[发明专利]视频压缩/解压缩系统

说明书

技术领域

本发明涉及视频压缩/解压缩系统，并且具体涉及多功能处理器中的数字视频系统的压缩/解压缩中滤波过程的实现。

背景技术

运动画面的实时传输被用于若干应用，如视频会议、网络会议、TV广播和视频电话。

然而，由于通常用8个比特(1字节)表示画面中的每个像素来描述数字视频，所以表示运动画面需要大量的信息。这样的未压缩的视频数据导致大比特量，并且由于有限的带宽而导致不能通过传统的通信网络和传输线来实时传送。

因此，为了能够进行实时视频传输，需要很大程度的数据压缩。然而，数据压缩可能会损害画面质量。因此，做了很多努力来开发压缩技术，以使得通过有限带宽数据连接的高质量视频的实时传输。

在视频压缩系统中，主要目标是以尽可能少的容量表示视频信息。容量用比特来定义为常数值或者定义为比特/时间单位。在这两种情况下，主要目标是减少比特的数目。

最常用的视频编码方法描述在MPEG^*和H.26^*标准中，它们都使用根据先前编码和解码的画面的基于块的预测。

视频数据在传输之前经历四个主要过程，即：预测、变换、量化和熵编码。

预测过程显著地减少被传送视频序列中的每个画面所需要的比特的数量。它利用了序列的部分与序列的其他部分的相似性。因为预测器部分对于编码器和解码器两者是已知的，所以仅需要传送差异。该差异的表示通常需要更少的容量。预测主要基于来自先前重构画面的画面内容，其中内容的位置由运动向量来定义。

在典型的视频序列中，当前块M的内容会与先前解码画面中的对应块类似。如果自该先前解码的画面以后没有发生改变，则M的内容可能等同于该先前解码的画面中的相同位置的块。在其他情况下，画面中的对象可能已经被移动，使得M的内容更加等同于该先前解码的画面中的不同位置的块。这样的运动通过运动向量(V)来表示。例如，运动向量(3；4)是指自该先前解码的图像以来，M的内容向左移动了3个像素并且向上移动了4个像素。

通过执行运动搜索来确定与块相关联的运动向量。通过将该块的内容与不同空间偏移的先前画面中的块连续比较来执行这种搜索。与当前块相比具有最佳匹配的比较块同该当前块相关联，把与之相关的偏移量确定为关联运动向量。

在最近的视频编码标准中，同样的概念被扩展，使得运动向量还可以具有1/2像素值。向量分量5.5因此表示该运动在5个像素和6个像素中间。更具体地，通过取得表示运动的像素5和表示运动的像素6之间的平均值来获得预测。由于在两个像素上操作以获得两个像素之间的像素的预测而称其为2抽头滤波器。这种类型的运动向量通常被称作具有分数像素分辨率或分数运动向量。所有的滤波操作可以通过脉冲响应来定义。平均2个像素的操作可以用脉冲响应(1/2，1/2)来表达。类似地，平均4个像素是指脉冲响应(1/4，1/4，1/4，1/4)。

在H.264/AVC中，编码方法已经在运动分辨率和用于每个内插的像素数目两个方面上都有改善。这些方法使用具有高达1/4甚至1/8像素精确度的运动补偿预测。以下给出了整数像素位置和分数像素位置的示例(为简单起见，内插仅在A、E、U和Y之间被示出)：

A”    E’    A  b  c  d  E    A’    E”

              f  g  h   i j

              k  l  m  n  o

              p  q  r   s t

             U  v   w  x  Y

A、E、U、Y的位置指示整数像素位置，并且A”、E’、A’和E”指示A-E线上的另外整数位置。c、k、m、o、w指示半像素位置。可以通过例如使用具有在整数像素值上操作的脉冲响应(1/32，-5/32，20/32，20/32，-5/32，1/32)的6抽头滤波器来获取这些位置的内插值。例如，这样c通过下面的表达式来计算：

c＝1/32·A”-5/32·E’+20/32·A+20/32·E-5/32·A’+1/32·E”

水平地或垂直地适当操作这种滤波器。

当视频帧被编码为H.264/AVC比特流时，在编码未来的帧时，最后步骤之一通常是为准备上述运动搜索而进行的半像素内插滤波。该步骤是编码过程中计算量需求最大的任务之一，并且涉及对整个帧进行滤波。随着画面分辨率的增加，尤其是如果在通用处理器上，例如个人计算机上，实现编码过程，这需要相当大量的处理器能力，甚至引入过多的延迟。