊資料係數 值中是否至少有一個大於該定限之該步驟，可進一步包& 開始執行每個變換後的視頻區塊資料係數值與一定限值之 反覆比較，並且當一個變換後的視頻區塊資料係數絕對值 大於該定限時則結束該反覆比較。如果變換後的視頻區塊 資料係數值中至少有一個大於該定限則執行後續壓縮功能 之遠步驟，可進一步包括量化該等變換後的視頻區塊資料 係數。如果變換後的視頻區塊資料係數值中至少有一個大 、為足限則執行後％壓縮功能之該步驟，可進'一步包括掃 描該等變換後的視頻區塊資料係數。 如果變換後的視頻區塊資料係數值中至少有一個大於該 疋限則執行後續壓縮功能之該步騾，可包括量化該等變換 後的視頻區塊資料係數以產生量化後的變換的視頻區塊資 料係數，掃描該等量化後的變換的視頻區塊資料係數以產 生掃描！化變換後的視頻區塊資料係數，並且對該等掃描 !化變換後的視頻區塊資料係數以可變長度碼方式進行編 ，。設定該定限之步驟可將該定限設定如下：基於一普通 里化演异法之一使用情況下為大約兩倍於 減去卜基於-死區域量化演算法之„使用情況下為大㈣ 倍於一量化步驟大小加上大約四分之—該量化步驟大小再 減去1，或者為任何其餘有效定限。 圖4係根據-實施例之—檢查量化需求模組21〇之一會例 万塊圖。該檢查量化需求模組21〇包括一定限模組41〇, 一 變換後的視頻區塊資料與定限比較模組42〇,以及一量化哭 87128 -13- 1272848 略過決定模組430 該定限模組41〇可儲存一定限，可計算
獲得一定限。
定為該最大值，並且決定該最大係數值是否大於一定限。 該變換後的視頻區塊資料與定限比較模組42〇亦可組態用 於開始執行變換後的視頻區塊資料係數值之每個值與一定 限值之反覆比較，並且當一變換後的視頻區塊資料係數之 該絕對值大於該定限時就結束該反覆比較。 根據一貫施例’计异T之该卽省相當大。例如，該檢香 量化需求模組2 1 0中之運算次數比該量化器丨3 〇要低若干 倍。例如，考慮具有如下參數之該情況： 75%的區塊沒有編碼（CBP = 0)。 該檢查量化需求模組對於每一區塊執行N次運算。 該量化器對於每一區塊執行4N次運算（4倍）。 每秒鐘有10000個區塊需要處理。 如果沒有該檢查量化需求模組210，那麼每秒鐘需要運算 次數為40000*N。有了該檢查量化需求模組210，所需之該 運算為
10000*N+0.25*4*N*10000 = 20000*N 如此，在此示例中就有50%的節省。 根據另一實施例，本應用可併入一移動通信裝置 87128 -14- 1272848 (deVlce)、-手持裝置或者類似裝置之—即時視頻編碼器 中。如此，此實施例可提供一移動通信裝置包括減低—視 頻編碼系統100的計算複雜性之一裝置（apparatus)。該裝置 包括組態用來產生變換後的視頻資料區塊係數之一視頻資 料區塊係數變換器125，連接該視頻資料區塊係數變換器 125之一檢查量化需求模組21〇，該檢查量化需求模組包括 一量化略過電路，以及連接該檢查量化需求模組21〇之一量 化器130。該檢查量化需求模組21〇包括一定限模組5丨〇，一 變換後的視頻區塊資料與定限之比較模組52〇，以及一量化 咨略過決定模組530。該檢查量化需求模組21〇可組態用來 決定變換㈣視頻資料區塊㈣中是否至少有—個起碼等 於並且大於一定限。 、本毛月之省方法較佳地實現於一可編程處理器中。然而， 琢視頻壓縮系統丨00，該檢查量化需求模組210，以及其餘 :人可貝現杰通用或者專用電腦、一可編程微處理器 或者微控制器以及周邊積體電路元件、—asic或 晋曹# ?女 。 硬髂電子或者邏輯電路例如一離散元件電路、 可編程邏輯裝置（device)例如一 PLD、PLA、FPGA或者 心綺#或者類似裝置中。通常，任何可容納一有限狀態機且 J。見如圖所不《琢流程圖以及所描述之該方法之裝置 ,均可用於實現本發明之該等處理器功能。 夕火雖然已結合具體實施例對本發明進行了描述，但是很顯 ^熱譜此项技術之丨士可對上逑描述進行多種替代、修 正愈_ φ , ^ 。丫列如，該等實施例之不㈤組件可在該等其餘實 87128 -15- 1272848 、也幻中相互χ換、添加或者替換。故此，本發明之該等較 佳貝訑例之目的係用於說明，並非限制。所做之不同變化 並不脫離於本發明之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 圖丨係根據一較佳實施例用於本發明之一視頻壓縮系統 之一實例方塊圖； 圖係根據較佳實施例之該視頻壓縮系統之一區塊編 碼系統中一實例方塊圖； 、圖3係根據—實施例概述該檢查量化需求模組之該運算 之一實例流程圖； 、圖4係根據—實施例之一檢查量化需求模組2丨〇之一實例 方塊圖；以及 圖5描述了一種編碼方法。 【圖式代表符號說明】 100 視頻壓縮系統 110 移動估計模組 115 移動補償模組 120 力口法器 125 離散餘弦變換（DCT)模組 130 量化器 135 掃插模組或者掃描器 140 可變長度碼（VLC)編碼器 145 反量化器 150 反離散餘弦變換（IDCT)電路 87128 -16- 1272848 155 160 200 210 300 310 320 330 340 350 360 370 410 420 430 510 520 530 加法器 先前訊框電路 區塊編碼系統 檢查量化需求模組 流程圖 開始步驟 接收變換後的視頻區塊資料係數步驟 設定定限步驟 決定係數是否大於定限步驟 壓縮步驟 略過步驟 結束步騾 定限模組 變換後的視頻區塊資料與定限比較模組 量化器略過決定模組 定限模組 變換後的視頻區塊資料與定限比較模組 量化器略過決定模組 87128 17-

Claims (1)

  1. I272S@121509號專利申 T請鼻利範圍替換本(<) 拾、申請專利範圍 一種減低一視頻編碼器系統的計算複雜性之方法，其包 括： 接收變換後的視頻區塊資料係數； 設定一定限； 決定變換後的視頻區塊資料係數值中是否至少有一個 大於該定限； 如果該等變換後的視頻區塊資料係數值中至少有一個 大於該定限則執行後續壓縮功能；以及 如果該等變換後的視頻區塊資料係數值中沒有一個大 於該定限則略過後續壓縮功能。 2·根據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括執行視頻 區塊資料之一離散餘弦變換以產生視頻區塊資料係數。 3 ·根據申請專利範圍第1項之方法，其中決定變換後的視頻 區塊資料係數值中是否至少有一個大於該定限之該步驟 進一步包括： 將一係數值與先前所有係數值中之一最大值反覆進行 比幸父， 如果該係數值大於先前所有係數值中之該最大值則將 該係數值設定為該最大值；以及 決定該係數最大值是否大於一定限。 4 ·根據申凊專利範圍第1項之方法，其中決定變換後的視頻 區塊資料係數值中是否至少有一個大於該定限之該步驟 進一步包括： 87128-950912.DOC 1272848 n謂Γ ， 開始執行每個該變換後的視頻區塊資料係數值與一定 限值之一反覆比較；以及 當一變換後的視頻區塊資料係數之絕對值大於該定限 時則結束該反覆比較。 5·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中如果該變換後的視 頻區塊資料係數值中至少有一個大於該定限則執行後續 壓縮功旎之该步騾進一步包括量化該等變換後的視頻區 塊資料係數。 6·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中如果該變換後的視 頻區塊資料係數值中至少有一個大於該定限則執行後續 壓縮功能之該步驟進一步包括掃描該等變換後的視頻區 塊資料係數。 7·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中如果該變換後的視 頻區塊資料係數值中至少有一個大於該定限則執行後續 壓縮功能之該步騾進一步包括： 量化該等變換後的視頻區塊資料係數以產生量化後的 變換的視頻區塊資料係數； 掃描該等量化變換後的视頻區塊資料係數以產生掃描 量化變換後的視頻區塊資料係數；以及 對该等掃描量化變換後的視頻區塊資料係數以可變長 度碼方式進行編碼。 8.根據申請專利範圍第丨項之方法，其中設定該定限之步驟 為將孫疋限設定為大約兩倍於一量化步騾大小再減去i。 9·根據申請專利範圍第8項之方法，其中設定該定限之步驟 87128-950912.DOC Μ 1272848 \ 為將該定限設定如下:基於一普通量化演算法之一使用 情況下為大約兩倍於-量化步驟大小再減去卜 10. 根據申請專利範園第4之方法，其中設定該定限之步驟 為將該定限設定為大约兩倍於-量化步驟大小加上大約 四分之一該量化步驟大小再減去1。 11. 根據申請專利範圍第1〇項之方法，其中設定該定限之步 驟為將該定限設定如下：基於—死區域量化演算法之一 使用情況下為大約兩倍於__量化步驟大小加上大約四分 之一該量化步驟大小再減去1。 12. 根據申請專㈣圍第i項之方&，其中如果該變換後的視 頻區塊資料係數值中至少有—個大於該定限則執行後續 壓縮功能之該步驟進一步包括： 掃描該等變換後的視頻區塊資料係數以產生掃描變換 後的視頻區塊資料係數；以及 量化該等掃描變換後的視頻區塊資料係數以產生量化 掃描變換後的視頻區塊資料係數； 對該等量化掃描變換後的視頻區塊資料係數以可變長 度碼方式進行編碼。 13 · —種視頻編碼器裝置，其包括： 一視頻資料區塊係數變換器； 連接該視頻資料區塊係數變換器之一檢查量化需求模 組；以及 連接該檢查量化需求模組之一量化器。 14.根據申請專利範圍第13項之裝置，其中該檢查量化需求 87128-950912.DOC 1272848 口％:3· jiL'W Ηΐ 模組包括一量化器略過模組。 15·根據申請專利範圍第13項之裝置，其中該檢查量化需求 模組包括： 一定限模組； —變換後的視頻區塊資料與定限之比較模組；以及 一量化器略過決定模組。 1 6_根據申請專利範圍第丨5項之裝置，其中該變換後的視頻 區塊資料與定限比較模組可組態用於 對一係數值與先前係數值中之一最大值進行反覆比 較， 如果該係數值大於先前係數值中之該最大值則將該係 數值设定為該最大值，並且 決定該最大係數值是否大於一定限。 17·根據申請專利範圍第15項之裝置，其中該變換後的視頻 區塊資料與定限比較模組可組態用於 開始執行該變換後的視頻區塊資料係數值之每一個值 與一定限值之一反覆比較；並且 當一變換後的視頻區塊資料係數之絕對值大於該定限 時就結束該反覆比較。 18.根據申請專利範圍第13項之裝置，其中該視頻資料區塊 係數變換器包括一離散餘弦變換模組。 19·根據申請專利範圍第13項之裝置，其進一步包括將該檢 查量化需求模組與該量化器連接起來之一掃描器。 20.根據申請專利範圍第13項之裝置，其進一步包括： 87128-950912.DOC 1272848 EH气 )正替換頁 連接該量化器之一掃插器；以及 連接該掃描器之-可變長度碼編碼器。 21•根據中請專利範園第13项之裝置，其進一步包括. 包括-目前影像區塊輸入之一移動估計模組； 將孩移動估計模組與該視頻資料區塊係數變換器連接 起來之一移動補償模組。 22·根據申請專利範圍第21項之裝置，其進-步包括將該量 化器與孩移動估計模組連接起來之一區域重建迴路。 87128-950912.DOC
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