[发明专利]使用循环缓存存储器以曲折扫描顺序处理数据阵列

说明书

本发明涉及数据缓存设备，其包含连续接收由索引对组织的数据结构的二维阵列的输入单元，第一索引以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值。本发明进一步涉及数据缓存方法，以及数据处理方法和设备。

处理数据结构的二维阵列是普遍存在的任务，在图像处理和视频处理领域尤其重要。随着如高清晰度电视(HDTV)这样的新数字电视信号标准的到来，以及如视频会议CIF这样的低端视频格式的广泛使用，不同视频标准间转换不仅成为传媒业专业工作室的任务，也成为消费电子设备的需求。例如，图像率转换现在由场频(fieldrate)高达100Hz的增强电视显示器、计算机工作站和DVD播放器执行。

图像率转换技术的一个分支使用运动补偿方法。已知的运动补偿方法基于如下原理：视频序列中物体的运动信息可以在两帧连续视频图像间插值图像数据。插值生成的图像数据用于生成显示的中间图像，从而增加了图像率。视频序列中的物体运动由运动估算技术确定。典型的运动估算算法，如US2003/0103567A1中描述的方法，应用基于块的方法，其中，为选择的像素块(如包含8x8像素的像素块)定义围绕后面图像中的像素块的搜索区域，选择的像素块置于搜索区域中心。运动估算算法的输出是二维运动向量阵列，每个运动向量赋给各个像素块。运动向量是运动轨迹在图像平面上的投影。运动轨迹是连接视频图像序列中相同图像部分的线。

因此，为视频图像像素块分配的一组运动向量形成数据结构的二维阵列。运动补偿处理过程将为各个像素块分配的运动向量作为输入。因为所有显示设备都自左至右、自上而下的扫描图像，所以运动补偿方法也采用这种预定的标准扫描顺序。

US2003/0161403A1描述了转换扫描格式的设备，其中，运动估算器提供运动向量给运动补偿器。运动估算器包含存储运动向量的缓存存储器，运动补偿器读取所述运动向量。

最近显示，在运动估算处理中使用曲折(meandering)扫描顺序可以增加插值视频图像的图像质量。使用曲折扫描顺序时，运动估算过程以相反方向扫描连续像素块行，例如，自左至右扫描第一像素块行，自右至左扫描相邻的第二像素块行，然后自左至右扫描下一第三像素块行，以此类推。类似的，曲折扫描顺序也可以基于列进行，例如，自上而下扫描视频图像的第一像素块列，自下而上扫描相邻的第二像素块列，然后又自上而下扫描下一第三像素块列，以此类推。通常来说，曲折扫描顺序表明索引对(描述像素块的排列)的一个索引交替以第一方向和相反的第二方向逐步遍历索引值的有序集合，预定边界索引值标志转折点。在每个转折点，第二索引值以预定方向改变一个步长。

在运动估算和运动补偿算法中使用不同的扫描顺序使缓存运动估算器的输出更加困难。不同的运动向量需要在缓存中保留不同的时间跨度，直到它们由运动补偿器读取为止。显然，这个问题可以通过提供足够大的缓存存储器来解决，该存储器能够保存整个曲折周期的运动向量。但是，为了补偿不同扫描顺序而提供更大的缓存存储器对于芯片面积和能耗来说都是昂贵的。此外，缓存大量运动向量增加了运动估算器和运动补偿器两个处理过程间的延迟。运动补偿器落后运动估算器一个完整曲折周期，例如两像素块行。

本发明的目的是提供数据缓存方法和设备，使得可以减少形成二维阵列的数据结构的存储容量，所述二维阵列由第一处理以曲折顺序提供，且由以非曲折扫描顺序进行的第二过程读出其中的内容。

本发明的另一目的是提供数据处理设备以及数据缓存设备，其具有以曲折方式顺序提供数据结构的二维阵列的第一处理单元，其允许减少由第二处理单元以非曲折扫描顺序进行的读取访问的缓存存储器的存储容量。

根据本发明的第一方面，提供一种数据缓存设备，包括：

—输入单元，用于顺序接收由索引对组织的数据结构的二维阵列，第一索引以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值，

—循环缓存存储器，具有通过指针值的有序集合可寻址的预定数量的存储单元，

—缓存控制单元，其与所述循环缓存存储器和所述输入单元相连，用于以周期性的方式为当前输入的数据结构的索引对分配所述指针值集合中的写指针值，并将所述当前输入的数据结构写入相应存储单元；一个写指针分配周期包含：

—第一写指针分配阶段，期间第一索引以所述第一曲折方向逐步遍历第一索引值集合，所述写指针以所述指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值，

—第二写指针分配阶段，期间所述第一索引值以所述第二曲折方向改变，所述写指针以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，