專利名稱：一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的緩沖區(qū)讀寫方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如JPEG，JPEG2000)和動態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG1，MPEG2，MPEG4，H263等)中，首先對圖像的原始數(shù)據(jù)進行時域到頻域的變換，再對頻域信號進行壓縮。其中時域到頻域的變換有一個共有特征對一定大小的塊(如8×8，共64個像素)進行變換。此外，某些標(biāo)準(zhǔn)中，還有最小編碼單元的限制(Minimum Code Unit，MCU)，要求每次獲得一個MCU的數(shù)據(jù)，如JPEG YUV4:2:0的圖像MCU為16×16像素的塊。我們稱DCT等對圖像中一定大小的塊依次進行操作的運算或處理模塊為“塊處理模塊”。
數(shù)碼相機傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是一行接著一行傳輸?shù)?，而JPEG進行離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)變換時是以8×8的小塊為單位進行操作，因此DCT需要同時使用8行的數(shù)據(jù)。對于大小為1280×1024的130萬像素圖象一般的在線DCT壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)計采用兩個緩沖區(qū)的設(shè)計，(每個緩沖區(qū)可存儲8行共8×1280個像素的數(shù)據(jù))，進行乒乓讀寫(即從一塊準(zhǔn)備好8行數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)時，需要另一塊緩沖區(qū)來準(zhǔn)備后續(xù)的8行數(shù)據(jù))為DCT提供8×8的數(shù)據(jù)單元。兩個緩沖區(qū)的乒乓讀寫方式如圖1所示，其中，→表示“寫”的過程，而 表示“讀”的過程。
這樣的設(shè)計需要的緩沖區(qū)大，從而導(dǎo)致設(shè)計的集成電路芯片面積較大，從而成本也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種減小百萬像素在線DCT壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的方法，該方法可對同一塊緩沖區(qū)進行巧妙的分區(qū)和讀寫的合理分配，在一個可存儲8行共8×1280個像素數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)中完成了原本需要兩塊緩沖區(qū)完成的功能，降低了最終的芯片面積和產(chǎn)品成本。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供A×N的塊數(shù)據(jù)，其中A、N可為任何自然數(shù)，包括如下步驟首先將緩沖區(qū)分成A×A等分；步驟1對數(shù)碼相機傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)進行水平寫入，直到寫入第A行的1/A行數(shù)據(jù)，這段時間緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟2數(shù)碼相機傳感器在寫入第A行剩余的A-1/A行數(shù)據(jù)過程中，塊處理模塊將左邊第一個垂直小塊列讀走。
步驟3-5緩沖區(qū)從步驟2進入垂直寫、垂直讀的狀態(tài)，經(jīng)過A-1個垂直小塊列讀寫，到垂直讀走最后一列；步驟6當(dāng)輸入數(shù)據(jù)垂直寫入到第2A行的前1/A行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟7當(dāng)輸入數(shù)據(jù)寫到第2A行剩余的(A-1)/A行數(shù)據(jù)過程中，塊處理模塊需要將最上方的一個水平小塊行讀走；步驟8-10緩沖區(qū)從步驟7進入水平寫、水平讀的狀態(tài)。經(jīng)過A-1個水平小塊行讀寫，到水平讀走最后一行；步驟11當(dāng)輸入數(shù)據(jù)水平寫入第3A行的前1/A行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟12緩沖區(qū)的讀寫狀態(tài)又重新回到類似步驟2，從而完成2A行數(shù)據(jù)的從行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成A×A個像素塊數(shù)據(jù)的過程。
進一步地，本發(fā)明還提供另一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供B×N的塊數(shù)據(jù)，其中，B，N可為任何自然數(shù)，包括如下步驟首先將緩沖區(qū)分成B×C等分，B表示行數(shù)，C表示列數(shù)，其中C大于B，且B和C都為S的冪，S為大于1的自然數(shù)；步驟1對數(shù)碼相機傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)進行水平寫入，直到寫入第B行的第1個小塊，這段時間緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟2數(shù)碼相機傳感器在寫入第B行的第1小塊后，塊處理模塊將第1個垂直小塊的讀走。數(shù)碼相機傳感器在寫入第B行的第2小塊后，塊處理模塊可第2個垂直小塊列讀走。在數(shù)碼相機傳感器開始寫入第(B+1)行的第1個小塊之前，塊處理模塊必須讀走第1個垂直小塊列。
步驟3此后，塊處理模塊依次將垂直小塊列讀走，直至將這B行的最后一個垂直小塊列讀走。每讀走一個垂直小塊列，數(shù)碼相機傳感器可垂直寫入B/C行像素數(shù)據(jù)，共B個小塊。對于重映射后的次序表而言，數(shù)碼相機傳感器是水平寫入下一個B行圖像的像素數(shù)據(jù)。
步驟4在數(shù)碼相機傳感器寫入第2B行的第1個小塊期間，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟5重映射次序表，緩沖區(qū)的讀寫狀態(tài)又重新回到類似步驟2，從而完成B行數(shù)據(jù)的從行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成B×N個像素塊數(shù)據(jù)的過程。
本發(fā)明支持在線DCT壓縮，不提高DCT處理能力的要求的情況下，使所需的緩沖區(qū)減少為一般設(shè)計的一半。


圖1是現(xiàn)有的乒乓緩沖區(qū)讀寫示意圖；圖2是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)分塊結(jié)構(gòu)；圖3是旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)讀寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
具體實施例方式
如圖2所示本發(fā)明的緩沖區(qū)(面積為8×1280)按水平和垂直方向分別8等分，形成等分的64個小塊，每個小塊可以存儲160像素的數(shù)據(jù)。在水平寫入數(shù)據(jù)時，水平的8個小塊可以組成一個水平小塊，保存一行數(shù)據(jù)。在水平寫入8行數(shù)據(jù)后，DCT進行垂直的讀取，而垂直讀取完的8個小塊可以組成一個垂直小塊，可以進行后續(xù)行的垂直寫入，保存一行新的數(shù)據(jù)。
如圖3所示本發(fā)明的緩沖區(qū)的讀寫操作方法包括如下步驟步驟1對傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)進行水平寫入，直到寫入第8行的1/8行數(shù)據(jù)，這段時間緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟2數(shù)碼相機傳感器在寫入第8行剩余的7/8行數(shù)據(jù)過程中，DCT模塊將左邊第一個垂直小塊列的8×160像素數(shù)據(jù)讀走。
步驟3-5旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)從步驟2進入垂直寫、垂直讀的狀態(tài)，經(jīng)過七個垂直小塊列讀寫，到垂直讀走最后一列；
步驟6當(dāng)輸入數(shù)據(jù)垂直寫入到第16行的前1/8行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟7當(dāng)輸入數(shù)據(jù)寫到第16行剩余的7/8行數(shù)據(jù)過程中，DCT模塊需要將最上方的一個水平小塊行的8×160讀走；步驟8-10旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)從步驟7進入水平寫、水平讀的狀態(tài)。經(jīng)過七個水平小塊行讀寫，到水平讀走最后一行；步驟11當(dāng)輸入數(shù)據(jù)水平寫入第24行的前1/8行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟12旋轉(zhuǎn)緩沖區(qū)的讀寫狀態(tài)又重新回到類似步驟2，從而完成16行數(shù)據(jù)的從行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8×8個像素塊數(shù)據(jù)的過程。
圖中，→表示“讀”的過程，而 表示“寫”的過程。
以上具體實施例以JPEG中為例，闡述一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的緩沖區(qū)讀寫方法，但本發(fā)明并不局限JPEG，也不局限于DCT。
本發(fā)明的保護范圍并不局限于以上具體的實施方式，比如，本發(fā)明并不局限于8×8數(shù)據(jù)單元，本發(fā)明還可以適用于1)從行數(shù)據(jù)得到為DCT提供16×16的數(shù)據(jù)單元(對YUV:2:0的圖像，JPEG的最小編碼單元為16×16像素的小塊)；這種情況下，我們需要一個可存儲16行共16×1280個像素數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，并將每行分為16個小塊(每塊包含80個像素的數(shù)據(jù))，共16×16個小塊。16×16個小塊的讀寫操作，類似8×8個小塊。
2)從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供A×N的塊數(shù)據(jù)(A，N可為任何自然數(shù))；假設(shè)一行有L個像素，我們需要一個可存儲A行共A×L個像素數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，并將每行分為A個小塊，共A×A個小塊(每塊包含L/A個像素的數(shù)據(jù)，L必須是A*N的整數(shù)倍)。A×A個小塊的讀寫操作，類似8×8個小塊。
3)從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供B×N的塊數(shù)據(jù)(B，N可為任何自然數(shù))；假設(shè)一行有L個像素，我們需要一個可存儲B行共B×L個像素數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，并將每行分為C個小塊，共B×C個小塊(每塊包含L/C個像素的數(shù)據(jù)，L必須是C*N的整數(shù)倍，C必須是B的整數(shù)倍)。為了便于ASIC實現(xiàn)，B和C通常都為2的冪。理論上，B和C都為S的冪即可(S為大于1的自然數(shù))。
以下的例子是將緩沖區(qū)分為4×8個小塊，以提供4×N的數(shù)據(jù)塊S0，S1，…，S31表示32個小塊。每寫入B行數(shù)據(jù)，各小塊在B行圖像中的位置經(jīng)過了一次重映射。對于B×C中B和C相等的情況(即以上的A×A的情況)，重映射在圖形上是把水平行映射為垂直列，或把水平行映射為垂直列。對于B×C中B和C不相等的情況，因為緩沖區(qū)需經(jīng)過大于2次重映射，才能返回初始狀態(tài)，所以無法在圖形上用緩沖區(qū)垂直、水平兩種讀寫狀態(tài)來表示。因此，我們將每次重映射的結(jié)果表示在如下表格中。
初始次序(次序1)為

表1次序1對傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)按表1水平次序?qū)懭耄瑒t各小塊存儲的像素數(shù)據(jù)在第一個4行圖像中的位置正如表1所示。數(shù)碼相機傳感器在寫入表1第4行的第1小塊S24后，塊處理模塊可將表1左邊第1個垂直小塊的{S0，S8，S16，S24}讀走。數(shù)碼相機傳感器在寫入表1第4行的第2小塊S25后，塊處理模塊可將表1左邊第2個垂直小塊列的{S1，S9，S17，S25}讀走。
此后，塊處理模塊依次將表1的垂直小塊列讀走。每讀走一個，數(shù)碼相機傳感器可垂直寫入半行像素數(shù)據(jù)。在表1中半行接著半行垂直寫入像素數(shù)據(jù)，等效于在表2中按水平次序?qū)懭?。所以，則各小塊存儲的像素數(shù)據(jù)在第二個4行圖像中的位置正如表2所示。
當(dāng)塊處理模塊讀走表1中的第8個垂直小塊列時，數(shù)碼相機傳感器可寫入表1中的第7個垂直小塊列{S6，S14，S22，S30}，相當(dāng)于寫入表2中第4個水平小塊行的前半行。


表2次序2數(shù)碼相機傳感器在寫入表2第4行的第1小塊S6后，塊處理模塊可將左邊表2第1個垂直小塊的{S0，S2，S4，S6}讀走。數(shù)碼相機傳感器在寫入表2第4行的第2小塊S14后，塊處理模塊可將表2左邊第2個垂直小塊列的{S8，S10，S12，S14}讀走。
此后，塊處理模塊依次將表2的垂直小塊列讀走。每讀走一個，數(shù)碼相機傳感器可垂直寫入半行像素數(shù)據(jù)。在表2中半行接著半行垂直寫入像素數(shù)據(jù)，等效于在表3中按水平次序?qū)懭?。所以，則各小塊存儲的像素數(shù)據(jù)在第三個4行圖像中的位置正如表3所示。
當(dāng)塊處理模塊讀走表2中的第8個垂直小塊列時，數(shù)碼相機傳感器可寫入表2中的第7個垂直小塊列{S17，S19，S21，S23}，相當(dāng)于寫入表3中第4個水平小塊行的前半行。

表3次序3以此類推，緩沖區(qū)各小塊在4行圖像中的位置關(guān)系，依次從表3、表4、表5，又回到表1。

表4次序4

表5次序5以上5張表具有很強的內(nèi)在關(guān)系，可很方便的用ASIC設(shè)計中的比特位循環(huán)移位來實現(xiàn)。
首先，將任一小塊的塊號N(0，1，2，…，31)用二進制表示為5比特的數(shù)N＝16*n4+8*n3+4*n2+2*n1+n0(其中n4，n3，n2，n1，n0取值為1或0)設(shè)任一小塊在一個4行圖像中的坐標(biāo)為(X，Y)，其中X＝0，1，…，7，Y＝0，1，…，3。X的二進制表示為3比特的數(shù)，Y的二進制表示為2比特的數(shù)。
X＝4*x2+2*x1+x0(其中x2，x1，x0取值為1或0)Y＝2*y1+y0(其中y1，y0取值為1或0)表1中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系可用下式表示{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n4，n3，n2，n1，n0}循環(huán)移位2位，可得表2中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n2，n1，n0，n4，n3}再循環(huán)移位2位，可得表3中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n0，n4，n3，n2，n1}再循環(huán)移位2位，可得表4中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n3，n2，n1，n0，n4}再循環(huán)移位2位，可得表5中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n1，n0，n4，n3，n2}再循環(huán)移位2位，又回到表1中的N與(X，Y)的對應(yīng)關(guān)系{y1，y0，x2，x1，x0}＝{n4，n3，n2，n1，n0}可見，對于將緩沖區(qū)分為B×C個小塊(C必須是B的整數(shù)倍)，且B和C都為2的冪的情況，緩沖區(qū)在邏輯上的重映射可很方便用塊號(即ASIC設(shè)計中的地址)的比特位循環(huán)移位來實現(xiàn)。
一般地，對于將緩沖區(qū)分為B×C個小塊(C必須是B的整數(shù)倍)，且B和C都為S的冪(S為大于1的自然數(shù))的情況，設(shè)B＝Sb，C＝Sc，其中b，c為自然數(shù)，且b＜c。設(shè)b，c的最大公因子為g。
則緩沖區(qū)需經(jīng)過(b+c)/g次重映射后，可回到初始次序。
權(quán)利要求
1.一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其特征在于，從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供AxN的塊數(shù)據(jù)，其中A、N可為任何自然數(shù)，包括如下步驟首先將緩沖區(qū)分成AxA等分；步驟1對數(shù)碼相機傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)進行水平寫入，直到寫入第A行的1/A行數(shù)據(jù)，這段時間緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟2數(shù)碼相機傳感器在寫入第A行剩余的A-1/A行數(shù)據(jù)過程中，塊處理模塊將左邊第一個垂直小塊列讀走。步驟3-5緩沖區(qū)從步驟2進入垂直寫、垂直讀的狀態(tài)，經(jīng)過A-1個垂直小塊列讀寫，到垂直讀走最后一列；步驟6當(dāng)輸入數(shù)據(jù)垂直寫入到第2A行的前1/A行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟7當(dāng)輸入數(shù)據(jù)寫到第2A行剩余的(A-1)/A行數(shù)據(jù)過程中，塊處理模塊需要將最上方的一個水平小塊行讀走；步驟8-10緩沖區(qū)從步驟7進入水平寫、水平讀的狀態(tài)。經(jīng)過A-1個水平小塊行讀寫，到水平讀走最后一行；步驟11當(dāng)輸入數(shù)據(jù)水平寫入第3A行的前1/A行數(shù)據(jù)過程中，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟12緩沖區(qū)的讀寫狀態(tài)又重新回到類似步驟2，從而完成2A行數(shù)據(jù)的從行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AxN個像素塊數(shù)據(jù)的過程。
2.一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其特征在于，所述的A為8或16。
3.一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其特征在于，從行數(shù)據(jù)得到為塊處理模塊提供BxN的塊數(shù)據(jù)，其中，B，N可為任何自然數(shù)，包括如下步驟首先將緩沖區(qū)分成BxC等分，B表示行數(shù)，C表示列數(shù)，其中C大于B，且B和C都為S的冪，S為大于1的自然數(shù)，(假設(shè)一行有L個像素，則L必須是C*N的整數(shù)倍)；步驟1對數(shù)碼相機傳感器得到的輸入數(shù)據(jù)進行水平寫入，直到寫入第B行的第1個小塊，這段時間緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟2數(shù)碼相機傳感器在寫入第B行的第1小塊后，塊處理模塊將第1個垂直小塊的讀走。數(shù)碼相機傳感器在寫入第B行的第2小塊后，塊處理模塊可第2個垂直小塊列讀走。在數(shù)碼相機傳感器開始寫入第(B+1)行的第1個小塊之前，塊處理模塊必須讀走第1個垂直小塊列。步驟3此后，塊處理模塊依次將垂直小塊列讀走，直至將這B行的最后一個垂直小塊列讀走。每讀走一個垂直小塊列，數(shù)碼相機傳感器可垂直寫入B/C行像素數(shù)據(jù)，共B個小塊。對于重映射后的次序表而言，數(shù)碼相機傳感器是水平寫入下一個B行圖像的像素數(shù)據(jù)。步驟4在數(shù)碼相機傳感器寫入第2B行的第1個小塊期間，緩沖區(qū)只能被寫，不能被讀；步驟5重映射次序表，緩沖區(qū)的讀寫狀態(tài)又重新回到類似步驟2，從而完成B行數(shù)據(jù)的從行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BxN個像素塊數(shù)據(jù)的過程。
4.一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，其特征在于，所述的B、C為2的冪。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減小在線圖像壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小的緩沖區(qū)讀寫方法，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首先水平寫入A行數(shù)據(jù)，塊處理模塊進行垂直的讀取，而垂直讀取完的A個小塊可以組成一個垂直小塊，可以進行后續(xù)行的垂直寫入，保存一行新的數(shù)據(jù)。該方法可對同一塊緩沖區(qū)進行巧妙的分區(qū)和讀寫的合理分配，在一個可緩沖區(qū)中完成了原本需要兩塊緩沖區(qū)完成的功能，降低了最終的芯片面積和產(chǎn)品成本。
文檔編號H04N5/14GK1787382SQ20051002519
公開日2006年6月14日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者林豪, 蔣道三 申請人:展訊通信(上海)有限公司