專利名稱：具有縮小圖像功能的壓縮視頻解碼器及其方法
優(yōu)先權本申請要求優(yōu)先權，對于一個申請標題為“用于按比例縮小圖像的具有按比例縮小功能的壓縮視頻解碼器及其它的方法”，于2001年10月23日在韓國工業(yè)產權局提出申請，并頒布系列號為No.01-65476，在此結合參考它的內容。
另一方面，視頻壓縮編碼，比如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.261，和H.26L移去暫時冗余度以及空間冗余以壓縮圖像。首先，現在將解釋空間冗余的移去。一個空間域和一個頻域具有一個正交特性，并因此執(zhí)行可逆的變換。根據將來的使用，從而能夠轉換空間域和頻域。與其他的頻率變換相比較，一個離散余弦變換(DCT)顯示一種高能量壓縮特性，容易實現最佳化，并具有許多快速算法。當DCT被完成時，通過使用一個特性移去空間冗余，二維圖像能量在DC(直流)系數和它的低頻項的鄰近的DCT系數上被集中，這就使大值被集中在左端頂部和小值被集中在右端底部。根據DCT之后的量化，大值被減少，且小值被會聚成‘0’，而且通過可變的長度編碼(VLC)有望被壓縮。
此外，運動位移補償(MC)被用于移去暫時冗余度。例如，MPEG-4簡單模式(profile)使用一個內-視頻對象平面(I-VOP)和一個預示-視頻對象平面(P-VOP)。I-VOP是通過編碼一個完整屏幕而獲得的圖像，和P-VOP是通過移去暫時冗余度而獲得的一個不同的圖像，它僅僅顯示與先前圖像的差別。一個壓縮視頻解碼器的一個MC塊解碼P-VOP，并把解碼的圖像加到一個參考圖像上以再現屏幕。這里，MC塊通過一個運動矢量從先前屏幕中移動，讀取一個參考塊，和重新構成一個圖像。通過在16×16宏塊單元中只要移動0.5像素單位的一個矢量幅度來執(zhí)行MC。這里，在下面的說明中，‘16×16’表示水平×垂直的像素數。


圖1是一個方框圖，示例了一個普通的動畫終端，包括使用DCT和MC的根據視頻壓縮方法的一個壓縮視頻解碼器100，一個連接到用于按比例縮小圖像的壓縮視頻解碼器100的輸出端的按比例縮小塊114，和一個幀緩存器116。輸入到壓縮視頻解碼器100的一個壓縮的和編碼的視頻流是通過在使用DCT和MC的視頻壓縮方法中的MPEG-4的簡單模式壓縮的和編碼的一個視頻流。
壓縮視頻解碼器100包括一個頭部剖析器102，一個可變長度解碼器104，一個去量化(DQ)塊106，一個反離散余弦變換(IDCT)塊108，一個MC塊110，和一個幀緩存器112。壓縮視頻解碼器100解碼壓縮的和編碼的視頻流以獲得原始圖像。由于壓縮編碼，通過頭部剖析器分析壓縮和編碼的視頻流的各種信息，通過可變長度解碼器104解碼可變長度，通過DQ塊106去量化，并發(fā)送到IDCT塊108。IDCT塊108在去量化的圖像上執(zhí)行IDCT，也就是8×8塊DCT圖像。這里，IDCT塊108輸出通過解碼I-VOP獲得的一個圖像作為一個輸出圖像，把它存儲在幀緩存器112中，并將P-VOP發(fā)送到MC塊110。接著，通過使用I-VOP和P-VOP，MC塊110執(zhí)行MC，解碼P-VOP的圖像，并輸出解碼的圖像作為一個輸出圖像。為了根據顯示設備的屏幕的尺寸來按比例縮小解碼的圖像，按比例縮小塊114按一個先前設定的比率按比例縮小圖像。幀緩存器116存儲圖像以便按比例縮小塊114能按比例縮小圖像。按比例縮小的圖像被發(fā)送到顯示設備，并接著在屏幕上顯示。
除了一個芯片被用作一個主控制單元外，比如QUALCOMM公司的一個移動系統(tǒng)調制解調器(MSM)，由于一個中央處理單元(CPU)的一個低處理性能，動畫終端需要一個附加的芯片和一個大容量的隨機存取存儲器(RAM)。需要一個不同于普通電纜環(huán)境計算機的明顯減少計算復雜性的一個最佳的編碼以具體實現一個在有限的平臺上使用一個高處理性能和大存儲空間的多媒體技術。
此外，動畫終端制造商逐漸增大LCD尺寸以裝備更好的用戶界面。同樣，LCD改變尺寸。相反，標準的CODEC只支持一個常規(guī)的尺寸，比如四分之一公共中間圖像格式(QCIF)和一個公共中間圖像格式(CIF)。因此，一個用于按比例增加/縮小一個圖像的模塊必須被設計成一個專用集成電路(ASIC)，用于各種動畫終端。
由于動畫終端的小型化，一個LCD的尺寸也被減小。作為結果，由一個標準CODEC解碼的一個輸出圖像必須被按比例縮小以便在小尺寸的LCD上被顯示。這就是說，圖1的按比例縮小塊114被用于按比例縮小圖像，并因此還需要一個幀緩存器116。
而且，用于按比例縮小一個圖像的示例的方法包括用于在一個空間域中處理圖像的方法，和用于在一個頻域中處理圖像的方法?？臻g方法由于低的計算復雜性可達到一種較高速度，但圖像失真。頻率方法獲得比空間方法清晰的圖像，但由于計算的復雜性速度較慢。此外，頻率方法因為累積的計算錯誤可能惡化圖像的質量。為了提高由于高計算復雜性的低速度，必須包括一個高性能的CPU和必須增加RAM的容量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壓縮視頻解碼器及其方法，它通過減少用于按比例縮小圖像的計算的復雜性來增加解碼速度，保持原始圖像的質量和最小化失真。
為實現上述目的，提供一種根據視頻壓縮方法，采用離散余弦變換(DCT)和運動位移補償(MC)的用于解碼壓縮的和編碼的視頻流的壓縮視頻解碼器，包括一個反離散余弦變換(IDCT)塊，用于以圖像縮小比率按照8×8塊DCT圖像中的DC系數提取一個N×N塊DCT圖像，它是已經從壓縮的和編碼的視頻流中獲得，并將被IDCT-處理的，分別用N/8乘以相應的系數，并執(zhí)行它的IDCT，還包括一個MC塊，用于通過使用IDCT處理的參考圖像和當前圖像執(zhí)行MC，并減少運動矢量的幅度和減少在N∶8的比率上的MC的范圍。簡述說明通過結合參考附圖所進行的下面的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他的目的，特點和優(yōu)點將邊的更加顯而易見。
圖1是一個方框圖，示例了用于一個常規(guī)動畫移動通信終端的壓縮視頻解碼器和一個按比例縮小塊；圖2是一個方框圖，示例了按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的一個壓縮視頻解碼器；圖3是一個流程圖，示例了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一個IDCT塊的處理過程；圖4是一個示意圖，示例了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的IDCT塊對一個圖像按比例縮小的處理過程；圖5是一個流程圖，示例了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一個MC塊的處理過程；圖6是一個示意圖，示例了按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的MC塊的圖像按比例縮小的處理過程；圖7和8示例了本發(fā)明和常規(guī)技術中的按比例縮小的圖像的質量的比較模擬結果。
圖2是一個方框圖，示例了按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的一個壓縮視頻解碼器。與圖1相同，示例了解碼一個MPEG-4簡單模式的壓縮和編碼的視頻流。這里，頭部剖析器102，一個可變長度解碼器104和一個DQ塊106與在圖1的壓縮視頻解碼器中的操作方式相同，并因此提供相同的參考數字。另一方面，本發(fā)明的壓縮視頻解碼器使用一個N×N的IDCT塊200而代替用于圖1的壓縮視頻解碼器的IDCT塊108，和還使用了一個N×N的MC塊202而代替了MC塊110。此外，一個幀緩存器204具有N/8的尺寸，這不同于圖1的幀緩存器112。這里，‘N’等于或小于7以按比例縮小8×8塊的DCT圖像，而“N×N”是根據8×8塊的DCT圖像的縮小比率來確定的。例如，當減小的屏幕尺寸假定為‘132×108’，則‘N×N’被確定為‘6×6’。
參考圖3，示例了N×N IDCT塊200的一個處理流程圖(300-310)，N×N IDCT塊200劃分已經從壓縮和編碼的視頻流中獲得的和將被IDCT處理的DCT圖像，也就是在步驟300中，通過DQ塊106以8×8塊單位去量化一個整個屏幕。此后，按照從8×8塊DCT圖像中的DC系數，N×N IDCT塊200以圖像縮小比率來提取N×N塊DCT圖像，并在步驟302用N/8乘以相應系數。在步驟304，N×N IDCT塊200執(zhí)行N×N IDCT。從8×8塊DCT圖像中提取N×N塊DCT圖像，這樣分辨率被N/8的比率減少。然而，重組的圖像也通過N×N按比例縮小，以保持圖像質量。由于除了N×N塊DCT圖像之外的8×8塊DCT圖像的剩余部分被移去，N×N塊DCT圖像的各個系數被乘以N/8以便整個DCT系數值能以N/8的比率減少。
例如，當圖4a(a)的原始屏幕被按比例縮小到圖4a(b)的屏幕時，如果縮小比例是75％，則N×N變成6×6。此外，當假設圖4a(a)的矩形部分，也就是圖4b(a)的圖像是一個8×8塊DCT圖像，如圖4b(b)所示，則圖4b(b)的矩形部分，也就是如圖4b(c)所示的6×6塊DCT圖像僅在步驟302中被提取。當各自的系數乘以N/8以減少在N∶8比率上的圖4b(c)的6×6塊DCT圖像的整個系數值，圖4b(d)顯示了合成的圖像。圖4b(d)的6×6塊DCT圖像變?yōu)橐粋€按比例縮小的圖像，如圖4b(e)所示。
添加步驟304的N×N IDCT處理的塊以便在步驟306重組整個屏幕到N×N塊。當一個整個屏幕的8×8塊DCT圖像在步驟308全部被處理，程序前進到步驟310。當圖像的處理沒有被完成時，程序前進到步驟302，和在隨后的8×8塊DCT圖像上重復執(zhí)行N×N IDCT。無論何時在步驟306完成了一個N×N IDCT，該塊被添加到整個屏幕，代替在整個8×8塊上執(zhí)行N×N IDCT和重組整個屏幕到N×N塊。作為結果，不需要特別的存儲N×N IDCT處理的塊或在一個時間上重組整個屏幕到N×N塊。盡管標準的壓縮編碼建議在8的尺寸上填充邊緣，整個屏幕的IDCT處理的圖像被按比例縮小到尺寸N并接著被填充。這樣，完成了一個屏幕的IDCT處理。
如上所述，當從8×8塊DCT圖像中提取N×N塊DCT圖像時，分辨率以N/8的比例被減少。然而，重組的圖像也被按比例縮小到N×N，從而保持了圖像的質量。而且，用于IDCT的DCT系數的數被按照縮小比率的平方降低，從而明顯的減少了計算的復雜性。例如，當一個8×8塊圖像被重組為一個6×6塊圖像時，IDCT功能的頻率是等同的，但輸入系數的數從64被減小到36。通常，IDCT的計算復雜性是‘O(n3)’，而使用快速算法的自適應性的IDCT的計算復雜性是‘O(n2)’，則實際的計算復雜性按照比例縮小為縮小比例的5次方或4次方。
作為參考，通過下列公式1可以表示本發(fā)明的N×N IDCT公式1f(x,y)=2NΣu=0N-1Σv=0N-1C(u)C(v)F(u,v)cos(2x+1)uπ2Ncos(2y+1)vπ2N]]> 在通過N×N IDCT塊200的IDCT處理的圖像的情況下，通過解碼I-VOP獲得的圖像被輸出成作為圖1的壓縮視頻解碼器中的一個輸出圖像，并存儲在幀緩存器204中，并且將P-VOP發(fā)送到N×N MC塊202。然后，通過使用I-VOP和P-VOP，MC塊202執(zhí)行MC，解碼P-VOP的圖像和把它輸出成一個輸出圖像。這里，MC塊202減少運動矢量和在N∶8的比率上的MC的范圍的大小。也就是說，運動矢量的大小必須以圖像的縮小比率來減少以標出一個準確位置，且MC的范圍必須以縮小比率被減少以僅僅補償有效范圍。例如，圖6(c)顯示在8×8塊IDCT中由MC獲得的一個圖像，是參考圖像的I-VOP將是通過N×NMC塊202由MC處理的且是當前圖像的P-VOP必須是被按比例縮小的圖像，如圖6(a)和圖6(b)所示。
如圖5所示，示例了N×N MC塊202的一個處理過程(400-410)，N×N MC塊200提取一個宏塊，它將是在步驟400從IDCT塊200中被MC處理的。如圖6所示，在步驟402中宏塊的運動矢量MV的幅度在N∶8的比率上被減少，且在步驟404中，MC的范圍在N∶8的一個比率上被減少。通過相應的運動矢量MV指示一個參考屏幕，也就是存儲在幀緩存器204中的I-VOP區(qū)域的一個值被添加到當前屏幕中，并在步驟406中進行MC處理。此后，當在步驟408所有的宏塊處理被完成時，程序前進到步驟410，和當它們沒有被完成時，程序前進到步驟400以重復執(zhí)行在以下一個宏塊上的MC。已經被MC處理的整個屏幕圖像以尺寸N被按比例縮小并在步驟410在N×N IDCT塊200中被填充。因此，完成用于一個整個屏幕的MC。
圖7和8示例了用于比較在本發(fā)明和常規(guī)技術中的按比例縮小圖像的一個模擬結果。通過使用Paintshop Pro5獲得的來自兩個原始圖像的按比例縮小的圖像被當作參考圖像，并且按照本發(fā)明和其他的三個方法獲得的按比例縮小的圖像在圖像的質量和處理速度上進行了比較。在圖7和8中，‘樣本1’和‘樣本2’表示樣本圖像，‘方法1’表示按照本發(fā)明的通過在一個DCT域中的處理獲得的按比例縮小圖像的質量和處理速度，‘方法2’表示通過一個空間域方法及向下取樣獲得的按比例縮小圖像的質量和處理速度，‘方法3’表示通過空間域方法及向下取樣和內插法獲得的按比例縮小圖像的質量和處理速度，和‘方法4’表示通過空間域方法及DDA獲得的按比例縮小圖像的質量和處理速度。按照峰值信噪比(PSNR)值比較圖像的質量，和按照耗時比較處理速度。還是參考圖7和8，‘PSNR’表示以DB單位的一個PSNR值。PSNR值較高，則圖像的質量較好。此外，‘時間’表示以秒為單位的處理時間。由于模擬環(huán)境是MS-Windows 98，測量了50次的時間消耗。
將從兩個原始圖像中獲得的按比例縮小圖像的PSNR和處理時間顯示在表1和2中表1
表2
如表1和2所示，本發(fā)明的按比例縮小的圖像比其他的方法具有較高的質量和處理速度。
因此，按照DC系數，IDCT處理和MC處理，以圖像縮小比率從8×8塊DCT圖像中提取N×N塊DCT圖像。作為結果，按照顯示設備的屏幕尺寸，壓縮視頻解碼器能直接輸出圖像，而不用使用用于按比例縮小圖像的一個特殊的按比例縮小塊。此外，壓縮視頻解碼器通過減少用于按比例縮小圖像的計算復雜性提高了速度，保持了原始圖像的質量和減少失真。
如前所述，按照本發(fā)明，由于壓縮視頻解碼器不需要特殊的按比例縮小程序塊，和減少了計算復雜性，如果它應用于動畫終端，則能降低制造成本，并可以添加附加的功能。而且，壓縮視頻解碼器防止了錯誤累計，由于不需要計算在DCT域的處理中的均勻性，從而提供用戶高質量的圖像。
盡管本發(fā)明已經結合參考顯示和描述了一個確定的優(yōu)選實施例，但作為本領域普通技術人員來說，應該明白的是，在不脫離所附權利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍下可以作出任何形式和細節(jié)的各種改變。特別是在該實施例中，MPEG-4簡單模式的壓縮和編碼的視頻流被解碼和被按比例縮小，但使用DCT和MC的視頻壓縮方法的壓縮和編碼的視頻流，比如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，和H.261，H.263和H.26L，同樣也能被解碼和被按比例縮小。此外，本發(fā)明可以被應用于解碼和按比例縮小壓縮和編碼的視頻流的各種設備以及動畫終端。作為結果，本發(fā)明的范圍不應通過上述的實施例來確定，而且由權利要求書和它的等效范圍來確定。
權利要求
1.一種壓縮視頻解碼器，用于按照一個視頻壓縮方法解碼一個壓縮和編碼的視頻流，該視頻壓縮方法利用離散余弦變換(DCT)和運動位移補償(MC)，該壓縮視頻解碼器包括一個反離散余弦變換(IDCT)塊，用于按照DC系數，從一個已經從壓縮和編碼的視頻流中獲得和將被IDCT處理的8×8塊DCT圖像中以一個圖像縮小比率提取N×N塊DCT圖像，用N/8乘以DC系數，并在相乘的DC系數上執(zhí)行IDCT；一個MC塊，用于通過使用由IDCT塊和一個當前圖像IDCT處理的一個參考圖像執(zhí)行MC，并減少一個運動矢量的大小和減少在N∶8的比率上的MC的范圍；以及一個幀緩存器，用于存儲用于MC的參考圖像和當前圖像。
2.如權利要求1所述的解碼器，其中MC塊在N×N的尺寸上執(zhí)行MC。
3.如權利要求1所述的解碼器，其中MC塊在2N×2N的尺寸上執(zhí)行MC。
4.一種壓縮視頻解碼方法，用于按照一個視頻壓縮方法解碼一個壓縮和編碼的視頻流，該視頻壓縮方法利用離散余弦變換(DCT)和運動位移補償(MC)，包括步驟按照DC系數，從一個已經從壓縮和編碼的視頻流中獲得和將被反離散余弦變換的(IDCT)的8×8塊DCT圖像中以一個圖像縮小比率提取N×N塊DCT圖像，用N/8乘以DC系數，并在相乘的DC系數上執(zhí)行IDCT；以及通過使用IDCT處理的參考圖像和當前圖像執(zhí)行MC，并減少運動矢量的大小和減少在N∶8的比率上的MC的范圍。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述的IDCT步驟和MC步驟分別包括一個在尺寸N上填充邊緣的步驟。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述MC步驟在N×N的尺寸上執(zhí)行MC。
7.如權利要求4所述的方法，其中所述MC步驟在2N×2N的尺寸上執(zhí)行MC。
8.如權利要求5所述的方法，其中所述MC步驟在N×N的尺寸上執(zhí)行MC。
9.如權利要求5所述的方法，其中所述MC步驟在2N×2N的尺寸上執(zhí)行MC。
全文摘要
一種壓縮視頻解碼器及其方法，它解碼標準的壓縮和編碼的視頻流，按照顯示設備的屏幕尺寸直接輸出解碼的圖像，而不使用按比例縮小圖像的特殊的縮小塊，通過減少縮小圖像的計算復雜性來增加速度，并保持原始圖像的質量和減小失真。一種按照DCT和MC的視頻壓縮方法的用于解碼壓縮和編碼的視頻流的壓縮視頻解碼器包括，反離散余弦變換(IDCT)塊，用于按照DC系數，從一個已經從壓縮和編碼的視頻流中獲得和將被IDCT處理的8×8塊DCT圖像中以圖像縮小比率提取N×N塊DCT圖像，用N/8乘以相應系數，并執(zhí)行它的IDCT，還包括一個MC塊，用于通過使用IDCT處理的參考圖像和當前圖像執(zhí)行MC，并減少運動矢量的大小和在N∶8的比率上的MC的范圍。
文檔編號H04N7/36GK1414793SQ02147140
公開日2003年4月30日 申請日期2002年10月23日 優(yōu)先權日2001年10月23日
發(fā)明者李承徹 申請人:三星電子株式會社