專利名稱：用于離散余弦變換編碼圖像向下變換的頻域?yàn)V波的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶濾波器的解碼器，該濾波器用于頻域編碼信號(例如MPEG-2編碼的視頻信號)的向下變換，具體地說，本發(fā)明涉及借助頻域信號濾波將高分辨率視頻信號變換為低分辨率視頻信號的解碼器。本發(fā)明的技術(shù)背景在美國，已經(jīng)提出用于數(shù)字化編碼的高清晰度電視信號標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的一部分本質(zhì)上與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)動(dòng)態(tài)圖像專家組提出的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)相同。在一本名為“Information Tecnology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio，Recommendation H.626(信息技術(shù)——?jiǎng)討B(tài)圖像和伴音的通用編碼，推薦標(biāo)準(zhǔn)H.626)”的出版物(ISO/IEC 13818-2，IS，11/94)中介紹了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，該出版物可從ISO獲取，在此將它作為MPEG-2數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)并入本發(fā)明以供參考。
MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是幾個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)。在MPEG-2中定義了幾種不同的概要(profiles)，每個(gè)概要對應(yīng)于編碼圖像復(fù)雜程度的不同級別，每個(gè)概要又分成若干個(gè)不同的級，每個(gè)級對應(yīng)不同的圖像分辨率。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)之一被稱為主概要主級(MainProfile Main Level＝MPML)的標(biāo)準(zhǔn)，用于對符合現(xiàn)行電視圖像標(biāo)準(zhǔn)(如NTSC和PAL)的視頻信號編碼。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被稱為主概要高級(Main Profile High Level＝MPHL)標(biāo)準(zhǔn)，用于對高清晰度電視圖像編碼。根據(jù)MPHL標(biāo)準(zhǔn)編碼的圖像每幀可以有1,152個(gè)掃描行，每行有1,920個(gè)象素。
另一方面，MPML標(biāo)準(zhǔn)定義了最大的畫面尺寸，即每幀567行，每行720個(gè)象素。按每秒30幀的幀速，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)編碼的信號具有每秒720*567*30的數(shù)據(jù)率，即每秒12,247,200個(gè)象素。相比之下，按照MPHL標(biāo)準(zhǔn)編碼的圖像具有的最大數(shù)據(jù)率為每秒1,152*1,920*30，即每秒66,355,200個(gè)象素。這個(gè)數(shù)據(jù)率比根據(jù)MPML標(biāo)準(zhǔn)編碼的圖像的數(shù)據(jù)率要高5倍以上。在美國提倡用于高清晰度電視圖像(HDTV)編碼的標(biāo)準(zhǔn)是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)子集，該標(biāo)準(zhǔn)是每幀具有1,080行，每行1,920個(gè)象素，對于這個(gè)幀尺寸，最大的幀速為每秒30幀。該推薦標(biāo)準(zhǔn)的最大數(shù)據(jù)率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MPML標(biāo)準(zhǔn)的最大數(shù)據(jù)率。
MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)定義了一種包含數(shù)據(jù)和控制信息的復(fù)合語法。其中，一部分控制信息用于使具有幾種不同格式的信號可以被標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行覆蓋。這些格式定義的圖像的每行的象素?cái)?shù)不同，每幀的行數(shù)不同，或每秒傳送的幀數(shù)或場也不相同。另外，MPEG-2中主概要(MP)的基本語法定義了按六個(gè)概要表示圖像序列的MPEG-2壓縮位流，這六個(gè)概要是序列層(sequence layer)，畫面層組(group of picture layer)，畫面層(picture layer)，限幅層(slice layer)，宏塊層(macroblock layer)，以及字塊層(block layer)。其中，每層都引入了控制信息。最后，被稱為邊緣信息的其他控制信息(例如，幀類型，宏塊模式，圖像移動(dòng)矢量，系數(shù)的鋸齒形模式和非量化信息)從頭至尾散布在編碼位流之中。
將MPHL的高分辨率畫面轉(zhuǎn)換成MPML畫面或其他低分辨率畫面格式的向下變換對于降低HDTV裝置成本越來越重要。向下變換允許用便宜的現(xiàn)有低分辨率畫面的監(jiān)視器(例如，支持MPML編碼畫面的監(jiān)視器，如NTSC或525改進(jìn)監(jiān)視器)代替供MPHL的編碼畫面使用的昂貴的高分辨率監(jiān)視器。向下變換將高分辯率的輸入畫面轉(zhuǎn)換成低分辯率畫面，以便在低分辯率的監(jiān)視器上顯示。
為了有效的接收數(shù)字圖像，解碼器應(yīng)當(dāng)快速處理視頻信號信息。為了得到最佳效果，編碼系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)比較便宜并且應(yīng)當(dāng)對這些數(shù)字信號具有足夠的實(shí)時(shí)解碼能力。
現(xiàn)有技術(shù)向下變換的一種方法是采用一些簡單的低通濾波器并且對經(jīng)過解碼的高分辨MPHL畫面進(jìn)行分樣，以便形成適合在傳統(tǒng)電視接收機(jī)上顯示的圖像。因此，采用現(xiàn)有技術(shù)，使用向下變換的解碼器是用單一處理器實(shí)現(xiàn)的，為了完成這種功能，該處理器設(shè)計(jì)復(fù)雜，內(nèi)存大并且以高數(shù)據(jù)率在空間域圖像上進(jìn)行運(yùn)算。但是，高分辨率和高數(shù)據(jù)率需要非常昂貴的線路，這將與在價(jià)格作為主要因素的用戶電視接收機(jī)上配備解碼器的初衷截然相反。本發(fā)明概述一種生成分樣視頻信號的接收裝置代表視頻圖像的編碼視頻信號，該編碼的視頻信號是經(jīng)過頻域轉(zhuǎn)換的視頻信號。該裝置包括提供編碼視頻信號的裝置，其中編碼的視頻信號是作為多個(gè)高分辨率頻域視頻系數(shù)值提供的。該裝置進(jìn)一步包括向下變換的濾波器裝置和逆變換裝置，前者用以接收從多個(gè)高分辨率頻域視頻系數(shù)值中選出的一部分系數(shù)值并給它們加權(quán)，以形成一組經(jīng)過濾波的頻域視頻系數(shù)；后者接收那組經(jīng)過濾波的頻域視頻系數(shù)并將它們轉(zhuǎn)換成一組低分辨率象素采樣值。為了提供經(jīng)過分樣的視頻信號，該裝置還包括分樣處理器，該分樣處理器用于接收和保存從那組低分辨率象素采樣值中選出的象素值以提供分樣的視頻信號。附圖的簡要說明本發(fā)明的上述特征和其他特征、以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)介紹將更為清楚，其中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的視頻解碼系統(tǒng)的高級方框圖。
圖2A是本發(fā)明示范實(shí)施方案的向下變換系統(tǒng)的高級方框圖。
圖2B是本發(fā)明的另一個(gè)示范實(shí)施方案的向下變換系統(tǒng)的高級方框圖，該系統(tǒng)使用低成本的水平和垂直濾波裝置。
圖3A說明本發(fā)明的2∶1和3∶1實(shí)施方案中子象素的位置和相應(yīng)的預(yù)測象素。
圖3B說明在本發(fā)明的示范實(shí)施方案中對輸入宏塊的每行進(jìn)行的向上采樣過程。
圖4說明字塊鏡像濾波器示范實(shí)施方案中適合第一和第二輸出象素值的乘法數(shù)據(jù)對。
圖5說明適合二維系統(tǒng)的向下變換濾波器的示范實(shí)施方案，該濾波器將二維系統(tǒng)的水平和垂直分量轉(zhuǎn)換成逐位進(jìn)位的一維的離散余弦逆變換。
圖6A說明采用3∶1分樣用于4∶2∶0視頻信號的輸入象素和經(jīng)過分樣后的輸出象素。
圖6B說明采用2∶1分樣用于4∶2∶0視頻信號的輸入象素和經(jīng)過分樣后的輸出象素。
圖7A說明在一個(gè)本發(fā)明示范實(shí)施方案中垂直分量可編程濾波器的高級方框圖。
圖7B說明圖7A所示的垂直分量可編程濾波器中各行(線)的系數(shù)與象素采樣間隔之間的空間關(guān)系。
圖8A說明在一個(gè)本發(fā)明示范實(shí)施方案中水平分量可編程濾波器的高級方框圖。
圖8B說明在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中水平濾波系數(shù)值和象素采樣值之間的空間關(guān)系。
圖8C說明在16∶9顯示器上的4∶3畫面的映象的第一比率分布圖。
圖8D說明在16∶9顯示器上的4∶3畫面的映象的第二比率分布圖。
圖8E說明在4∶3顯示器上的16∶9畫面的映象的第一比率分布圖。
圖8E說明在4∶3顯示器上的16∶9畫面的映象的第二比率分布圖。
圖9A說明2∶1分樣的垂直內(nèi)插過程。該內(nèi)插過程常用于改善本發(fā)明示范實(shí)施方案的圖像質(zhì)量。
圖9B說明3∶1分樣的垂直內(nèi)插過程。該內(nèi)插過程常用于改善本發(fā)明示范實(shí)施方案的圖像質(zhì)量。本發(fā)明的詳細(xì)敘述本發(fā)明的濾波器示范實(shí)施方案完成按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)(具體地說按照MPHL級的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn))編碼的HDTV信號的解碼。
但是，這里介紹的發(fā)明不局限于對解碼的HDTV信號的向下變換濾波。下面介紹的濾波方法也可用于其他類型的頻域編碼數(shù)字信號的濾波，這類數(shù)字信號可以被分成數(shù)段，經(jīng)濾波后再重新組合。
MPEG-2的主概要標(biāo)準(zhǔn)按六層定義圖像的順序，它們是順序?qū)?、畫面層組、畫面層、切片層，宏塊層，以及字塊層。在數(shù)據(jù)流中，每一層都被看作是一條記錄，后列出的層作為先列出的層的嵌套子層。除了字塊層，每層的記錄都包括一個(gè)起始段，該段包含著用于對其子記錄解碼的數(shù)據(jù)信息。
每個(gè)編碼的HDTV信號字塊都包含著代表64個(gè)不同的系數(shù)值的數(shù)據(jù)，這64個(gè)系數(shù)值是HDTV圖像中64個(gè)象素的離散余弦變換(DCT)表達(dá)式的系數(shù)值。
在編碼過程中，在進(jìn)行離散余弦變換之前，象素?cái)?shù)據(jù)屬于經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)牟罘志幋a數(shù)據(jù)，并且變換系數(shù)字塊借助應(yīng)用運(yùn)行長度編碼技術(shù)和可變長度編碼技術(shù)被進(jìn)一步再次編碼。從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)圖像序列的解碼器將編碼過程逆轉(zhuǎn)。這種解碼器使用熵解碼器(如可變長度解碼器)、離散余弦逆變換處理器、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器、以及內(nèi)插濾波器。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的視頻解碼系統(tǒng)的高級方框圖。該視頻解碼器包括熵解碼器110、反向量化器120、和離散余弦逆變換(IDCT)處理器130。其中，熵解碼器110通常是可變長度解碼器和運(yùn)行長度解碼器。該系統(tǒng)還包括控制器170，該控制器控制解碼系統(tǒng)中各個(gè)部件以響應(yīng)從熵解碼器110的輸入位流中返回的控制信息。為了處理預(yù)測圖像，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)器160、加法器140、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器150和字塊至光柵轉(zhuǎn)換器180。
可變長度解碼器110接收編碼的視頻圖像信號，逆轉(zhuǎn)編碼過程以生成控制信息，該控制信息包括描述在前一幅解碼圖像中映射宏塊相對位移的運(yùn)動(dòng)矢量，這個(gè)位移量與當(dāng)前正在解碼的畫面的預(yù)測宏塊相對應(yīng)。如果采用幀內(nèi)編碼，可變長度解碼器110還接收當(dāng)前視頻圖像各個(gè)字塊的量化離散余弦變換系數(shù)，如果采用幀間編碼，則接收當(dāng)前視頻圖像與預(yù)測視頻圖像之間的差值。反向量化器120接收量化的離散余弦變換轉(zhuǎn)換系數(shù)并為具體的宏塊重建量化的離散余弦變換系數(shù)。用于具體字塊的量化矩陣是從可變長度解碼器110接收的。
離散余弦逆變換處理器130將重建的離散余弦變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成空間域中的象素值(每個(gè)8×8矩陣值字塊代表該宏塊的亮度分量或色度分量，對于預(yù)測宏塊，每個(gè)8×8矩陣值字塊表示該預(yù)測宏塊的差分亮度分量或差分色度分量)。
如果當(dāng)前的宏塊不是預(yù)測的編碼宏塊，那么輸出的矩陣值就是與當(dāng)前視頻圖像對應(yīng)的宏塊的象素值。如果宏塊是幀間編碼的宏塊，那么與上一幅視頻畫面對應(yīng)的宏塊被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器160中，供運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器150使用。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器150從對運(yùn)動(dòng)矢量作出響應(yīng)的存儲(chǔ)器160中接收上一幀宏塊，然后在加法器140中將上一幀宏塊加到當(dāng)前經(jīng)離散余弦逆變換轉(zhuǎn)換的宏塊(它與當(dāng)前預(yù)測的編碼幀的殘留分量對應(yīng))中，以生成用于當(dāng)前視頻圖像的象素宏塊，生成的宏塊儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器160中。
(a)向下變換的濾波系統(tǒng)圖2A是本發(fā)明示范實(shí)施方案的向下變換系統(tǒng)的高級方框圖。如圖2A所示，向下變換系統(tǒng)包括可變長度解碼器(VLD)210、運(yùn)行長度解碼器(R/L)212、反向量化器214、和離散余弦逆變換處理器218。此外，向下變換系統(tǒng)還包括向下變換濾波器216和向下采樣處理器232，它們用于給編碼圖像濾波。在介紹下面的用于MLHP編碼輸入的示范實(shí)施方案時(shí)，本發(fā)明可以在任何以類似方式編碼的高分辨率圖像位流上實(shí)施。
向下變換系統(tǒng)還包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量(MV)轉(zhuǎn)譯器220，運(yùn)動(dòng)字塊生成器224，以及參考幀存儲(chǔ)器222。其中，運(yùn)動(dòng)字塊生成器224包括向上采樣處理器226和半象素生成器228。
第一個(gè)示范實(shí)施方案的系統(tǒng)還包括顯示變換模塊280，該模塊包括垂直可編程濾波器(VPF)282和水平可編程濾波器(HZPF)284。顯示變換模塊280將向下采樣的圖像轉(zhuǎn)換成可在低分辨率顯示器上顯示的圖像，有關(guān)顯示變換將在(f)小節(jié)中詳細(xì)描述。
向下變換濾波器216按頻域完成高分辨率(如MPHL級的離散余弦變換)系數(shù)的低通濾波。向下采樣處理器232借助對經(jīng)過濾波的MPHL畫面的分樣刪除一些空間象素值，以生成一組可在分辨率低于MPHL畫面所需分辨率的監(jiān)視器上顯示的象素值。示范的參考幀存儲(chǔ)器222存儲(chǔ)空間象素值，這些值至少與一幀以前解碼的參考幀對應(yīng)，而該參考幀的分辨率與經(jīng)向下采樣的畫面對應(yīng)。對于幀間編碼，MV轉(zhuǎn)譯器220依比例計(jì)算收到的畫面中每個(gè)字塊的運(yùn)動(dòng)矢量，這種換算與分辨率的下降是一致的，而高分辨率的運(yùn)動(dòng)字塊生成器224接收參考幀存儲(chǔ)器222提供的低分辨率的運(yùn)動(dòng)字塊，對這些運(yùn)動(dòng)字塊向上采樣并生成半象素值，以提供與經(jīng)解碼和濾波的差分象素字塊有良好空間相對應(yīng)性的運(yùn)動(dòng)字塊。
現(xiàn)在介紹用于幀內(nèi)編碼的本發(fā)明向下變換系統(tǒng)的示范實(shí)施方案的操作。VLD210接收MPHL級的位流并解碼。除HDTV系統(tǒng)使用的標(biāo)題信息外，VLD210將離散余弦變換系數(shù)提供給每個(gè)字塊和宏塊，并且提供運(yùn)動(dòng)矢量信息。離散余弦變換系數(shù)在R/L解碼器212中完成運(yùn)行長度解碼并借助反向量化器214完成反向量化。VLD210和R/L解碼器212與圖1中的熵解碼器110相對應(yīng)。
由于收到的由離散余弦變換系數(shù)表示的視頻圖像都是高分辨率的畫面，本發(fā)明的示范實(shí)施方案在進(jìn)行高分辨率視頻圖像的分樣之前先對每個(gè)字塊的離散余弦變換系數(shù)進(jìn)行低通濾波。R/L解碼器212將離散余弦變換系數(shù)提供給離散余弦變換濾波器216，該濾波器先借助預(yù)定的濾波系數(shù)值給離散余弦變換系數(shù)加權(quán)完成頻域內(nèi)的低通濾波，然后再將離散余弦變換系數(shù)提供給離散余弦逆變換處理器218。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施方案中，這種濾波器操作是逐字塊完成的。
離散余弦逆變換處理器218通過對經(jīng)過濾波的離散余弦變換系數(shù)進(jìn)行離散余弦逆變換提供空間象素采樣值。向下采樣處理器232按照預(yù)定的分樣率通過刪除空間象素采樣值減小畫面的采樣尺寸，因此，存儲(chǔ)低分辨率的畫面使用的幀存儲(chǔ)器比儲(chǔ)存高分辨率的MPHL畫面所需的幀存儲(chǔ)器要小。
現(xiàn)在介紹用于編碼標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測幀的本發(fā)明向下變換系統(tǒng)的示范實(shí)施方案的操作。在示范實(shí)施方案中遵循MPEG標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)實(shí)例中，當(dāng)前收到的圖像的離散余弦變換系數(shù)代表預(yù)測圖像宏塊的殘留分量的離散余弦變換系數(shù)，為了方便現(xiàn)在將它稱之為預(yù)測幀(P-frame)。在介紹的示范實(shí)施方案中，由于在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的前一幀低分辨率參考畫面和高分辨率的預(yù)測幀(MPHL級)的象素?cái)?shù)不同，所以預(yù)測幀的運(yùn)動(dòng)矢量的水平分量是經(jīng)過換算的。
參照圖2A，由VLD210提供的MPHL級位流的運(yùn)動(dòng)矢量提供給MV轉(zhuǎn)譯器220。MV轉(zhuǎn)譯器220和參考幀存儲(chǔ)器222中存儲(chǔ)的前一幅圖像的參考幀的適當(dāng)?shù)念A(yù)測字塊對每個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行換算。重新得到的字塊的字塊尺寸(象素值的數(shù)目)小于用于給當(dāng)前圖像編碼的高分辨率圖像字塊，結(jié)果，重新得到的字塊要向上采樣，以生成一個(gè)與離散余弦逆變換處理器218提供的殘留字塊的尺寸相同的預(yù)測字塊。
響應(yīng)于來自MV轉(zhuǎn)譯器220的控制信號，向上采樣處理器226完成對預(yù)測字塊的向上采樣，以生成一個(gè)與原始的高分辨率象素字塊相符的字塊，接下來，如果運(yùn)動(dòng)矢量表明經(jīng)過向上采樣的預(yù)測字塊在半象素生成器228之中，那么生成半象素值，以確保預(yù)測字塊適當(dāng)?shù)目臻g對齊。經(jīng)過向上采樣并對齊的預(yù)測字塊在加法器230中與當(dāng)前經(jīng)過濾波的字塊相加，例如，當(dāng)前經(jīng)過濾波的字塊是來自預(yù)測字塊的降低了分辨率的殘留分量。逐個(gè)宏塊一一完成所有的處理。在針對當(dāng)前高分辨率宏塊完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理之后，由向下采樣處理器232在重建的宏塊中進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆謽犹幚?。這個(gè)過程不降低圖像的分辨率，而是簡單地從經(jīng)過濾波的低分辨率圖像中除去多余的象素。
一旦有經(jīng)過向下采樣的圖像宏塊可以利用，顯示變換模塊280就借助VPF濾波器282和HZPF濾波器284分別對經(jīng)過向下采樣的圖像的水平分量和垂直分量進(jìn)行濾波，以調(diào)整適合在低分辨率的電視監(jiān)視器上顯示的圖像。
圖2B是本發(fā)明的另一個(gè)向下變換系統(tǒng)的實(shí)施方案的高級方框圖，該方案使用適合顯示變換的低成本的水平和垂直濾波裝置。對于圖2B所示系統(tǒng)，除了圖像的水平和垂直分量的濾波方法不同之外，其余的與前面描述的向下變換過程相同，并且可以仿效示范的3∶1和2∶1轉(zhuǎn)換實(shí)施。
第二個(gè)示范實(shí)施方案中的系統(tǒng)包括兩個(gè)模塊，一個(gè)是字塊至光柵存儲(chǔ)器252，它用于儲(chǔ)存經(jīng)過處理和解碼的圖像，另一個(gè)是字塊至光柵處理器254，它用于提供經(jīng)過水平分樣的低分辨率圖像。這個(gè)系統(tǒng)還包括用于垂直象素值低通濾波的垂直低通濾波器(LPF)260、用于從垂直低通濾波器260讀取選定的水平行的開關(guān)262、以及用于提供低分辨率圖像的FIFO緩沖器。
這個(gè)系統(tǒng)還包括垂直低通濾波器(LPF)260，用于對來自字塊至光柵處理器254的垂直象素值進(jìn)行低通濾波。FIFO 264借助選擇開關(guān)262接收選定的水平行。水平行數(shù)的減少降低了畫面的垂直寬度。FIFO緩沖器264以較高分辨率的時(shí)鐘頻率CLK接收水平行。但是，為了提供低分辨率畫面，F(xiàn)IFO緩沖器264依據(jù)需要按降低的時(shí)鐘頻率提供水平行。就2∶1分樣(如圖2B所示)而言，時(shí)鐘頻率CLK/2是較高時(shí)鐘頻率的一半。本發(fā)明的實(shí)施方案中這種低成本的顯示變換方式將在(f)小節(jié)詳細(xì)介紹。
(b)宏塊預(yù)測由于前面圖像的參考幀的尺寸被減小了，針對這些參考幀接收的運(yùn)動(dòng)矢量也可以按照變換的比率作相應(yīng)的轉(zhuǎn)譯。下面介紹亮度字塊在水平方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)譯。如果需要，熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人很容易將這種轉(zhuǎn)譯擴(kuò)展到垂直方向。在原始圖像幀中用x，y作為當(dāng)前宏塊的地址，Dx作為水平分樣因子，mvx作為原始圖像幀的半象素水平運(yùn)動(dòng)矢量，在原始圖像幀中運(yùn)動(dòng)字塊左上角的地址用半象素單元中的XH表示，該地址(XH)由式(1)給出XH＝2x+mvx(1)在經(jīng)過向下采樣的圖像中，與運(yùn)動(dòng)字塊對應(yīng)的象素的起始地址用x*和y*表示，在式(2)中給出x*=XH2·Dx;y*=y;---(2)]]>由于示范的濾波器216和向下采樣處理器232僅僅減少圖像的水平分量，所以運(yùn)動(dòng)矢量的垂直分量不受影響。對色度而言，原始畫面中，運(yùn)動(dòng)矢量是亮度運(yùn)動(dòng)矢量的一半。所以，色度運(yùn)動(dòng)矢量的轉(zhuǎn)譯也可以用方程式(1)和(2)定義。
分兩步完成運(yùn)動(dòng)預(yù)測第一步，估算在原始圖像幀中象素精確的運(yùn)動(dòng)，這可以借助圖2A和圖2B中的向上采樣處理器226對經(jīng)過向下采樣的圖像幀進(jìn)行向上采樣來完成，第二步，半象素生成器228通過計(jì)算毗鄰的象素的象素平均值來估算半象素的運(yùn)動(dòng)。
例如，采用向上采樣的多相位濾波器在向上采樣處理器226中完成子象素的內(nèi)插，給出高分辨率畫面的運(yùn)動(dòng)預(yù)測。運(yùn)動(dòng)預(yù)測的結(jié)果將與離散余弦逆變換處理器218的輸出相加。由于加法器230的輸出值對應(yīng)于高分辨率的圖像，為了在低分辨率的顯示器上顯示該圖像，可以對這些輸出值進(jìn)行向下采樣處理。在向下采樣處理器232中的向下采樣和圖像幀的二次抽樣本質(zhì)上是一樣的，但是可以在轉(zhuǎn)換率的基礎(chǔ)上作些調(diào)整。例如，在3∶1的向下采樣中，對每個(gè)輸入宏塊在水平方向上向下采樣，抽取5或6個(gè)象素，而且向下采樣得到的第一個(gè)象素不總是輸入宏塊的第一個(gè)象素。
從向下采樣的圖像獲得正確的運(yùn)動(dòng)預(yù)測字塊之后，為了得到高分辨率畫面中相應(yīng)的預(yù)測字塊需要進(jìn)行向上采樣。因此，在運(yùn)動(dòng)預(yù)測字塊中子象素的準(zhǔn)確性對向下采樣中的畫面來說是非常重要的。例如，使用3∶1分樣時(shí)，在運(yùn)動(dòng)預(yù)測中最好有1/3(或1/6)子象素準(zhǔn)確性。除了經(jīng)過向下采樣的運(yùn)動(dòng)字塊之外，運(yùn)動(dòng)矢量需要的子象素(即第一個(gè)象素)被確定下來。接下來，利用下面介紹的模運(yùn)算確定后續(xù)子象素的位置。這些子象素的位置由式(3)中的Xs表示Xs=(XH2)%(Dx)---(3)]]>例如，對于3∶1的向上采樣，Xs的范圍是0，1，2；對于2∶1的向上采樣，Xs的范圍是0，1。圖3A說明在3∶1和2∶1實(shí)例中子象素的位置和相應(yīng)的17個(gè)預(yù)測象素，表1給出了圖3A的圖例。
表1
就象上面介紹的那樣，向上采樣濾波器可以是向上采樣的多相位濾波器，表2A列出了這些向上采樣的多相位插值濾波器的特征。
表2A
下面兩張表，表2B和表2C，列出了3∶1和2∶1向上采樣多相位濾波器的多相位濾波系數(shù)。
表2B3∶1的向上采樣濾波器
表2C2∶1的向上采樣濾波器
在固定點(diǎn)表示法中，表2B和表2C中圓括號中數(shù)字是9位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示(法)，與左邊的雙精度數(shù)對應(yīng)。根據(jù)在經(jīng)過向下采樣的參考圖像幀中運(yùn)動(dòng)預(yù)測字塊的子象素的位置，采用相應(yīng)于多相位插值濾波器的相位之一。另外，對示范實(shí)施方案而言，為了在原始的經(jīng)過向下采樣的圖像幀中插入17個(gè)水平象素，左邊和右邊都需要更多的象素。例如，對于3∶1的分樣，每個(gè)輸入宏塊最多有六個(gè)經(jīng)水平方向向下采樣的象素。但是，在向上采樣時(shí)，為了生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測字塊值，需要9個(gè)水平象素，因?yàn)橄蛏喜蓸訛V波器需要超出濾波器作業(yè)邊界的更多的左側(cè)和右側(cè)的象素。由于示范實(shí)施方案使用半象素運(yùn)動(dòng)預(yù)測，為了得到16個(gè)半象素需要17個(gè)象素，其中這16個(gè)半象素是最鄰近的兩個(gè)象素采樣的平均值。半象素運(yùn)動(dòng)生成器負(fù)責(zé)這項(xiàng)計(jì)算。表3說明子象素位置和多相位濾波器單元之間的映射關(guān)系以及除了向上采樣處理之外所必須的左側(cè)象素的個(gè)數(shù)。
表3
圖3B概述了對輸入宏塊的每一行完成的向上采樣處理。首先，在310步中，接收已處理的輸入圖像幀字塊的運(yùn)動(dòng)矢量。在312步中，轉(zhuǎn)譯運(yùn)動(dòng)矢量以與存儲(chǔ)器中經(jīng)向下采樣過的參考幀對應(yīng)。在314步中，用成比例的運(yùn)動(dòng)矢量檢索存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器中預(yù)測字塊的坐標(biāo)。在316步確定用于該字塊的子象素點(diǎn)，然后在318步檢索用于向上采樣的多相濾波器的初始值。在320步從存儲(chǔ)器檢索用于向下采樣參考幀的預(yù)測字塊的已識(shí)別的象素。
在首次執(zhí)行濾波步驟324之前，應(yīng)當(dāng)在322步完成寄存器的初始化，對于示范實(shí)施方案，該步驟給寄存器加載3或5個(gè)象素值。在濾波步驟324之后，在326步判斷是否已經(jīng)將所有的象素處理完畢，對于示范實(shí)施方案，需要處理17個(gè)象素。如果尚未處理完所有的象素，則在328步更新相位，并檢查相位是否為零(零與濾波器處理需要的最后一個(gè)相位對應(yīng))。如果該相位不為零，那么為下一組多相濾波系數(shù)更新寄存器。在332步更新寄存器，對3∶1的向上采樣示范實(shí)施方案，將相位值簡單地更新為0、1、和2；對2∶1的向上采樣示范實(shí)施方案，將相位值更新為0和1。作為一個(gè)特例，在最左側(cè)的象素超出字塊邊界的場合時(shí)，重復(fù)前一個(gè)象素值。
(c)使用離散余弦變換系數(shù)加權(quán)的離散余弦變換域?yàn)V波本發(fā)明示范實(shí)施方案包括離散余弦變換濾波器216，該濾波器處理該頻域中的離散余弦變換系數(shù)并代替該空間域中的低通濾波器。對于離散余弦變換編碼畫面(如按MPEG或JPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼的畫面)，用離散余弦變換域?yàn)V波代替空間域?yàn)V波可帶來一些好處。離散余弦變換域?yàn)V波器與用于空間象素采樣值的空間域?yàn)V器相比，最明顯的是計(jì)算更有效并且需要的硬件更少。例如，有N個(gè)抽頭的空間濾波器對每個(gè)空間象素采樣可能使用N次乘法和加法運(yùn)算。這相當(dāng)于在離散余弦變換域?yàn)V波器中只作一次乘法運(yùn)算。
最簡單的離散余弦變換域?yàn)V波器是高頻離散余弦變換系數(shù)的舍去項(xiàng)。但是，高頻離散余弦變換系數(shù)的舍去項(xiàng)得不到平滑的濾波效果，而且在解碼畫面中有缺陷，如在畫面邊緣附近有“抖動(dòng)(ringing)”。本發(fā)明示范實(shí)施方案的離散余弦變換域低通濾波器來源于空間域中的字塊鏡像濾波器。例如，借助空間域的數(shù)值分析先對字塊鏡像濾波器的濾波器系數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化處理，然后再將這些值轉(zhuǎn)換成離散余弦變換域?yàn)V波器的系數(shù)。
盡管示范實(shí)施方案只說明水平方向上的離散余弦變換域?yàn)V波，但是，借助水平濾波器和垂直濾波器的組合，離散余弦變換域?yàn)V波既可以在水平方向進(jìn)行又可以在垂直方向進(jìn)行，還可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行。
(d)推演離散余弦變換域?yàn)V波器系數(shù)本發(fā)明的一個(gè)示范濾波器來自兩個(gè)約束條件第一，濾波器為每個(gè)圖像字塊逐個(gè)字塊地處理圖像數(shù)據(jù)而不使用來自前一幅畫面字塊的信息；第二，在濾波器處理邊界象素值時(shí)，濾波器降低字塊邊界的可見度。
按照第一個(gè)約束條件，例如，在MPEG圖像序列的基于離散余弦變換的壓縮中，N×N個(gè)離散余弦變換系數(shù)字塊產(chǎn)生N×N個(gè)空間象素值字塊。因此，本發(fā)明的示范實(shí)施方案配置只處理當(dāng)前接收畫面字塊的離散余弦變換域?yàn)V波器。
根據(jù)第二個(gè)約束條件，如果濾波器簡單地應(yīng)用于空間象素值的字塊，那么在字塊邊界上有濾波過濾(transition of filtering)，這是由于邊界外沒有足夠數(shù)目的空間象素值來填充濾波器的剩余部分引起的。也就是說，由于N個(gè)抽頭的濾波器僅有適合N/2個(gè)抽頭的數(shù)值，所以不能對在字塊邊界上的系數(shù)值適當(dāng)?shù)貫V波，剩下的值在字塊邊界之外。有幾種提供象素值的方法1)重復(fù)邊界外預(yù)定的常數(shù)象素值；2)重復(fù)同一的值作為邊界象素值；3)計(jì)算字塊象素值的鏡像映射，以便在被處理的字塊毗鄰形成垂直的前一個(gè)和后一個(gè)象素值字塊。在沒有關(guān)于前后字塊內(nèi)容的先前信息時(shí)，重復(fù)象素值的鏡像映射方法可作為首選的方法。所以本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案將這種鏡像映射法用于濾波器，并稱之為“字塊鏡像濾波器”。
下面介紹配備水平字塊鏡像濾波器的示范實(shí)施方案，該濾波器完成對一個(gè)字塊的8個(gè)輸入空間象素采樣值的低通濾波。如果輸入字塊的大小是象素采樣值的8×8的字塊矩陣，那么水平濾波可以借助將字塊鏡像濾波器用于每行8象素采樣值的方法得以完成。將濾波系數(shù)用于字塊矩陣列的列就能實(shí)現(xiàn)濾波處理，或者先對字塊的行濾波再對字塊的列濾波從而完成多維濾波，對于本行業(yè)的技術(shù)人員而言，這些變換是顯而易見的。
圖4說明用于示范鏡像濾波器的輸入象素值x0至x7(組x0)之間的對應(yīng)關(guān)系，該濾波器用于8個(gè)輸入象素，它使用帶15個(gè)抽頭的空間濾波器并用抽頭值h0至h14表示。輸入象素的鏡像在組x0左邊用組x1表示，在組x0的右邊用組x2表示。濾波器的輸出象素值是濾波器抽頭值與對應(yīng)的象素采樣值的15個(gè)乘積之和。圖4說明用于計(jì)算第一和第二輸出象素值的乘積對。
下面說明空間域中字塊鏡像濾波器與離散余弦變換域?yàn)V波器是等價(jià)的。該鏡像濾波涉及2N(N＝8)個(gè)點(diǎn)的循環(huán)卷積(circularconvolution)。
定義矢量x’如式(4)所示x’(n)＝x(n)+x(2N-1-n)； 0＜＝n＜＝2N-1(4)在N＝8時(shí)x’＝(x0，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x7，x6，x5，x4，x3，x2，x1，x0)
重排濾波器的抽頭值h0到h14，并且用h’表示重排列的值h’＝(h7，h8，h9，h10，h11，h12，h13，h14，0，h0，h1，h2，h3，h4，h5，h6)因此，鏡像濾波輸出y(n)是式(5)給出的x’(n)和h’(n)的循環(huán)卷積y(n)＝x’(n)h’(n) (5)式5與式(6)是等價(jià)的，y(n)=Σk=02N-1x′[n-k]·h′(n)---(6)]]>其中，x’[n-k]是x’(n)的循環(huán)模數(shù)(circular modulo)并且x’[n]＝x’(n)n＞＝0x’[n]＝x’(n+2N)n＜0發(fā)明者已經(jīng)確定式(5)所示的空間域中的循環(huán)卷積與離散傅利葉變換(DFT)域中的標(biāo)量乘積對應(yīng)。定義Y(k)為y(n)的離散傅利葉變換，于是式(5)在離散傅利葉變換域中變成式(7)Y(k)＝X’(k)·H’(k)(7)其中X’(k)和H’(k)分別是x’(n)和h’(n)的離散傅利葉變換。
式(4)到式(7)對于抽頭數(shù)小于2N的濾波器是有效的。此外，濾波器限定為帶奇數(shù)個(gè)抽頭的對稱濾波器，在這些約束條件下H’(k)是實(shí)數(shù)。所以，作為x’(n)的離散傅利葉變換的X’(k)可以在離散傅利葉變換頻域中用實(shí)數(shù)H’(k)加權(quán)，以此代替空間域中的2N次乘法和2N次加法運(yùn)算，從而完成濾波作業(yè)。X’(k)的值與原始的N個(gè)點(diǎn)x(n)的離散余弦變換系數(shù)密切相關(guān)，因?yàn)镹個(gè)點(diǎn)的離散余弦變換是借助2N個(gè)點(diǎn)的x’(n)的離散傅利葉變換得到的，其中x’(n)是由x(n)及其鏡像x(2N-1-n)組成的聯(lián)合序列。
下面介紹空間濾波器的離散傅利葉變換系數(shù)H’(k)的推演，假設(shè)對稱濾波器有奇數(shù)個(gè)(2N-1個(gè))抽頭，它們是h(n)＝h(2N-2-n)，并且有等價(jià)表達(dá)式h’＝h’(2N-n)和h’(N)＝0。用式(8)定義H’(k)H′(k)=Σn=02N-1h′(n)·W2Nkn=h′(0)+2Σn=1N-1h′(n)·cosπknN---(8)]]>其中W2Nkn＝exp{-2πkn/(2N)}；并且H’(k)＝H’(2N-k)。
發(fā)明者已經(jīng)確定x’(n)的2N個(gè)點(diǎn)的離散傅利葉變換(X’(k))可以借助它的離散余弦變換系數(shù)用式(9)表示X′(k)=Σn=02N-1x′(n)·W2Nkn=W2N-k/2·Σn=1N-12x(n)·cosπk(2n+1)2N---(9)]]>反之，x(n)的離散余弦變換系數(shù)(C(k))借助式(10)給出C(k)=Σn=0N-12x(n)·cosπk(2n+1)2N=W2Nk/2·X′(k)]]>0≤k≤N-1 (10)否則C(k)＝0。
X’(k)的值(即x’(n)的離散傅利葉變換系數(shù))可以借助x’(n)的離散余弦變換系數(shù)C(k)由矩陣表達(dá)式(11)表示X′(k)=W2N-k/2·C(k)k≤N-10k=N-W2N-k/2N+1≤k≤2N-1---(11)]]>原始的空間象素采樣值(x(n))也可以由式(12)表示的離散余弦逆變換(離散余弦逆變換)獲得x(n)=1NΣk=0N-1α(k)·C(k)·cosπk(n+1/2)N---(12)]]>其中當(dāng)k＝0時(shí)α(k)＝1/2，否則α(k)＝1。
當(dāng)0＜＝n＜＝N-1時(shí)，y(n)的值可借助式(13)中給出的X’(k)H’(k)的IDFT(離散富立葉逆變換)得到y(tǒng)(n)=12N·{Σk=02N-1X′(k)·H′(k)·W2N-kn}]]>=12N{Σk=0N-1C(k)·H′(k)·W2N-k(n-1/2)+Σk=N-12N-1-C(2N-k)·H′(2N-k)·W2N-k(n+1/2)}]]>=1NΣk=0N-1α(k)·{C(k)·H′(k)}·cosπk(n+1/2)N---(13)]]>式(13)的值y(n)是C(k)H’(k)的離散余弦逆變換的空間值。所以，可以用輸入頻域系數(shù)的離散余弦變換加權(quán)代替空間濾波，該輸入頻域系數(shù)用H’(k)表示圖像字塊，然后完成加權(quán)值的離散余弦逆變換，以便重組空間域中經(jīng)濾波的象素值。
(e)字塊鏡像濾波器的示范實(shí)施方案本發(fā)明的字塊鏡像濾波示范實(shí)施方案的步驟如下1)選用帶奇數(shù)個(gè)抽頭的一維低通對稱濾波器，其中抽頭數(shù)小于2N；2)借助填零將濾波器系數(shù)增加到2N個(gè)值；3)重新排列濾波器系數(shù)，借助向左循環(huán)移位將最初在中間的系數(shù)移至第零號位置；4)確定重新排列后的濾波系數(shù)的離散傅利葉變換系數(shù)；5)將離散余弦變換濾波系數(shù)與輸入字塊的實(shí)數(shù)離散傅利葉變換系數(shù)相乘；6)完成經(jīng)濾波的離散余弦變換系數(shù)的離散余弦逆變換，借助與離散余弦逆變換系數(shù)相乘完成濾波，以提供一個(gè)為分樣準(zhǔn)備的經(jīng)過低通濾波的象素字塊。
借助分樣率確定低通濾波器的截止頻率。對于示范實(shí)施方案，按3∶1分樣，截止頻率為π/3；按2∶1分樣，截止頻率為π/2，其中π是采樣頻率的一半。
MPEG和JPEG解碼器的離散余弦變換域?yàn)V波器允許降低對存儲(chǔ)器的要求，因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)的解碼器中已有字塊的反向量化器和離散余弦逆變換處理，只需要借助離散余弦變換域?yàn)V波器補(bǔ)充離散余弦變換系數(shù)的標(biāo)量乘法運(yùn)算。所以，獨(dú)立的離散余弦變換域?yàn)V波器字塊乘法運(yùn)算實(shí)際上不需要用特殊的裝置；本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案簡單地將離散余弦變換域?yàn)V波系數(shù)與離散余弦逆變換處理系數(shù)合并。
在本發(fā)明的向下變換示范系統(tǒng)中，考慮了離散余弦變換系數(shù)的水平濾波和分樣，下面是兩個(gè)示范方案1. 1920H×1080V隔行掃描(interlace)到640×1080隔行掃描的變換(水平方向3∶1分樣)2. 1280H×720V逐行掃描(progressie)到640×720逐行掃描的變換(水平方向2∶1分樣)
表4說明離散余弦變換字塊鏡像濾波器(加權(quán))系數(shù)，在表4中圓括號里的數(shù)是10位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示(法)。表4中的“*”表示對于10位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示(法)在邊界值之外，因?yàn)樵撝荡笥?；但是，正象熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人所了解的那樣，字塊的列系數(shù)與用“*”標(biāo)明的值之間的乘法運(yùn)算可以借助將該系數(shù)與濾波值的分?jǐn)?shù)值(余)的乘積與該系數(shù)值進(jìn)行相加運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。
表4
這些水平離散余弦變換濾波器系數(shù)給編碼視頻圖像的離散余弦變換系數(shù)的8×8字塊中的每一列加權(quán)。例如，用H
給第零列離散余弦變換系數(shù)加權(quán)，用H[1]給第一列離散余弦變換系數(shù)加權(quán)，等等。
上述討論說明采用一維離散余弦變換實(shí)現(xiàn)水平濾波。正象在數(shù)字信號處理技術(shù)中所了解的那樣，這種處理可擴(kuò)展到二維系統(tǒng)。對于二維系統(tǒng)，將輸入序列表示成值的矩陣，為了說明該序列是周期性的，對周期M，用列序列表示，對周期N，用行序列表示，其中M和N都是整數(shù)。二維的離散余弦變換可以這樣實(shí)現(xiàn)，在輸入序列的各列上完成一維的離散余弦變換，然后在經(jīng)過離散余弦變換處理的輸入序列的各行上完成第二個(gè)一維的離散余弦變換(DCT)。正象在這項(xiàng)技術(shù)中所了解的那樣，二維離散余弦逆變換也可以作為單一處理得以實(shí)現(xiàn)。
圖5表示用于二維系統(tǒng)向下變換的濾波器的示范方案，該方案將水平分量和垂直分量作為級聯(lián)的一維離散余弦逆變換進(jìn)行處理。如圖5所示，圖2中的離散余弦變換濾波掩碼(filter mask)216和離散余弦逆變換218可借助垂直處理器510和水平處理器520予以實(shí)現(xiàn)，其中垂直處理器510包括垂直離散余弦變換濾波器530和垂直離散余弦逆變換540，水平處理器520包括水平離散余弦變換濾波器和水平離散余弦逆變換，兩者配置相同。由于濾波和離散余弦逆變換處理都是線性的，所以，這些處理的執(zhí)行順序可以重新排列(例如，水平和垂直的離散余弦變換濾波在前，垂直和水平離散余弦逆變換在后，或者顛倒一下，垂直處理器520在前，水平處理器510在后)。
在圖5所示的具體方案中，跟在垂直處理器510后面的是字塊轉(zhuǎn)置運(yùn)算器550，該運(yùn)算器轉(zhuǎn)換由垂直處理器提供的作過垂直處理的數(shù)值字塊中的行和列。這種操作通過為水平處理器520準(zhǔn)備待處理的字塊可以獲得更高的計(jì)算效率。
垂直離散余弦變換濾波器530接收經(jīng)過編碼的圖像字塊(如8×8的矩陣值字塊)，借助與需要的垂直分樣對應(yīng)的離散余弦變換濾波值給字塊的每個(gè)行入口加權(quán)。接下來，垂直離散余弦逆變換540完成對字塊垂直分量的離散余弦逆變換。如前所述，由于兩者只是執(zhí)行矩陣相乘和求和運(yùn)算，所以對于單一的矩陣乘法和加法運(yùn)算，可以將離散余弦變換濾波系數(shù)和垂直方向的離散余弦逆變換系數(shù)合并。然后，垂直處理器510將經(jīng)過垂直處理的字塊提供給轉(zhuǎn)置運(yùn)算器550，該轉(zhuǎn)置運(yùn)算器將經(jīng)過垂直處理的數(shù)值字塊轉(zhuǎn)置后提供給水平處理器520。如果不是僅僅按行或按列進(jìn)行離散余弦逆變換運(yùn)算，轉(zhuǎn)置運(yùn)算器550是不必要的。水平處理器520借助與需要的水平濾波對應(yīng)的離散余弦變換濾波值給字塊的每個(gè)列入口加權(quán)，然后對字塊的水平分量進(jìn)行離散余弦逆變換。
(f)向下采樣向下采樣由向下采樣處理器232完成，以減少經(jīng)過向下變換的圖像中象素的數(shù)目。圖6A表示4∶2∶0色度類型輸入象素和它的3∶1分樣的輸出象素。圖6B表示4∶2∶0色度類型輸入象素和它的2∶1分樣的輸出象素。表5給出識(shí)別圖6A和圖6B中亮度和色度象素的符號。在圖6A和圖6B中向下變換前后象素的位置分別是隔行掃描(3∶1的分樣)和逐行掃描(2∶1的分樣)的情況。
表5
對于隔行掃描圖像的向下采樣，抽取水平軸上的每個(gè)第三象素，從而使該圖像尺寸能夠從1920×1080個(gè)象素變換到640×1080個(gè)象素。對于3∶1的示范分樣，在向下變換處理之后，有三種不同的宏塊類型。在圖6A中，原始宏塊用MB0，MB1，MB2表示。MB0中向下采樣的亮度象素以原始宏塊中的第一個(gè)象素為起點(diǎn)，但在MB1和MB2中經(jīng)過向下采樣的象素分別以原始宏塊中的第三個(gè)和第二個(gè)象素為起點(diǎn)。在每個(gè)宏塊中經(jīng)過向下采樣的象素?cái)?shù)目也是不同的。在MB0中，水平方向有6個(gè)經(jīng)過向下采樣的象素，而在MB1和MB2中，只有5個(gè)這樣的象素。不斷地重復(fù)這三種宏塊類型，所以采用模數(shù)3求余算法。表6列出了每個(gè)輸入宏塊(MB0，MB1，MB2)的向下采樣象素?cái)?shù)和偏移量。
表6
對于逐行格式圖像的向下采樣，亮度信號的二次采樣是在水平方向?qū)γ總€(gè)第二采樣采樣。對于色度信號，經(jīng)過向下采樣的象素恰好是原始象素下面的半象素。
(f)顯示變換經(jīng)過向下采樣的圖像幀的顯示變換是為了滿足按具體格式顯示圖像的要求。如上所述，為了在低分辨率屏幕上進(jìn)行顯示，圖2A所示的顯示變換部分280調(diào)整經(jīng)過向下變換和向下采樣的圖像。
參照圖2A，顯示變換部分280包括VPF濾波器282和HZPF濾波器284，在示范實(shí)施方案中，前者是作為可編程多相垂直濾波器配置的垂直行內(nèi)插處理器，后者是作為可編程多相水平濾波器配置的水平行內(nèi)插處理器。這兩個(gè)濾波器都是可編程濾波器，是為了適應(yīng)多種顯示格式的顯示格式而設(shè)計(jì)的任選項(xiàng)。
如圖2A所示，四行經(jīng)向下采樣的象素?cái)?shù)據(jù)按光柵順序輸入VPF濾波器282。對于示范實(shí)施方案，這組數(shù)據(jù)包括亮度(Y)和色度(U和V)象素對，這些象素對按每次32位輸入VPF濾波器282。這四行數(shù)據(jù)經(jīng)VPF濾波器282濾波后變成一行，這行數(shù)據(jù)作為32位的數(shù)值(每個(gè)數(shù)值都包含著亮度和色度數(shù)據(jù))被傳送到HZPF濾波器284，然后，HZPF284產(chǎn)生正確的象素?cái)?shù)，以與需要的光柵格式映射。
圖7A是高級方框圖，它說明在本發(fā)明的示范實(shí)施方案中使用的VPF濾波器282。在下面的討論中，介紹VPF濾波器282如何處理各個(gè)輸入的(亮度Y和色度U、V)象素對以產(chǎn)生一對輸出象素，該輸出象素對采用便于處理的4∶2∶0格式，因?yàn)檫@允許顏色象素與相應(yīng)的亮度象素相關(guān)聯(lián)。但是，熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人可以認(rèn)識(shí)到，只有一個(gè)象素(或多個(gè)象素)也能照此處理。此外，所述的VPF濾波器282按逐行格式生成行。在另一個(gè)采用雙輸出并支持隔行格式的實(shí)施方案中，可以添加第二個(gè)VPF濾波器282。
參照圖7A，VPF濾波器282包括VPF控制器702；第一個(gè)多路轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)(該網(wǎng)絡(luò)包括亮度象素多路調(diào)制器(LP MUX)706、708、710和712以及色度象素多路調(diào)制器(CP MUX)714、716、718和720)；第二多路轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)(該網(wǎng)絡(luò)包括亮度濾波多路調(diào)制器(LF MUX)726、728、730和732以及色度濾波多路調(diào)制器(CF MUX)734、736、738和740)；亮度系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器704；色度系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器724；亮度系數(shù)乘法器742、744、746和748；色度系數(shù)乘法器750、752、754和756；亮度加法器760、762和764；色度加法器766、768和770；舍位截取處理器772和776；多路分用器/寄存器774和778；以及輸出寄存器780。
現(xiàn)在介紹VPF濾波器282的操作。垂直二次采樣是由兩個(gè)4頭多相濾波器完成的，一個(gè)用于亮度象素，另一個(gè)用于色度象素。由于色度象素的操作與亮度象素操作類似，所以下面只詳細(xì)介紹用于亮度象素的濾波器操作，但是，按發(fā)生路徑指出那些差別。在用于示范實(shí)施方案的4抽頭多相濾波器中，亮度象素的垂直濾波可以使用的相位數(shù)不超過8個(gè)，色度象素的垂直濾波可以使用的相位數(shù)不超過16個(gè)。VPF控制器702在一幀的起點(diǎn)給垂直多相濾波器復(fù)位，并對第一和第二多路轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)序控制，從亮度系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器704和色度系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器724中選擇適合該多向?yàn)V波器相位的系數(shù)組，而且還包括一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于給正在處理的幀中的每一行計(jì)數(shù)。
VPF控制器702除了協(xié)調(diào)多路調(diào)制器網(wǎng)絡(luò)和多相濾波器的操作之外，還借助跟蹤解碼畫面中垂直位置的整數(shù)部分和小數(shù)部分以保持跟蹤顯示掃描線。整數(shù)部分指示應(yīng)當(dāng)存取哪些行，小數(shù)部分指出應(yīng)當(dāng)采用哪個(gè)濾波器相位。例如，在計(jì)算小數(shù)部分時(shí)運(yùn)用模N求余算法允許采用的相位數(shù)少于16個(gè)，這對精確的向下采樣率(如9∶5)是有效的。如果不要求精確的采樣率，對使用的N個(gè)相位之一舍去小數(shù)部分。
如圖7A所示，來自四個(gè)亮度行和四個(gè)色度行的亮度和色度象素對被分成色度路徑和亮度路徑。在亮度路徑中的16位象素對數(shù)據(jù)可以借助LP MUX 706、708、710、和712進(jìn)一步經(jīng)多路調(diào)制變成8位的偶格式(Y-偶)和8位的奇格式(Y-奇)以及借助CP MUX 714、716、718和720進(jìn)一步經(jīng)多路調(diào)制變成8位的U格式和8位的V格式。然后，為了在多相濾波作業(yè)中允許象素重疊，亮度濾波器多路調(diào)制器706、708、710、和712被用于重復(fù)位于解碼圖像上下兩條邊界線上的象素值。
然后，與亮度象素信息和色度象素信息相應(yīng)的四行象素的象素對通過各自的多相濾波器。根據(jù)可編程的向上采樣因子或向下采樣因子，由VPF控制器702選擇用于為濾波器相位的象素值加權(quán)的乘法器742，744，746、和748所使用的系數(shù)。在加法器760，762，764中將經(jīng)過加權(quán)的亮度象素信息合并之后，(由于系數(shù)的乘積以更高的精度出現(xiàn))，將這個(gè)數(shù)值傳送到舍位截取處理器772，該處理器提供一個(gè)8位的數(shù)值。多路分用寄存器774接收的第一個(gè)8位數(shù)值與經(jīng)過內(nèi)插的8位偶格式(Y-偶)的亮度值對應(yīng)，接收的第二個(gè)8位數(shù)值與經(jīng)過內(nèi)插的8位奇格式(Y-奇)的數(shù)值對應(yīng)，然后多路分用寄存器774提供一個(gè)16位的經(jīng)過垂直濾波的亮度象素值。寄存器780在亮度和色度路徑中收集經(jīng)過垂直濾波的象素，并且將它們作為一個(gè)包括亮度和色度象素對的經(jīng)過垂直濾波的32位的數(shù)值提供給下一級。
圖7B表示各行中系數(shù)和象素采樣空間之間的空間關(guān)系。用于亮度和色度多相濾波路徑的系數(shù)的每個(gè)系數(shù)有40位，它們被分配給各個(gè)系數(shù)組，并且每相有一個(gè)系數(shù)組。系數(shù)被解釋為以512為分母的分?jǐn)?shù)。系數(shù)按40位字從左至右放置(C0-C3)。C0和C3是帶符號的10位二進(jìn)制余數(shù)，C1和C2是具有給定范圍(如從-256到767)的10位。
圖7A包括任選的亮度系數(shù)調(diào)節(jié)(器)782和色度系數(shù)調(diào)節(jié)(器)784。舉例說，這些系數(shù)調(diào)節(jié)器782和784可以用于推演用于C1和C2的11位的二進(jìn)制余數(shù)。如果位8和位9(最高位)兩者都是1，那么該11位數(shù)的符號(位)是1(負(fù))，否則該值為正。如圖7B中所示，色度系數(shù)在四個(gè)輸入行中的色度行上計(jì)算，但是亮度系數(shù)在中間的兩個(gè)輸入行中的偶亮度行和奇亮度行上計(jì)算。
圖8A是說明本發(fā)明的示范實(shí)施方案中的HZPF濾波器284的高級方框圖。HZPF濾波器284接收來自VPD 282的亮度和色度象素信息對，該信息對可能是32位的數(shù)據(jù)。HZPF濾波器284包括HZPF控制器802；U色度鎖存器804；V色度鎖存器806；Y亮度鎖存器808；多路復(fù)用選擇器810；水平濾波系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器812；合并網(wǎng)絡(luò)814；求和網(wǎng)絡(luò)816；舍位截取處理器818；多路分用寄存器820和輸出寄存器822。下面介紹水平濾波器的單一配置，這種配置用于對逐行顯示格式進(jìn)行二次采樣。在另一個(gè)包括雙輸出并具有較低的輸出傳輸速度的示范實(shí)施方案中，采用第二個(gè)水平濾波器以支持隔行掃描格式。
水平二次采樣是借助使用8抽頭8相位的多相濾波器完成的。HZPF控制器802借助在經(jīng)過解碼和向下采樣的畫面中跟蹤水平位置的整數(shù)和小數(shù)部分來協(xié)調(diào)顯示象素的生成。整數(shù)部分指示哪些象素是待存取的象素，小數(shù)部分指示應(yīng)當(dāng)使用哪個(gè)濾波器相位。在計(jì)算小數(shù)部分時(shí)使用的模N求余算法可以允許待用相位少于8個(gè)。如果采用精確的向下采樣率(如9∶5)時(shí)，那么這可能是有用的。如果不采用精確的采樣率，那么對N個(gè)相之一舍去小數(shù)部分。在本發(fā)明的示范實(shí)施方案中HZPF濾波器284給象素對濾波，而且可以采用在偶象素邊界對齊，以有利于處理4∶2∶0格式的畫面并保持U和V色度象素(彩色象素)與其相應(yīng)的Y亮度象素在一起。
現(xiàn)在參照圖8A介紹HZPF濾波器284的操作。HZPF控制器284在水平行的起點(diǎn)使水平多相濾波器復(fù)位，為第一和第二多路網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)序控制，從水平系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器812中選擇系數(shù)組為每個(gè)多路濾波器相位提供U色度濾波系數(shù)、V色度濾波系數(shù)和Y亮度濾波系數(shù)，以及選擇每組待處理的U-色度、V-色度、Y-亮度值。此外，當(dāng)水平位置接近左端或右端時(shí)，HZPF控制器802將強(qiáng)制重復(fù)邊緣象素值或置0，以供8抽頭多相濾波器使用。
從VPF濾波器282接收的象素?cái)?shù)據(jù)被分成Y亮度值、U色度值和V色度值，并且這些有待濾波的象素值被分別鎖存在U色度鎖存器804、V色度鎖存器806、Y亮度鎖存器808中。然后，HZPF控制器802借助用于選擇多路復(fù)用選擇器810的信號選擇Y亮度值、U色度值、和V色度值。在示范實(shí)施方案中，有更多的Y亮度值，它們可能需要在Y亮度鎖存器808中的附加鎖存器。同時(shí)，HZPF控制器802根據(jù)可編程的向上或向下采樣值并借助針對水平濾波系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器812的控制信號選擇用于該濾波相位并用于U或V色度值或Y亮度值的濾波系數(shù)。
然后，水平濾波系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器812將這些系數(shù)輸出給合并網(wǎng)絡(luò)814的各個(gè)單元，以供與輸入的象素值相乘，以產(chǎn)生經(jīng)過加權(quán)的象素值，然后這些經(jīng)過加權(quán)的象素值在求和網(wǎng)絡(luò)816中被合并，以提供經(jīng)過水平濾波的U或V色度值或Y亮度值。
在求和網(wǎng)絡(luò)816中經(jīng)過加權(quán)的象素值被合并之后，經(jīng)過水平濾波的象素值被送到舍位截取處理器，該處理器提供一8位的數(shù)值(因?yàn)橄禂?shù)的乘積以更高的精度出現(xiàn))。多路分用寄存器820接收一系列8位數(shù)值，它們對應(yīng)于U色度值、8位偶Y亮度值、8位V色度值、最后是對應(yīng)于8位奇Y色度值的8位值，并且，該多路分用寄存器820還完成這些數(shù)值的多路調(diào)制，將它們變成一個(gè)32位的經(jīng)過水平濾波的亮度和色度象素對。寄存器822存儲(chǔ)和提供該象素對，作為經(jīng)過垂直和水平濾波的32位象素的色度及亮度象素對。
圖8B表示在水平濾波系數(shù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器812中儲(chǔ)存的并在多相濾波器中使用的系數(shù)與水平(掃描)線向下采樣的圖像的象素采樣值之間的空間關(guān)系。用于該示范實(shí)施方案的系數(shù)按64位字從左到右放置，C0-C7。系數(shù)C0、C1、C6、和C7是帶符號的7位二進(jìn)制余數(shù)(2’complement values)，C2和C5是帶符號的8位二進(jìn)制余數(shù)(2’complement)，C3和C4是表示-256至767范圍的10位數(shù)值。為了產(chǎn)生用于C3和C4的11位二進(jìn)制余數(shù)，可能需要調(diào)整。如果位8和位9(最高位)兩者都是1，那么該11位數(shù)的符號是1(負(fù))，否則該值是0(正)。所有系數(shù)都被解釋為以512為分母的分?jǐn)?shù)。
此外，HZPF濾波器284的編程能力允許一個(gè)非線性水平掃描。如圖8C、8D、8E、8F所示，HZPF濾波器284的二次采樣率可以沿著水平掃描線變化并且可以按逐段線性方式改變。在一種組態(tài)中，二次采樣率在掃描開始時(shí)線性增加(或減少)，增
(或減)至第一點(diǎn)后保持恒定，直至到達(dá)第二點(diǎn)，二次采樣率開始線性減少(或增加)。
圖8C和圖8D表示將4∶3的畫面映射到16∶9的顯示器上的采樣率分布圖。采樣率是根據(jù)輸入值與輸出值的比值定義的，所以，4/3表示按4∶3向下采樣，1/3就是1∶3上采樣。圖8C和圖8D所示的采樣率分布圖表示將具有720個(gè)采樣的輸入畫面圖像變換成具有720個(gè)采樣的顯示。例如，在圖8C中將長寬比為4∶3的畫面變換成16∶9的畫面使用了4/3向下采樣，但是填滿顯示的全部采樣需要沿水平線的1/1的平均值。因此，圖8C的分布在顯示象素24和480之間的中間段有正確的長寬比，而為了填滿監(jiān)視器，在兩側(cè)的值是向上采樣值。圖8E和圖8F說明為了將16∶9的圖像顯示變換成4∶3的顯示采用的分布，該分布與圖8C和圖8D所示的分布恰恰相反。
表7列出了本發(fā)明示范實(shí)施方案的VPF和HZPF的系數(shù)。
表7用于750P至525P亮度垂直濾波的系數(shù)<
<p>用于750P至525I亮度垂直濾波的系數(shù)
用于750P至525I色度垂直濾波的系數(shù)
用于750P至525I水平濾波的系數(shù)
就圖2B所示的顯示變換的低成本方案，圖9A和圖9B說明垂直內(nèi)插處理，該處理可以用于提高本發(fā)明采用2∶1和3∶1分樣的示范實(shí)施方案的圖像質(zhì)量。如圖9A所示，用于2∶1分樣的示范垂直內(nèi)插方法包括場存儲(chǔ)器903、加法器904、和除法器905。2∶1分樣的向下變換解碼器902將解碼的場圖像提供給場存儲(chǔ)器903以便儲(chǔ)存，就該幀(即場)而論，毗鄰的水平行N和N+1由場存儲(chǔ)器903提供并在加法器904中求和，所得的和在除法器905中除以2，以提供垂直內(nèi)插的水平行在低分辨率熒屏上顯示。
如圖9B所示，用于3∶1分樣的垂直內(nèi)插處理包括兩個(gè)單水平行(1H)存儲(chǔ)器921和922、兩個(gè)加法器923和924、和一個(gè)除法器925。3∶1分樣的向下變換解碼器920將每個(gè)水平行按順序提供給1H存儲(chǔ)器921。就當(dāng)前的水平行N而論，毗鄰的水平行N-1被儲(chǔ)存在第一1H存儲(chǔ)器921中，而后一個(gè)毗鄰水平行被儲(chǔ)存在第二1H存儲(chǔ)器922中。將兩個(gè)毗鄰水平行N和N+1提供給加法器921，然后將求和與后面的毗鄰水平行N-2在加法器923中相加。三個(gè)水平行相加后，在除法器925中除以3，以提供垂直內(nèi)插的水平行供低分辨率熒屏顯示。如果圖9B所示的濾波器被用于圖2B所示的垂直LPF 260，那么用于FIFO 264的輸出時(shí)鐘信號將具有較高時(shí)鐘速度的三分之一的時(shí)鐘速度(例如是CLK/3而不是CLK/2)。
在與圖9B所示方案類似的一個(gè)顯示變換的替代實(shí)施方案中，借助將偶、奇垂直行對的值的一半求和到一起形成新的垂直行可以完成逐行圖像按2∶1變換的垂直行內(nèi)插。隔行圖像的按按2∶1變換的垂直行內(nèi)插可以借助處理一場中的偶行對和第二場中的奇行對得以完成。對于偶行，將第一行的四分之三與第二行的四分之一相加。對于奇行，將第一行的四分之一與第二行的四分之三相加。
在本發(fā)明的示范實(shí)施方案已經(jīng)被闡明時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解這些實(shí)施方案僅僅舉例說明。對于熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人，將會(huì)有許多不脫離本發(fā)明精髓的變型、變化和替代方案。因此，本發(fā)明的范圍是由所述權(quán)利要求書所確定的。
權(quán)利要求
1.一種用于由代表視頻圖像的編碼視頻信號形成的低分辨視頻信號的裝置，其中，所述編碼視頻信號是經(jīng)頻域變換的高分辨視頻信號，所述裝置包括用于接收和提供所述編碼視頻信號的裝置，其中，所述編碼視頻信號是作為多個(gè)高分辨頻域視頻系數(shù)值提供的；向下變換的濾波裝置，該裝置用于接收從所述多個(gè)高分辨頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值并為它們加權(quán)，以形成一組經(jīng)濾波的頻域視頻系數(shù)；反變換裝置，該裝置用于接收經(jīng)濾波的頻域視頻系數(shù)并將它們變換成一組經(jīng)濾波的象素采樣值；以及分樣裝置，該裝置用于從那組經(jīng)濾波的象素采樣值中刪除部分選定的采樣值，以提供低分辨的視頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中，經(jīng)頻域變換的視頻信號是借助離散余弦變換(DCT)運(yùn)算進(jìn)行變換的，而反變換裝置借助離散余弦逆變換(IDCT)運(yùn)算對頻域視頻系數(shù)進(jìn)行變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中，向下變換的濾波裝置是一個(gè)具有截止頻率的低通濾波器，其中，借助編碼視頻信號的采樣頻率除以分樣率確定該截止頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中，向下變換的濾波裝置包括字塊鏡像低通濾波器的多個(gè)頻域系數(shù)，其中，該濾波器具有許多預(yù)定的抽頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中，向下變換的濾波裝置是一個(gè)由一組頻域?yàn)V波系數(shù)表示的低通濾波器，該向下變換的濾波給從多個(gè)高分辨頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值加權(quán)，其方法是將一組頻域?yàn)V波系數(shù)與多個(gè)高分辨頻域視頻系數(shù)值相乘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中所述的分樣裝置按照分樣率對一組經(jīng)濾波的象素采樣值進(jìn)行向下采樣。
7.一種用于由代表視頻圖像的編碼視頻信號形成低分辨視頻信號的裝置，其中編碼視頻信號是經(jīng)離散余弦變換(DCT)的高分辨的視頻信號，該裝置包括用于接收和提供編碼視頻信號的裝置，其中編碼視頻信號是作為多個(gè)離散余弦變換視頻系數(shù)值提供的；反變換裝置，包括加權(quán)裝置，該裝置用于由一組向下變換濾波系數(shù)給一組離散余弦變換(DCT)系數(shù)加權(quán)，以形成一組經(jīng)加權(quán)的離散余弦變換系數(shù)，以及變換裝置，該裝置借助離散余弦逆變換運(yùn)算從離散余弦變換頻域變換到空間域，將經(jīng)加權(quán)的離散余弦變換視頻系數(shù)變換成一組經(jīng)濾波的象素采樣值；以及分樣裝置，該裝置用于從那組經(jīng)濾波的象素采樣值中刪除部分選定的采樣值，以提供低分辨的視頻信號。
8.一種用于由代表視頻圖像的編碼視頻信號形成低分辨視頻信號的方法，其中編碼視頻信號是經(jīng)頻域變換的視頻信號，該方法包括下述步驟(a)提供編碼視頻信號，該編碼視頻信號是作為多個(gè)頻域視頻系數(shù)值提供的；(b)對從多個(gè)頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值加權(quán)，以形成一組經(jīng)濾波的頻域視頻系數(shù)值；(c)按照預(yù)定的頻域?qū)⒔?jīng)濾波的頻域視頻系數(shù)值變換到空間域變換運(yùn)算，以獲得一組經(jīng)濾波的象素采樣值；以及(d)保留從一組低分辨的象素采樣值中選定的一部分采樣值，以提供低分辨的視頻信號。
9.一種用于由代表視頻圖像的編碼視頻信號形成低分辨視頻信號的裝置，其中編碼視頻信號是經(jīng)頻域變換的視頻信號，該裝置包括用于接收和提供編碼視頻信號的裝置，其中編碼視頻信號是作為多個(gè)頻域視頻系數(shù)值提供的；合并裝置，該裝置將多個(gè)頻域視頻系數(shù)值與一組反變換濾波系數(shù)合并，以產(chǎn)生一組經(jīng)濾波的象素采樣值，其中，反變換濾波系數(shù)是一組向下變換的加權(quán)系數(shù)與一組從頻域向空間域變換的反變換系數(shù)的組合；分樣裝置，該裝置用于從那組經(jīng)濾波的象素采樣值中刪除部分選定的采樣值，以產(chǎn)生一組經(jīng)分樣的象素采樣值；以及儲(chǔ)存裝置，該裝置儲(chǔ)存那組經(jīng)分樣的象素采樣值，并作為低分辨的視頻信號提供那組儲(chǔ)存的經(jīng)分樣的象素采樣值。
10.一種接收代表視頻圖像的編碼視頻信號并形成低分辨視頻信號的方法，其中，編碼視頻信號是經(jīng)頻域變換的視頻信號，該方法包括下述步驟(a)提供編碼視頻信號，該編碼視頻信號是作為多個(gè)頻域視頻系數(shù)值提供的；(b)將多個(gè)頻域視頻系數(shù)值與一組反變換濾波系數(shù)合并，以產(chǎn)生一組低分辨的象素采樣值，其中反變換濾波系數(shù)是一組低通濾波的加權(quán)系數(shù)與一組從頻域向空間域變換的反變換系數(shù)的組合；(c)對那組經(jīng)濾波的象素采樣值中選定的部分進(jìn)行分樣；以及(d)儲(chǔ)存那組低分辨象素采樣值，并作為低分辨的視頻信號提供儲(chǔ)存的象素采樣值。
11.一種用于接收代表視頻圖像的編碼視頻信號并形成低分辨視頻信號的裝置，其中，編碼視頻信號是壓縮的經(jīng)頻域變換的視頻信號，該裝置包括用于接收和提供編碼視頻信號的裝置，其中編碼視頻信號是作為多個(gè)壓縮的頻域視頻系數(shù)值和運(yùn)動(dòng)矢量提供的；用于接收和加權(quán)的向下變換濾波裝置，該裝置以分樣值為基礎(chǔ)接收從多個(gè)壓縮的頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值并給它們加權(quán)，以形成一組經(jīng)濾波的壓縮頻域視頻系數(shù)；反變換裝置，該裝置用于接收經(jīng)濾波的壓縮頻域視頻系數(shù)并利用預(yù)定的頻域?qū)⑺鼈冏儞Q到空間域變換，以獲得一組經(jīng)濾波的壓縮象素采樣值；轉(zhuǎn)譯裝置，該裝置用于接收運(yùn)動(dòng)矢量并以分樣值為基礎(chǔ)對運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行換算；預(yù)測塊生成裝置，該裝置用于接收經(jīng)換算的運(yùn)動(dòng)矢量和前一組經(jīng)濾波的象素采樣值，并形成一組預(yù)測的象素采樣值；合并裝置，該裝置用于將一組經(jīng)濾波的壓縮的象素采樣值與一組預(yù)測的象素采樣值合并，以形成一組經(jīng)濾波的象素采樣值；以及分樣裝置，該裝置用于接收和保存以分樣值為基礎(chǔ)從那組經(jīng)濾波的象素采樣值中選出的一部分采樣值，其中，分樣裝置將這組選定的經(jīng)濾波的象素采樣值變成低分辨的視頻信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中經(jīng)頻域變換的視頻信號是借助離散余弦變換(DCT)運(yùn)算進(jìn)行變換的，而反變換裝置借助離散余弦逆變換(IDCT)運(yùn)算對頻域視頻系數(shù)進(jìn)行變換。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中向下變換的濾波裝置是一個(gè)具有截止頻率的低通濾波器，其中截止頻率與編碼視頻信號的采樣頻率除以分樣率得到的商成正比。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中向下變換的濾波裝置包括代表字塊鏡像低通濾波器的多個(gè)頻域系數(shù)，其中該濾波器具有許多預(yù)定的抽頭。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中分樣裝置按照分樣率對一組經(jīng)濾波的象素采樣值進(jìn)行向下采樣。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中，向下變換的濾波裝置是一個(gè)由一組頻域?yàn)V波系數(shù)值代表的低通濾波器，該向下變換的濾波裝置給從多個(gè)頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值加權(quán)，其方法是將一組頻域?yàn)V波系數(shù)與多個(gè)頻域視頻系數(shù)值合并。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的形成低分辨視頻信號的裝置，其中預(yù)測塊生成裝置進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器裝置，該裝置用于儲(chǔ)存至少一幀參考幀，該參考幀是代表前一組經(jīng)濾波的象素采樣值的解碼視頻信號；向上采樣裝置，該裝置用于接收該參考幀并對該參考幀向上采樣，向上采樣裝置和存儲(chǔ)器裝置響應(yīng)換算的運(yùn)動(dòng)矢量；以及半象素生成裝置，該裝置用于根據(jù)向上采樣獲得的參考幀生成多個(gè)半象素內(nèi)插值，半象素生成裝置提供多個(gè)半象素值作為預(yù)測的象素采樣值。
18.一種用于接收代表視頻圖像的編碼視頻信號并形成低分辨視頻信號的方法，其中，編碼視頻信號是壓縮的經(jīng)頻域變換的視頻信號，該方法包括下述步驟(a)提供編碼視頻信號，該編碼視頻信號是作為多個(gè)壓縮的高分辨頻域視頻系數(shù)值和運(yùn)動(dòng)矢量提供的；(b)以分樣值為基礎(chǔ)給從多個(gè)壓縮高分辨頻域視頻系數(shù)值中選定的系數(shù)值加權(quán)，以形成一組經(jīng)濾波的壓縮頻域視頻系數(shù)值；(c)利用預(yù)定的頻域?qū)⒔?jīng)濾波和壓縮的頻域視頻系數(shù)變換到空間域，以獲得一組經(jīng)濾波的壓縮象素采樣值；(d)以分樣值為基礎(chǔ)對運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行換算；(e)依據(jù)經(jīng)換算的運(yùn)動(dòng)矢量和前一組經(jīng)濾波的象素采樣值形成一組預(yù)測的象素采樣值；(f)將該組經(jīng)濾波和壓縮的象素采樣值與一組預(yù)測的象素采樣值合并，以形成一組濾波象素采樣值，根據(jù)分樣值去除濾波象素采樣值的部分選擇值以形成低分辨的視頻信號；以及(g)儲(chǔ)存低分辨視頻信號的象素采樣值。
全文摘要
離散余弦變換域的低通濾波器在按空間域進(jìn)行視頻圖像分樣前對以頻域系數(shù)值為代表的高分辨視頻編碼圖像進(jìn)行低通濾波。該濾波器在進(jìn)行離散余弦逆變換前給視頻圖像宏塊提供加權(quán)并可以作為頻域中的一個(gè)塊鏡像濾波器配置,而且其值可與離散余弦逆變換系數(shù)值合并。為了在空間域中產(chǎn)生原始的象素值和半象素值,運(yùn)動(dòng)矢量經(jīng)換算后用于修正向上采樣獲得的低分辨預(yù)測字塊。在對原始宏塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理后,對按重新構(gòu)成的低分辨率宏塊作分樣處理。
文檔編號H04N7/30GK1203500SQ98100718
公開日1998年12月30日 申請日期1998年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月12日
發(fā)明者金熙龍, 愛德溫·羅伯特·梅依爾, 穎川廉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社