专利名称：用于图像压缩设备的数据存储单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据存储单元，特别是用于图像压缩设备的数据存储单元。
背景技术：
活动图像专家组(MPEG)已经建立了以数字压缩格式对如电影、视频和音乐的音像信息进行编码的标准。因此，如电影的活动图像可以以数字压缩格式被压缩和传输。
MPEG-4是数字压缩格式中用于固定和移动网络的多媒体的标准。MPEG-4还提供了基于对象的编码，其中视频对象的形状、运动和结构(texture)被分别编码。H.263是通过非视频电话应用的链路从视频电话传输数据的压缩格式的标准。
在移动通信网络中，MPEG-4或H.263标准可以用于压缩通过如数码相机的应用引进的图像。在压缩编码后存储图像减少了存储图像所需要的存储器的数量。为了重放图像，压缩数据被取出和被解码以便恢复原始图像。
如图1所示，活动图像过程的传统技术使用帧存储器的三个字段(field)存储要被压缩的原始图像的当前帧字段(CF)；存储从压缩的当前帧解码的帧的解码帧字段(DF)；存储在先图像的解码帧的先前帧字段(PF)。每个帧字段包括亮度(Y)和色度(Cb/Cr)。
如图2所示，在传统技术中，每个帧使用176×144×1.5个像素以便存储由YUV 4:2:0 QCIF(1/4通用中间格式)构成的一个图像帧。亮度分量的字段被分割成9片，每片包含176×16个像素。
为了获得当前图像的解码图像，参考在先图像的解码图像对当前图像进行运动估计。然后，通过把在先图像的解码图像与在当前图像和解码的在先图像之间的重构的残留图像相加而创建当前图像的解码图像。它被存储在解码帧字段(DF)中。例如第N帧的当前帧的一个解码帧，被认为是在对例如第(N+1)帧的下一帧的每个顺序步骤上的先前帧。
在传统技术中，每个输入帧的每个处理步骤使用三种帧字段，即CF、DF和PF。因此，三种帧间压缩使用的存储容量如下对于YUV 4:2:0 QCIF为114千字节(176×144×1.5×3个像素)；对于YUV 4:2:0 CIF为456千字节(352×288×1.5×3个像素)；而对于YUV 4:2:0 VGA格式为1382千字节(640×480×1.5×3个像素)。
在具有大存储容量的视频设备中，上述各帧字段的存储不会引起严重问题。在如手持计算机、电话机或PDA的移动视频设备中，物理大小和功率消耗是主要设计因素。减少存储器容量和功耗非常有助于提高产品的吸引力。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种图像压缩设备的数据存储单元，该图像压缩设备用于处理以帧表示的运动图像，该数据存储单元包括用于存储N片先前帧的先前帧字段；用于存储M片解码帧的解码帧字段；和用于存储K片当前帧的当前帧字段，其中N、K和M是自然数，N大于K或M，其中所述当前帧字段包括存储目前要被压缩的图像的第一片和存储下一个要被压缩的图像的第二片。
K由CEILING(SR/16)+1确定，其中SR是运动估计范围的最大值，CEILING是整数函数。最好是，当SR是16的时候K是2，M是等于或大于2的整数。
按照本发明的另一个方面，当运动估计范围是从-16个像素到+15个像素时，在完成当前帧的解码操作后解码帧字段移动(migrate)两片间距。当运动估计范围是从+15个像素到+31个像素时，在完成当前帧的解码操作后解码帧字段移动3片间距，其中移动是到形成先前的和解码的帧字段的N+K片的区域。所述数据存储单元最好被嵌入在图像压缩设备之中。
还提供一种图像压缩设备的存储器，所述图像压缩设备用于压缩以N片帧表示的运动图像，所述存储器包括亮度区和色度区；所述亮度区包括由N片组成的先前亮度帧字段；由K片组成的解码亮度帧字段，K小于N；和由M片组成的当前亮度帧字段；并且所述色度存储区包括由N个半片组成的先前色度帧字段；由K个半片组成的解码色度帧字段；和由M个半片组成的当前色度帧字段，其中N是整数，K和M小于N。
解码亮度帧字段在形成先前的和解码的色度帧字段的N+K片的区域内移动K片间距，其中，解码色度帧字段在形成先前的和解码的色度帧字段的N+K个半片的区域内移动K个半片间距。在从先前色度帧字段占据解码色度帧字段的片中，N+K个半片区域不移动。
参考附图描述本发明的优选实施，其中图1是在运动图像压缩设备中使用的传统存储器结构；图2显示传统存储器中的单元亮度帧的存储；图3是根据本发明的实施例的存储器结构；图4是在图3的存储器中存储亮度帧的存储映射；图5是存储解码的亮度帧的存储映射；图6是本发明的示例的运动估计解码过程；以及图7是在解码过程期间解码帧阶段的顺序移动。
具体实施例方式
本发明将在下文参考附图进行更充分地描述，其中显示了本发明的优选实施例。不过，本发明可以许多不同形式来实现，它不应被构造为限制于这里陈述的各实施例。
对于本发明，“帧”被当作在单位时间内传递的图像或图片的单元。“帧字段”被认为是存储帧的存储器中的空间。“片”被认为是帧的单位面积，对于QCIF分辨率它最好是176×16个像素。“宏块”被认为是用于运动估计的片中的单位面积，它最好是16×16个像素。
通常，运动图像的压缩过程包括以帧为单位对要被传输的运动图像进行编码和以帧为单位对所传输的运动图像进行解码。为了对要被传输的运动图像进行编码，各输入图像用各个帧来表示。一个帧可以包括运动补偿帧对于先前帧之间的差。差信号可以用各种操作进行处理，例如离散余弦变换(DCT)、量化和可变长度编码。
在可变长度编码之后输出的比特流，作为编码图像信号，通过输出缓冲器被传输到通信网络通道。在接收时，所接收的信号通过可变长度解码、反量化、反离散余弦变换(IDCT)被解码，从而恢复差信号。恢复的差图像信号被加到从运动补偿过程中要参考的先前解码图像补偿的信号，以重构当前图像。
按照本发明的实施例，运动图像具有176×144个像素的分辨率的YUV4:2:0 QCIF的形式。运动估计的矢量范围在垂直/水平方向是从-16个像素到+15个像素。本发明还可应用于例如CIF(每帧352×288个像素)或VGA(每帧640×480个像素)的图像格式。
按照本发明的实施例，在运动图像的图像压缩期间存储当前的和解码的帧的存储器具有如图3所示的存储字段结构。存储字段可以安排在如便携式运动图像终端的移动电子设备中嵌入的单个存储器中。
存储字段包括用于存储从如相机的图像输入应用系统接收的当前帧的176×48个像素的当前帧字段CF(Y/Cb/Cr)；176×16个像素的解码色度帧字段DF(Cb)和DF(Cr)，用于存储色度信号的解码帧；以及176×72个像素的先前色度帧字段PF(Cb)和PF(Cr)，用于存储色度信号的先前帧。存储字段还包括解码亮度帧字段DF(Y)，它用于存储亮度信号的解码帧；以及先前亮度帧字段PF(Y)，它用于存储亮度信号的先前帧。每个帧字段由多个片构成。
色度信号的帧字段是亮度帧字段的一半。亮度信号的片的大小是16×16个像素。色度信号的片的大小是16×8个像素。亮度帧字段PF(Y)和DF(Y)相互作用。色度帧字段PF(Cb/Cr)、DF(Cb/Cr)和当前帧字段CF(Y/Cb/Cr)彼此独立。本领域普通技术人员容易理解，帧字段的位置在存储器中是可变的。
图4是在本发明的存储器中存储亮度信号的存储映射。先前亮度帧字段PF(Y)的大小是176×144个像素，并且有从SL0到SL8的九个片。解码亮度字段DF(Y)的大小是176×32个像素，并包括两个片SL9和SL10。当前亮度帧字段CF(Y)属于帧字段CF(Y/Cb/Cr)，即当前帧字段由亮度和色度图像信号共享。当前亮度帧字段CF(Y)是两个片，SL11和SL12。当前亮度帧字段CF(Y)的两个片允许同时进行把输入图像存入存储器的写操作和运动图像压缩的读操作。因此，13片的字段被用于压缩输入运动图像帧的亮度信号分量。通常，需要27片同样的亮度信号分量。
图5是存储解码亮度帧的存储映射。为了压缩存储在第一片SL11或SL12中的当前图像，片SL0或SL1被用于进行第一片的运动估计/补偿。然后，片SL9存储第一片的解码图像。为了压缩第二片SL12或SL11，片SL0、SL1和SL2被用于进行第二片的运动估计/补偿。然后，片SL10存储第二片的解码图像。
如图6所示，运动补偿伴随着运动估计的过程。第二(从左数)宏块MB属于当前图像的片SL12的解码图像的片SL10。运动估计的范围是从-16个像素到+15.5个像素。对应片SL1中的宏块MB的、围住MB’的八个宏块被分配给当前宏块MB的运动估计。应用从运动估计/补偿所获得的差信号以便形成作为加到运动补偿图像值上的解码图像。在把片SL12的解码图像存入片SL10以后，从片SL0存储下一个解码片。
一旦存储在当前帧字段CF(Y)中的图像的解码过程完成，新图像就被引入当前帧字段CF(Y)。然后，相同的压缩步骤被重复。在完成当前帧字段CF(Y)的压缩过程以后，各解码图像顺次被存储在片SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5和SL6中。因此，对于要输入的下一个图像帧，SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5和SL6形成先前帧字段PF(Y)，而SL7和SL8形成解码帧字段DF(Y)。在完成每个当前帧的压缩步骤以后，各片的位置被改变。
在完成当前帧字段CF(Y)的解码操作以后，解码帧字段DF(Y)的起始位置向上移动两个片间距。存储一个图像帧的解码片的顺序是从SL9、SL10、SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5、SL6、SL7到SL8。存储片的数目11与组成先前的和解码的帧字段的片的数目相同。
图7是在解码过程期间解码帧阶段的连续移动。因为当前帧字段CF(Y)是由例如SL11、SL12的两片组成的，所以在每个压缩步骤，解码帧字段DF(Y)向上运动两个片间距。
运动估计范围有助于确定组成解码帧字段的片的数量。解码帧字段的片的数量由下式确定CEILING[SR/16]+1其中SR是运动估计范围的最小值。CEILING[]在等于或大于因子的整数中间产生最小值。如果先前帧字段PF(Y)的片的数目是N，并且解码帧字段DF(Y)的片的数目是K，则组成先前的和解码的帧字段的片的数目可由N+CEILING[SR/16]+1获得。因此，当运动估计范围是从-16个像素到+15个像素的时候SR是16，解码帧字段DF(Y)的片的数目K是2。组成先前的和解码的帧字段的片的总数是9+2＝11。
如果运动图像估计范围是从-32像素到+32像素，则解码帧字段的片的数目变成三(3)，因为CEILING[32/16]+1＝3。因此，组成先前的和解码的帧字段的片的数目是12。
本领域普通技术人员容易理解，亮度分量的压缩过程可以用于色度分量，其片的大小是亮度分量的一半。
按照本发明的至少一个实施例，减少了用于存储运动图像压缩的数据的存储容量。例如，对于QCIF型，传统情况的27(9×3)片被减少到13片，存储容量减少52％。表1显示在处理运动图像中根据本发明的各实施例的存储容量减少的效果。
表1
虽然已经在上面详细描述了本发明的优选实施例，可以清楚地理解，对本领域技术人员来说，这里所述的基本发明概念的许多变化和/或修饰，仍然会落在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种图像压缩设备的数据存储单元，该图像压缩设备用于处理以帧表示的运动图像，该数据存储单元包括用于存储N片先前帧的先前帧字段；用于存储M片解码帧的解码帧字段；和用于存储K片当前帧的当前帧字段，其中N、K和M是自然数，N大于K或M。
2.如权利要求1所述的数据存储单元，其中所述当前帧字段包括存储目前要被压缩的图像的第一片和存储下一个要被压缩的图像的第二片。
3.如权利要求2所述的数据存储单元，其中K由CEILING[SR/16]+1确定，其中SR是运动估计范围的最小值，CEILING是整数函数。
4.如权利要求3所述的数据存储单元，其中当SR是16的时候K是2。
5.如权利要求2所述的数据存储单元，其中M是等于或大于2的整数。
6.如权利要求1所述的数据存储单元，其中当运动估计范围是从-1 6个像素到+15个像素时，在完成当前帧的解码操作后解码帧字段移动两片间距。
7.如权利要求1所述的数据存储单元，其中当运动估计范围是从+15个像素到+31个像素时，在完成当前帧的解码操作后解码帧字段移动3片间距。
8.如权利要求6所述的数据存储单元，其中移动是到形成先前的和解码的帧字段的N+K片的区域。
9.如权利要求1所述的数据存储单元，其中所述数据存储单元被嵌入在图像压缩设备之中。
10.一种图像压缩设备的存储器，所述图像压缩设备用于压缩以N片帧表示的运动图像，所述存储器包括亮度区和色度区；所述亮度区包括由N片组成的先前亮度帧字段；由K片组成的解码亮度帧字段，K小于N；和由M片组成的当前亮度帧字段；并且所述色度存储区包括由N个半片组成的先前色度帧字段；由K个半片组成的解码色度帧字段；和由M个半片组成的当前色度帧字段，其中N是整数，K和M小于N。
11.如权利要求10所述的存储器，其中在半片中的像素的数目在垂直方向是属于所述亮度区的片中的像素数目的一半。
12.如权利要求10所述的存储器，其中所述解码亮度帧字段在形成先前的和解码的色度帧字段的N+K片的区域内移动K片间距。
13.如权利要求10所述的存储器，其中所述解码色度帧字段在形成先前的和解码的色度帧字段的N+K个半片的区域内移动K个半片间距。
14.如权利要求13所述的存储器，其中在N+K个半片区域中除了占据解码色度帧字段的半片形成先前色度帧字段。
15.如权利要求10所述的存储器，其中K表示为CHILING[SR/16]+1，其中SR是运动估计范围的最小值，CEILING是整数函数。
16.如权利要求15所述的存储器，其中当SR是16的时候K是2。
17.如权利要求15所述的存储器，其中当SR是32的时候，K是3。
18.如权利要求10所述的存储器，其中M是等于或大于2的整数。
19.如权利要求10所述的存储器，其中所述存储器被嵌入在图像压缩设备之中。
全文摘要
提供一种压缩运动图像帧的图像压缩设备的数据存储单元。该数据存储单元包括具有多个片的先前帧字段；具有多个片的解码帧字段；和具有多个片的当前帧字段，其中先前帧字段存储先前解码图像，而解码帧字段存储当前解码图像，其中先前帧字段的片数大于解码帧字段和当前帧字段的片数。
文档编号H04N7/32GK1520175SQ20041000509
公开日2004年8月11日 申请日期2004年1月14日 优先权日2003年1月14日
发明者朴贤相 申请人:三星电子株式会社