專利名稱：用于圖像壓縮設備的數據存儲單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及數據存儲單元，特別是用于圖像壓縮設備的數據存儲單元。
背景技術：
活動圖像專家組(MPEG)已經建立了以數字壓縮格式對如電影、視頻和音樂的音像信息進行編碼的標準。因此，如電影的活動圖像可以以數字壓縮格式被壓縮和傳輸。
MPEG-4是數字壓縮格式中用于固定和移動網絡的多媒體的標準。MPEG-4還提供了基于對象的編碼，其中視頻對象的形狀、運動和結構(texture)被分別編碼。H.263是通過非視頻電話應用的鏈路從視頻電話傳輸數據的壓縮格式的標準。
在移動通信網絡中，MPEG-4或H.263標準可以用于壓縮通過如數碼相機的應用引進的圖像。在壓縮編碼后存儲圖像減少了存儲圖像所需要的存儲器的數量。為了重放圖像，壓縮數據被取出和被解碼以便恢復原始圖像。
如圖1所示，活動圖像過程的傳統技術使用幀存儲器的三個字段(field)存儲要被壓縮的原始圖像的當前幀字段(CF)；存儲從壓縮的當前幀解碼的幀的解碼幀字段(DF)；存儲在先圖像的解碼幀的先前幀字段(PF)。每個幀字段包括亮度(Y)和色度(Cb/Cr)。
如圖2所示，在傳統技術中，每個幀使用176×144×1.5個像素以便存儲由YUV 4:2:0 QCIF(1/4通用中間格式)構成的一個圖像幀。亮度分量的字段被分割成9片，每片包含176×16個像素。
為了獲得當前圖像的解碼圖像，參考在先圖像的解碼圖像對當前圖像進行運動估計。然后，通過把在先圖像的解碼圖像與在當前圖像和解碼的在先圖像之間的重構的殘留圖像相加而創建當前圖像的解碼圖像。它被存儲在解碼幀字段(DF)中。例如第N幀的當前幀的一個解碼幀，被認為是在對例如第(N+1)幀的下一幀的每個順序步驟上的先前幀。
在傳統技術中，每個輸入幀的每個處理步驟使用三種幀字段，即CF、DF和PF。因此，三種幀間壓縮使用的存儲容量如下對于YUV 4:2:0 QCIF為114千字節(176×144×1.5×3個像素)；對于YUV 4:2:0 CIF為456千字節(352×288×1.5×3個像素)；而對于YUV 4:2:0 VGA格式為1382千字節(640×480×1.5×3個像素)。
在具有大存儲容量的視頻設備中，上述各幀字段的存儲不會引起嚴重問題。在如手持計算機、電話機或PDA的移動視頻設備中，物理大小和功率消耗是主要設計因素。減少存儲器容量和功耗非常有助于提高產品的吸引力。
發明內容
按照本發明的一個方面，提供一種圖像壓縮設備的數據存儲單元，該圖像壓縮設備用于處理以幀表示的運動圖像，該數據存儲單元包括用于存儲N片先前幀的先前幀字段；用于存儲M片解碼幀的解碼幀字段；和用于存儲K片當前幀的當前幀字段，其中N、K和M是自然數，N大于K或M，其中所述當前幀字段包括存儲目前要被壓縮的圖像的第一片和存儲下一個要被壓縮的圖像的第二片。
K由CEILING(SR/16)+1確定，其中SR是運動估計范圍的最大值，CEILING是整數函數。最好是，當SR是16的時候K是2，M是等于或大于2的整數。
按照本發明的另一個方面，當運動估計范圍是從-16個像素到+15個像素時，在完成當前幀的解碼操作后解碼幀字段移動(migrate)兩片間距。當運動估計范圍是從+15個像素到+31個像素時，在完成當前幀的解碼操作后解碼幀字段移動3片間距，其中移動是到形成先前的和解碼的幀字段的N+K片的區域。所述數據存儲單元最好被嵌入在圖像壓縮設備之中。
還提供一種圖像壓縮設備的存儲器，所述圖像壓縮設備用于壓縮以N片幀表示的運動圖像，所述存儲器包括亮度區和色度區；所述亮度區包括由N片組成的先前亮度幀字段；由K片組成的解碼亮度幀字段，K小于N；和由M片組成的當前亮度幀字段；并且所述色度存儲區包括由N個半片組成的先前色度幀字段；由K個半片組成的解碼色度幀字段；和由M個半片組成的當前色度幀字段，其中N是整數，K和M小于N。
解碼亮度幀字段在形成先前的和解碼的色度幀字段的N+K片的區域內移動K片間距，其中，解碼色度幀字段在形成先前的和解碼的色度幀字段的N+K個半片的區域內移動K個半片間距。在從先前色度幀字段占據解碼色度幀字段的片中，N+K個半片區域不移動。
參考附圖描述本發明的優選實施，其中圖1是在運動圖像壓縮設備中使用的傳統存儲器結構；圖2顯示傳統存儲器中的單元亮度幀的存儲；圖3是根據本發明的實施例的存儲器結構；圖4是在圖3的存儲器中存儲亮度幀的存儲映射；圖5是存儲解碼的亮度幀的存儲映射；圖6是本發明的示例的運動估計解碼過程；以及圖7是在解碼過程期間解碼幀階段的順序移動。
具體實施例方式
本發明將在下文參考附圖進行更充分地描述，其中顯示了本發明的優選實施例。不過，本發明可以許多不同形式來實現，它不應被構造為限制于這里陳述的各實施例。
對于本發明，“幀”被當作在單位時間內傳遞的圖像或圖片的單元。“幀字段”被認為是存儲幀的存儲器中的空間。“片”被認為是幀的單位面積，對于QCIF分辨率它最好是176×16個像素。“宏塊”被認為是用于運動估計的片中的單位面積，它最好是16×16個像素。
通常，運動圖像的壓縮過程包括以幀為單位對要被傳輸的運動圖像進行編碼和以幀為單位對所傳輸的運動圖像進行解碼。為了對要被傳輸的運動圖像進行編碼，各輸入圖像用各個幀來表示。一個幀可以包括運動補償幀對于先前幀之間的差。差信號可以用各種操作進行處理，例如離散余弦變換(DCT)、量化和可變長度編碼。
在可變長度編碼之后輸出的比特流，作為編碼圖像信號，通過輸出緩沖器被傳輸到通信網絡通道。在接收時，所接收的信號通過可變長度解碼、反量化、反離散余弦變換(IDCT)被解碼，從而恢復差信號。恢復的差圖像信號被加到從運動補償過程中要參考的先前解碼圖像補償的信號，以重構當前圖像。
按照本發明的實施例，運動圖像具有176×144個像素的分辨率的YUV4:2:0 QCIF的形式。運動估計的矢量范圍在垂直/水平方向是從-16個像素到+15個像素。本發明還可應用于例如CIF(每幀352×288個像素)或VGA(每幀640×480個像素)的圖像格式。
按照本發明的實施例，在運動圖像的圖像壓縮期間存儲當前的和解碼的幀的存儲器具有如圖3所示的存儲字段結構。存儲字段可以安排在如便攜式運動圖像終端的移動電子設備中嵌入的單個存儲器中。
存儲字段包括用于存儲從如相機的圖像輸入應用系統接收的當前幀的176×48個像素的當前幀字段CF(Y/Cb/Cr)；176×16個像素的解碼色度幀字段DF(Cb)和DF(Cr)，用于存儲色度信號的解碼幀；以及176×72個像素的先前色度幀字段PF(Cb)和PF(Cr)，用于存儲色度信號的先前幀。存儲字段還包括解碼亮度幀字段DF(Y)，它用于存儲亮度信號的解碼幀；以及先前亮度幀字段PF(Y)，它用于存儲亮度信號的先前幀。每個幀字段由多個片構成。
色度信號的幀字段是亮度幀字段的一半。亮度信號的片的大小是16×16個像素。色度信號的片的大小是16×8個像素。亮度幀字段PF(Y)和DF(Y)相互作用。色度幀字段PF(Cb/Cr)、DF(Cb/Cr)和當前幀字段CF(Y/Cb/Cr)彼此獨立。本領域普通技術人員容易理解，幀字段的位置在存儲器中是可變的。
圖4是在本發明的存儲器中存儲亮度信號的存儲映射。先前亮度幀字段PF(Y)的大小是176×144個像素，并且有從SL0到SL8的九個片。解碼亮度字段DF(Y)的大小是176×32個像素，并包括兩個片SL9和SL10。當前亮度幀字段CF(Y)屬于幀字段CF(Y/Cb/Cr)，即當前幀字段由亮度和色度圖像信號共享。當前亮度幀字段CF(Y)是兩個片，SL11和SL12。當前亮度幀字段CF(Y)的兩個片允許同時進行把輸入圖像存入存儲器的寫操作和運動圖像壓縮的讀操作。因此，13片的字段被用于壓縮輸入運動圖像幀的亮度信號分量。通常，需要27片同樣的亮度信號分量。
圖5是存儲解碼亮度幀的存儲映射。為了壓縮存儲在第一片SL11或SL12中的當前圖像，片SL0或SL1被用于進行第一片的運動估計/補償。然后，片SL9存儲第一片的解碼圖像。為了壓縮第二片SL12或SL11，片SL0、SL1和SL2被用于進行第二片的運動估計/補償。然后，片SL10存儲第二片的解碼圖像。
如圖6所示，運動補償伴隨著運動估計的過程。第二(從左數)宏塊MB屬于當前圖像的片SL12的解碼圖像的片SL10。運動估計的范圍是從-16個像素到+15.5個像素。對應片SL1中的宏塊MB的、圍住MB’的八個宏塊被分配給當前宏塊MB的運動估計。應用從運動估計/補償所獲得的差信號以便形成作為加到運動補償圖像值上的解碼圖像。在把片SL12的解碼圖像存入片SL10以后，從片SL0存儲下一個解碼片。
一旦存儲在當前幀字段CF(Y)中的圖像的解碼過程完成，新圖像就被引入當前幀字段CF(Y)。然后，相同的壓縮步驟被重復。在完成當前幀字段CF(Y)的壓縮過程以后，各解碼圖像順次被存儲在片SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5和SL6中。因此，對于要輸入的下一個圖像幀，SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5和SL6形成先前幀字段PF(Y)，而SL7和SL8形成解碼幀字段DF(Y)。在完成每個當前幀的壓縮步驟以后，各片的位置被改變。
在完成當前幀字段CF(Y)的解碼操作以后，解碼幀字段DF(Y)的起始位置向上移動兩個片間距。存儲一個圖像幀的解碼片的順序是從SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5、SL6、SL7到SL8。存儲片的數目11與組成先前的和解碼的幀字段的片的數目相同。
圖7是在解碼過程期間解碼幀階段的連續移動。因為當前幀字段CF(Y)是由例如SL11、SL12的兩片組成的，所以在每個壓縮步驟，解碼幀字段DF(Y)向上運動兩個片間距。
運動估計范圍有助于確定組成解碼幀字段的片的數量。解碼幀字段的片的數量由下式確定CEILING[SR/16]+1其中SR是運動估計范圍的最小值。CEILING[]在等于或大于因子的整數中間產生最小值。如果先前幀字段PF(Y)的片的數目是N，并且解碼幀字段DF(Y)的片的數目是K，則組成先前的和解碼的幀字段的片的數目可由N+CEILING[SR/16]+1獲得。因此，當運動估計范圍是從-16個像素到+15個像素的時候SR是16，解碼幀字段DF(Y)的片的數目K是2。組成先前的和解碼的幀字段的片的總數是9+2＝11。
如果運動圖像估計范圍是從-32像素到+32像素，則解碼幀字段的片的數目變成三(3)，因為CEILING[32/16]+1＝3。因此，組成先前的和解碼的幀字段的片的數目是12。
本領域普通技術人員容易理解，亮度分量的壓縮過程可以用于色度分量，其片的大小是亮度分量的一半。
按照本發明的至少一個實施例，減少了用于存儲運動圖像壓縮的數據的存儲容量。例如，對于QCIF型，傳統情況的27(9×3)片被減少到13片，存儲容量減少52％。表1顯示在處理運動圖像中根據本發明的各實施例的存儲容量減少的效果。
表1
雖然已經在上面詳細描述了本發明的優選實施例，可以清楚地理解，對本領域技術人員來說，這里所述的基本發明概念的許多變化和/或修飾，仍然會落在如所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內。
權利要求
1.一種圖像壓縮設備的數據存儲單元，該圖像壓縮設備用于處理以幀表示的運動圖像，該數據存儲單元包括用于存儲N片先前幀的先前幀字段；用于存儲M片解碼幀的解碼幀字段；和用于存儲K片當前幀的當前幀字段，其中N、K和M是自然數，N大于K或M。
2.如權利要求1所述的數據存儲單元，其中所述當前幀字段包括存儲目前要被壓縮的圖像的第一片和存儲下一個要被壓縮的圖像的第二片。
3.如權利要求2所述的數據存儲單元，其中K由CEILING[SR/16]+1確定，其中SR是運動估計范圍的最小值，CEILING是整數函數。
4.如權利要求3所述的數據存儲單元，其中當SR是16的時候K是2。
5.如權利要求2所述的數據存儲單元，其中M是等于或大于2的整數。
6.如權利要求1所述的數據存儲單元，其中當運動估計范圍是從-1 6個像素到+15個像素時，在完成當前幀的解碼操作后解碼幀字段移動兩片間距。
7.如權利要求1所述的數據存儲單元，其中當運動估計范圍是從+15個像素到+31個像素時，在完成當前幀的解碼操作后解碼幀字段移動3片間距。
8.如權利要求6所述的數據存儲單元，其中移動是到形成先前的和解碼的幀字段的N+K片的區域。
9.如權利要求1所述的數據存儲單元，其中所述數據存儲單元被嵌入在圖像壓縮設備之中。
10.一種圖像壓縮設備的存儲器，所述圖像壓縮設備用于壓縮以N片幀表示的運動圖像，所述存儲器包括亮度區和色度區；所述亮度區包括由N片組成的先前亮度幀字段；由K片組成的解碼亮度幀字段，K小于N；和由M片組成的當前亮度幀字段；并且所述色度存儲區包括由N個半片組成的先前色度幀字段；由K個半片組成的解碼色度幀字段；和由M個半片組成的當前色度幀字段，其中N是整數，K和M小于N。
11.如權利要求10所述的存儲器，其中在半片中的像素的數目在垂直方向是屬于所述亮度區的片中的像素數目的一半。
12.如權利要求10所述的存儲器，其中所述解碼亮度幀字段在形成先前的和解碼的色度幀字段的N+K片的區域內移動K片間距。
13.如權利要求10所述的存儲器，其中所述解碼色度幀字段在形成先前的和解碼的色度幀字段的N+K個半片的區域內移動K個半片間距。
14.如權利要求13所述的存儲器，其中在N+K個半片區域中除了占據解碼色度幀字段的半片形成先前色度幀字段。
15.如權利要求10所述的存儲器，其中K表示為CHILING[SR/16]+1，其中SR是運動估計范圍的最小值，CEILING是整數函數。
16.如權利要求15所述的存儲器，其中當SR是16的時候K是2。
17.如權利要求15所述的存儲器，其中當SR是32的時候，K是3。
18.如權利要求10所述的存儲器，其中M是等于或大于2的整數。
19.如權利要求10所述的存儲器，其中所述存儲器被嵌入在圖像壓縮設備之中。
全文摘要
提供一種壓縮運動圖像幀的圖像壓縮設備的數據存儲單元。該數據存儲單元包括具有多個片的先前幀字段；具有多個片的解碼幀字段；和具有多個片的當前幀字段，其中先前幀字段存儲先前解碼圖像，而解碼幀字段存儲當前解碼圖像，其中先前幀字段的片數大于解碼幀字段和當前幀字段的片數。
文檔編號H04N7/32GK1520175SQ20041000509
公開日2004年8月11日 申請日期2004年1月14日 優先權日2003年1月14日
發明者樸賢相 申請人:三星電子株式會社