台湾专利TW201309040A 基於攝影機及背景運動之參考圖框緩衝的可適應組態

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专利摘要:
在一視訊編碼/解碼系統中，可基於攝影機及背景運動動態地分割一視訊編碼器及解碼器中之參考圖像快取記憶體，從而可引起改良之編碼效率及編碼品質。在一攝影機固定且因此展現出低運動時，一系統可將該參考圖像快取記憶體之較大部分分配給長期參考圖框之儲存。在此狀況下，一影像(例如，一人)之前景元素可在一相對固定背景前方移動。增加長期參考圖框之數目可增加以下機會：不管該等前景元素在當前正經編碼之一圖框內何處，該參考圖像快取記憶體將含有提供與新圖框內之背景元素的一適當預測匹配之至少一圖框。因此，可藉由低數目個位元以高品質來編碼該當前圖框中未覆蓋之該等背景元素。在一攝影機展現出高運動時，該系統可將該參考圖像快取記憶體之較大部分分配給短期參考圖框之儲存。
公开号:TW201309040A
申请号:TW101123636
申请日:2012-06-29
公开日:2013-02-16
发明作者:Xiao-Song Zhou；Hsi-Jung Wu；Yao-Chung Lin
申请人:Apple Inc；
IPC主号:H04N19-00

专利说明:
基於攝影機及背景運動之參考圖框緩衝的可適應組態
本發明之態樣大體上係關於視訊處理之領域，且更具體言之，係關於管理參考圖框快取記憶體。
在視訊編碼器/解碼器系統中，視訊編碼器可將源視訊序列編碼成具有比源視訊之位元率小的位元率之經編碼表示，且藉此可達成資料壓縮。編碼器可根據多種不同編碼技術中任一者來編碼經處理視訊資料以達成壓縮。用於資料壓縮之一種常見技術使用預測性編碼技術(例如，時間/運動預測性編碼)。舉例而言，視訊串流中之一些圖框可獨立地編碼(I圖框)，且一些其他圖框(例如，P圖框或B圖框)可使用其他圖框作為參考圖框來編碼。P圖框可參考單一先前經編碼圖框(P圖框)來編碼，且B圖框可參考一對先前經編碼圖框(通常為按顯示次序在B圖框之前出現的圖框及按顯示次序在B圖框之後出現的另一圖框)來編碼。支援P及B編碼模式之先前經編碼圖框被稱為「參考圖框」。可經由頻道將所得經壓縮序列(位元串流)傳輸至解碼器。為了恢復視訊資料，可在解碼器處藉由顛倒藉由編碼器執行之編碼程序來解壓位元串流，從而產生所接收之經解碼視訊序列。
編碼器及解碼器兩者皆解碼經編碼參考圖框且在本端快取該等經編碼參考圖框。在無傳輸誤差之情況下，應同步在編碼器及解碼器兩者處之參考圖像快取記憶體。參考圖像快取記憶體具有有限深度且在快取記憶體被填滿容量時，新參考圖像根據預定驅逐方案驅逐較舊參考圖像。
若可選擇提供與自視訊序列稍後接收之圖框良好匹配之參考圖框，則可達成較佳壓縮效率及編碼品質。習知管理程序並不總是使參考圖框保留於提供針對其他圖框之良好預測參考的快取記憶體中。舉例而言，在許多編碼環境下，視訊編碼器總是保持預定數目個最近經編碼參考圖框。然而，在具有極低運動位準的視訊序列中，可藉由保留比第N個最近經編碼參考圖框舊的參考圖框來達成改良之編碼效率。在具有高運動位準的視訊序列中，可藉由將時間上最接近正經編碼之新圖框的較新參考圖框保留於參考圖像快取記憶體中來達成改良之編碼效率。沒有已知編碼系統能夠充分地平衡此等利益衝突。
本發明之實施例提供執行參考經快取之參考圖像的預測性視訊編碼之視訊編碼系統。可將參考圖像快取記憶體分割成分別用於儲存長期參考圖框及短期參考圖框之一對緩衝區。緩衝區之相對大小基於視訊資料中存在的運動量動態地變化。在編碼期間，可針對輸入序列之個別圖框估計運動，且針對預測參考之搜尋可基於圖框之運動而限於緩衝區中之一者。
基於攝影機及背景運動的參考圖像快取記憶體之動態分割可導致改良之編碼效率及編碼品質。在攝影機固定且因此展現低運動時，系統可將參考圖像快取記憶體之較大部分分配給長期參考圖框之儲存。在此狀況下，影像(例如，人)之前景元素可在相對固定背景前方移動。增加長期參考圖框之數目可增加以下機會：不管前景元素在當前正經編碼之圖框內何處，參考圖像快取記憶體將含有提供與新圖框內之背景元素的適當預測匹配之至少一圖框。因此，可藉由低數目之位元以高品質來編碼當前圖框中未覆蓋之背景元素。
在背景中存在高攝影機運動或大量移動時，系統可將參考圖像快取記憶體之較大部分分配給短期參考圖框之儲存。運動模糊及滾動快門效應在攝影機運動期間為常見的，且短期預測參考通常針對此等效應提供較佳編碼，此係因為最近經編碼參考圖框可能具有相似效應。
圖1(a)說明根據本發明之實施例的視訊編碼系統100之簡化方塊圖。系統100可包括經由網路130互連之複數個終端機110、120。終端機110、120各自可在本端位置處捕獲視訊資料，且編碼用於經由網路130傳輸至其他終端機之視訊資料。每一終端機110、120可自網路130接收其他終端機之經編碼視訊資料，解碼經編碼資料且顯示自經編碼資料恢復之視訊資料。如圖1(a)中所說明，終端機110、120經說明為智慧型電話，但本發明之原理不限於此。本發明之實施例獲得關於個人電腦(桌上型電腦及膝上型電腦兩者)、平板電腦、電腦伺服器、媒體播放器及/或專用視訊會議設備之應用。網路130表示在終端機110、120之間傳送經編碼視訊資料的任何數目個網路，包括(例如)有線及/或無線通信網路。通信網路130可在電路交換式及/或封包交換式頻道中交換資料。代表性網路包括電信網路、區域網路、廣域網路及/或網際網路。出於本論述之目的，網路130之架構及拓撲對本發明之操作而言不重要，除非在下文中解釋。
圖1(b)進一步說明可在系統100內操作之視訊編碼器140及視訊解碼器150之功能方塊圖。具體言之，圖1說明用於終端機110之攝影機110、運動感測器112及視訊編碼器140。視訊編碼器140可編碼在攝影機111處捕獲之視訊資料，且可將經編碼資料遞送至藉由網路130提供之頻道131。視訊編碼器140可不僅基於視訊資料自身之內容而且藉由由終端機110內提供之運動感測器所提供的運動資料來選擇編碼參數。運動感測器112可以任何數目種方式來實施，包括(例如)迴轉儀及/或加速度計。
圖1說明用於終端機120之視訊解碼器150及顯示器121。視訊解碼器150可自頻道131接收經編碼視訊資料，解碼經編碼視訊資料且在第二終端機120之顯示器121處呈現經恢復之視訊資料。
圖1中所說明之功能區塊支援僅在一個方向上之視訊編碼及解碼。對於雙向通信，終端機120可包括用於視訊編碼在本端捕獲之視訊的功能區塊(未圖示)，且終端機110可包括用於解碼經由網路130自終端機120接收之經編碼視訊資料的功能區塊(亦未圖示)。儘管預見本發明之原理可適用於任一終端機110、120處駐留的編碼器，但自圖1省略針對終端機120至終端機110編碼方向提供之功能區塊以僅簡化本論述。
如所說明，視訊編碼器140可包括預處理器142、編碼引擎143、參考圖像快取記憶體144、傳輸器145及控制器146。預處理器142可接受來自攝影機111之源視訊，且可執行對源視訊之各種處理操作以調節源視訊以用於編碼。編碼引擎143可執行對經預處理源視訊之壓縮操作以減少該源視訊中之空間及/或時間冗餘。編碼引擎143可將經編碼視訊資料輸出至傳輸器145，傳輸器145可格式化資料以用於經由頻道131傳輸且遞送至終端機120。作為其操作之部分，編碼引擎143可使用儲存於參考圖像快取記憶體144中之資料作為預測參考根據運動預測技術來編碼視訊資料之新圖框。編碼引擎143可進一步解碼參考圖框之經編碼視訊資料以用於儲存於參考圖像快取記憶體144中。
視訊編碼器140可包括控制器146以管理視訊編碼器140之操作。在一項實施例中，控制器146可將參考圖像快取記憶體144分割成長期緩衝區及短期緩衝區(圖1中未展示)，如下文所論述。控制器146可進一步控制藉由編碼引擎143執行之遍及參考圖像快取記憶體之緩衝區的預測搜尋，且可選擇編碼引擎143將操作之其他編碼參數。就此而言，控制器146可在分析自運動感測器112呈現至控制器146之運動資料之後執行此等控制操作。
預處理器142可執行對自攝影機輸出之源視訊之多種其他視訊處理操作以調節源視訊以用於編碼。預處理器142可包括可基於視訊內觀測之特性而動態地應用於源視訊的濾波器(未圖示)之陣列，諸如降雜訊濾波器、銳化濾波器、平滑濾波器、雙邊濾波器及其類似者。預處理器142可包括其自身的控制器(未圖示)以查核來自攝影機之源視訊資料，且選擇濾波器中之一或多者以用於應用。通常，預處理器142調節源視訊資料以使壓縮更有效或鑒於可在編碼引擎143操作時引起之資料損失而保持影像品質。
編碼引擎143可根據多種不同編碼技術編碼輸入視訊資料以達成壓縮。編碼引擎143可藉由運動補償預測來壓縮影像。輸入視訊之圖框可經指派一編碼類型，諸如框內編碼(I編碼)、單向預測性編碼(P編碼)或雙向預測性編碼(B編碼)。圖框可進一步經剖析成複數個像素區塊，且可藉由變換編碼、量化及熵編碼來編碼。可預測性地編碼P及B經編碼圖框之像素區塊，在該狀況下，編碼引擎可計算識別充當正經編碼之像素區塊之預測的儲存於參考圖像快取記憶體144中之經解碼圖框之像素區塊的運動向量，且可在從事變換編碼之前產生預測殘餘。在實施例中，視訊編碼器可根據藉由ITU H.263、H.264及其類似者界定之編碼協定操作。
編碼引擎143可進一步指定某些經編碼圖框可用作參考圖框以供在編碼稍後接收之輸入圖框中使用。編碼引擎143可解碼參考圖框之經編碼視訊資料且將經解碼參考圖框儲存於參考圖像快取記憶體144中，使得在將於視訊解碼器150處解碼參考圖框時，視訊編碼器140具有參考圖框之經解碼複本。
傳輸器145可將經編碼視訊資料傳輸至頻道131。在傳輸中，傳輸器145可多路傳輸經編碼視訊資料以及待傳輸之其他資料，諸如經編碼音訊資料及控制資料(藉由在圖1中未說明之處理源提供)。傳輸器145可將經多路傳輸之資料格式化成適用於網路130之格式且將資料傳輸至網路。
作為其操作之部分，傳輸器145可觀測到網路之效能且開發有關此效能之統計資料。舉例而言，傳輸器145可估計網路130可提供至終端機110之頻道131的頻寬。在許多網路連接應用中，網路頻道提供針對傳輸之可變資料速率，資料速率在不通知傳輸終端機之情況下改變。傳輸器145可自頻道131或自遠端終端機120接收識別傳輸故障、傳輸潛時之指示符及網路效能之其他指示符，傳輸器145可自該等其他指示符估計網路效能。傳輸器145可將頻道統計資料提供至控制器146。控制器146又可變更其編碼參數之選擇以將藉由編碼引擎143輸出之經編碼資料的位元率匹配至頻道131之經估計頻寬。
視訊解碼器150可包括接收器151、解碼引擎152、參考圖像快取記憶體153、後處理器154及控制器156。解碼引擎152可參考儲存於參考圖像快取記憶體153中之參考圖像而解碼經由頻道131接收之經編碼視訊資料。解碼引擎152可將經解碼視訊資料輸出至後處理器154，後處理器154可執行對經解碼視訊資料之額外操作以調節經解碼視訊資料以用於顯示。亦可將參考圖框之經解碼視訊資料儲存至參考圖像快取記憶體153以用於在解碼隨後接收之經編碼視訊資料期間使用。
解碼引擎152可執行顛倒藉由編碼引擎143執行之編碼操作的解碼操作。解碼引擎152可執行熵解碼、解量化及變換解碼以產生經恢復之像素區塊資料。量化/解量化操作為有損耗程序，且因此，經恢復之像素區塊資料將可能為藉由視訊編碼器140編碼之源像素區塊的複本但將包括某一誤差。對於經預測性地編碼之像素區塊，變換解碼可產生殘餘資料；解碼引擎152可使用與像素區塊相關聯之運動向量(運動向量可在一些狀況下為隱含的)以自參考圖像快取記憶體153擷取將與預測殘餘相組合之經預測像素區塊。可將經解碼像素區塊重組合成圖框且輸出至後處理器154。
在解碼引擎152解碼新參考圖框時，解碼引擎152可將經解碼參考圖框儲存於參考圖像快取記憶體153中以供在解碼隨後接收之經編碼視訊資料中使用。
後處理器154可執行額外視訊處理以調節經恢復之視訊資料以用於通常在顯示器件處呈現。典型後處理操作可包括應用解區塊濾波器、邊緣偵測濾波器、環濾波器及其類似者。後處理器154可輸出經恢復之視訊序列以呈現於顯示器121上，或視情況儲存至記憶體以用於稍後擷取及顯示。
視訊編碼器140及視訊解碼器150可根據在兩種類型之參考圖框之間進行區分的編碼協定操作。本文中被稱作「長期」參考圖框之第一類型之參考圖框因而在控管編碼協定中經識別且經指派一索引編號。根據編碼協定，視訊解碼器150必須將長期參考圖框儲存於視訊解碼器150之快取記憶體中，且防止其被驅逐直至藉由視訊編碼器140命令為止。在執行時間期間，若新長期參考圖框經產生有匹配先前產生之長期參考圖框的索引，則可自視訊編碼器及解碼器140、150之參考圖像快取記憶體144、153驅逐先前產生之長期參考圖框。此外，協定支援命令以允許視訊編碼器140指示解碼器150自解碼器150之參考圖像快取記憶體153刪除長期參考圖框，而不提供替換長期參考圖框；在此狀況下，藉由索引編號識別長期參考圖框。
本文中被稱作「短期」參考圖框之另一類型之參考圖框不具有對抗驅逐之此保護。可基於先進先出而將短期參考圖框儲存於參考圖像快取記憶體中。參考圖像快取記憶體通常具有固定容量，比如16個圖框。因此，在參考圖像快取記憶體完全填滿先前儲存之參考圖框且新短期參考圖框出現時，解碼器150及編碼器140驅逐最舊短期參考圖框以為新參考圖框騰出空間。經驅逐之短期參考圖框將為快取記憶體153中之最舊短期參考圖框但經驅逐之短期參考圖框不必為整體最舊參考圖框；將保護較舊長期參考圖框以免被驅逐直至經識別以用於藉由視訊編碼器140替換或刪除為止。
如所論述，視訊編碼器之參考圖像快取記憶體144儲存如藉由解碼器產生之長期及短期經解碼參考圖框兩者。因此，在缺少視訊編碼器140與解碼器150之間的傳輸誤差時，視訊編碼器之參考圖像快取記憶體144可模仿在解碼器之參考圖像快取記憶體153中發生的儲存及驅逐操作。
圖2象徵性地說明根據本發明之實施例之參考圖像快取記憶體200。參考圖像快取記憶體200可包括複數個項210.1至210.n，該等項中之每一者可儲存經解碼參考圖框之資料。參考圖像快取記憶體之容量可固定。時常，參考圖像快取記憶體之容量可藉由由編碼協定強加之約束限制，編碼器在該編碼協定下操作。舉例而言，H.264編碼協定允許在任何給定時間在編碼器與解碼器之間至多16個參考圖像在作用中。在此狀況下，將設定參考圖像快取記憶體之容量以匹配編碼協定之約束(16個圖框)。
根據本發明之實施例，可動態地分割參考圖像快取記憶體以儲存短期參考圖框及長期參考圖框。因此，圖2將參考圖像快取記憶體200說明為經分割成短期緩衝區220及長期緩衝區230。如此等名稱所隱含，短期緩衝區220表示參考圖像快取記憶體200之經分配以僅用於儲存短期參考圖框之部分。長期緩衝區230表示參考圖像快取記憶體200之經分配以僅用於儲存長期參考圖框之部分。短期緩衝區220及長期緩衝區230之相對大小可在操作期間動態地變化。
圖2僅為參考圖像快取記憶體200之功能性表示。實務上，視訊編碼器可以多種方式來實施。視訊編碼器200可完全以軟體實施，在該狀況下，參考圖像快取記憶體200及緩衝區220及230可經實施為藉由作業系統之自通用電腦之較大記憶體系統的記憶體之分配。在其他實施中，視訊編碼器可以硬體實施，在該狀況下，參考圖像快取記憶體可經實施為積體電路內之專用記憶體系統。且，當然可進行混合實施，在該狀況下，可在通用記憶體或專用記憶體系統內找到參考圖像快取記憶體200。本發明之原理獲得關於前述實施例中之任一者中的應用。
圖3說明用於基於所觀測之運動來分割參考圖像快取記憶體之若干不同方案。在每一方案中，控制器(未圖示)量測預定時間段內之攝影機運動，且基於所觀測之運動將參考圖像快取記憶體分割成短期緩衝區及長期緩衝區。一般而言，在偵測到低運動量時，與短期緩衝區相比較，控制器增加長期緩衝區之大小，且在偵測到高運動量時，與長期緩衝區相比較，控制器增加短期緩衝區之大小。
圖3(a)說明一實施，其中存在基於所估計之運動之四個不同分割位準，其對應於所觀測之運動的四個不同「分區」Z1至Z4。如所說明之分區Z1及Z4分別對應於極低運動位準及極高運動位準。在分區Z1之狀況下，可分割參考圖像快取記憶體以使得將幾乎所有快取記憶體之容量指派至長期參考圖框之儲存。在分區Z4之狀況下，可分割參考圖像快取記憶體以使得將幾乎所有快取記憶體之容量指派以用於短期參考圖框之儲存。分區Z2及Z3對應於中間範圍中之不同運動位準。在所說明實施例中，可在短期緩衝區與長期緩衝區之間更平衡地分割參考圖像快取記憶體。如所說明，分區Z2對應於中間範圍中之較低運動位準，且因此具有對長期緩衝區之稍微較高分配。相反地，分區Z2對應於中間範圍中之較高運動位準，且因此具有對短期緩衝區之稍微較高分配。
圖3(b)說明一實施，其中分割以步進線性方式繼續進行。亦即，對於具有n個圖框之容量的參考圖像快取記憶體，可存在各自對應於可觀測運動之各別分區的n個分割位準。儘管圖3(b)中所說明之步進曲線通常經展示為線性，但可准許其他排列。舉例而言，步進功能可遵循對數或其他方式之多種不同曲線(未圖示)，在該狀況下，運動之所偵測分區將彼此等距地間隔開。
圖3(c)說明又一實施，其中分割方案根據僅兩個分區Z10及Z11操作。在此實施例中，分區Z10對應於攝影機相當靜止(如在攝影機置於桌上或其他固定支撐件上時)之運動分區。如所說明，在此狀況下，長期緩衝區可經分配以具有參考圖像快取記憶體之容量的極大部分。分區Z11可對應於攝影機經判定為(例如)在人手中、在汽車或火車中之支撐件及其類似者中移動的運動分區。在此實施例中，系統不在中間運動位準與高運動位準之間進行區分。分區Z10及Z11在圖3(c)之實施例中不涵蓋具有相等寬度之運動範圍，而圖3(b)之頻帶具有相等寬度。
可基於在長於編碼器之圖框速率的時間段內經提供至視訊編碼器之運動感測器資料來選擇分割方案。舉例而言，在以每秒30個圖框操作之視訊編碼系統中，視訊編碼器可聚集5秒內之運動統計資料。此外，此時間段可基於視訊編碼器之圖框速率而變化。若(例如)歸因於網路內之頻寬的損失，圖框速率下降至每秒10個圖框，則視訊編碼器可聚集更長時間段(比如10秒)內之運動統計資料，以決定如何分割參考圖像快取記憶體。
在分別將參考圖像快取記憶體分割成長期緩衝區及短期緩衝區之實施例中，視訊編碼器可遍及參考圖像快取記憶體執行針對預測參考之搜尋且根據搜尋結果編碼輸入圖框。
圖4說明根據本發明之實施例的分割參考圖像快取記憶體及編碼輸入視訊資料之方法400。只要視訊編碼器從事編碼視訊資料，即可連續執行該方法。該方法可藉由開發藉以選擇分割方案之擴展運動統計資料(以幻象展示)，且接著藉由基於擴展運動而將參考快取記憶體分割成短期緩衝及長期緩衝(區塊410)而開始。其後，該方法可接收待編碼之新輸入圖框(區塊420)。輸入圖框亦可具有與輸入圖框相關聯之指示在捕獲輸入圖框時攝影機的運動之運動資料。基於圖框之運動資料，該方法視情況可將運動分類為「高位準」或「低位準」(區塊430)。若圖框之運動經評估為高運動位準，則該方法可搜尋針對來自短期緩衝區內之圖框的預測參考(區塊440)。若圖框之運動經評估為低運動位準，則該方法400可搜尋針對來自長期緩衝區內之圖框的預測參考(區塊450)。選擇針對來自選定緩衝區當中之圖框的預測參考，該方法400可使輸入圖框使用選定參考圖框作為預測參考來編碼(區塊460)。可經由頻道將表示輸入圖框之經編碼資料傳輸至解碼器。
該方法400亦可使用輸入圖框之運動來補充其擴展運動統計資料(區塊470)，且可判定是否應重新分割參考圖像快取記憶體(區塊480)。若不應重新分割，則該方法400可返回至區塊420且使用另一輸入圖框重複操作。若應重新分割參考圖像快取記憶體，則該方法可返回至區塊410且藉由重新界定參考圖像快取記憶體之短期緩衝區及長期緩衝區來重新分割參考圖像快取記憶體。
在本發明之另一實施例中，該方法可在長期緩衝區中執行與短期緩衝區中之搜尋不同類型的搜尋。舉例而言，在運動資料指示攝影機在影像捕獲期間靜止時，系統可簡單地基於圖框(在無運動的情況下)之間的差異之計算選擇來自長期緩衝區之參考圖框。在運動資料指示攝影機在影像捕獲期間正移動時，該方法可執行基於運動之搜尋。圖框差異之計算傾向於不比基於運動之搜尋計算密集。
圖5以一種使用狀況說明圖4之方法之例示性操作。圖5(a)說明來自例示性視訊序列之參考圖框502至550。在此實例中，假定圖框510、520、530、540及550經指派為長期參考圖框(「LTR」)，且剩餘參考圖框經指派為短期參考圖框(「STR」)。儘管每五個參考圖框中有一個經指派為LTR，但此分配僅為用以幫助說明本發明之操作原理的技術。實務上，可貫穿視訊序列不規則地進行LTR指派。圖5(a)僅說明參考圖框；實務上，視訊序列可包括可經預測性地編碼且經由頻道傳輸但不充當針對其他圖框之預測參考的額外圖框。出於論述之容易起見，未在圖5(a)中說明此等非參考圖框。
圖5(b)表示傳輸終端機560與接收終端機570之間的LTR資料之通信。在傳輸每一LTR圖框510至550之經編碼資料時，傳輸包括表示將儲存經解碼LTR圖框之參考圖像快取記憶體內之位置的索引指示符。
圖5(c)說明貫穿編碼圖5(a)之視訊序列在各種時間t1至t5處例示性參考圖像快取記憶體之狀態。出於論述之容易起見，參考圖像快取記憶體經展示為具有用於儲存十(10)個圖框之容量，且已被分割成三個圖框之LTR緩衝區及七個圖框之STR緩衝區。時間t1至t5與如圖5(b)中所說明之LTR圖框的傳輸一致。圖5(c)假定參考圖像快取記憶體在編碼圖框502之前為空的。
至時間t1，視訊編碼器560已編碼且傳輸參考圖框502至510。圖框510為經指派至索引位置1之LTR圖框。假定無傳輸誤差，編碼器560及解碼器570各自可將LTR圖框510儲存於LTR緩衝區中且將STR圖框502至508儲存於STR緩衝區中。
至時間t2，視訊編碼器560已編碼且傳輸參考圖框502至520。圖框520為經指派至索引位置2之LTR圖框。假定無傳輸誤差，編碼器560及解碼器570各自可將LTR圖框510、520儲存於LTR緩衝區中且將STR圖框504至508及514至518儲存於STR緩衝區中。歸因於STR緩衝區中之有限容量，可能已驅逐參考圖框502以為圖框518騰出空間。
至時間t3，視訊編碼器560已編碼且傳輸參考圖框502至530。圖框530為經指派至索引位置3之LTR圖框。假定無傳輸誤差，編碼器560及解碼器570各自可將LTR圖框510、520、530儲存於LTR緩衝區中且將STR圖框514至518及522至528儲存於STR緩衝區中。歸因於STR緩衝區中之有限容量，可能已驅逐參考圖框504至512以為圖框522至528騰出空間。
至時間t4，視訊編碼器560已編碼且傳輸參考圖框502至540。圖框540為經指派至索引位置1之LTR圖框。假定無傳輸誤差，編碼器560及解碼器570各自可將LTR圖框520、530及540儲存於LTR緩衝區中。可將圖框540儲存於LTR緩衝區中之位置1中，驅逐LTR圖框510。參考圖像快取記憶體亦可將STR圖框524至528及532至538儲存於STR緩衝區中。歸因於STR緩衝區中之有限容量，可已驅逐參考圖框514至522以為圖框532至538騰出空間。
至時間t5，視訊編碼器560已編碼且傳輸參考圖框502至550。圖框550為經指派至索引位置3之LTR圖框。假定無傳輸誤差，編碼器560及解碼器570各自可將LTR圖框520、540及550儲存於LTR緩衝區中。可將圖框550儲存於LTR緩衝區中之位置3中，驅逐LTR圖框530。參考圖像快取記憶體亦可將STR圖框534至538及542至548儲存於STR緩衝區中。歸因於STR緩衝區中之有限容量，可能已驅逐參考圖框524至532以為圖框542至548騰出空間。
圖5中所說明之程序可繼續直至視訊序列消耗掉或某一其他停止條件中斷操作為止。
編碼器可使用經編碼位元串流中之快速信令或經由隱含之信令識別長期緩衝區及短期緩衝區的相對大小。快速信令可涉及使用協定中之預定欄位，在該預定欄位中編碼器規定緩衝區中之一者(比如長期緩衝區)的大小。解碼器可將第二緩衝區(短期緩衝區)之大小計算為參考圖像快取記憶體之最大大小與長期緩衝區的規定大小之間的差。
編碼器亦可經由LTR索引之分配隱含地用信號發出每一緩衝之大小。在此方案下，解碼器自由地使用參考圖像快取記憶體內之任何項以用於儲存STR圖框直至解碼器接收LTR圖框為止。其後，解碼器必須維持在使用中之所有索引的LTR圖框之儲存直至釋放該等LTR圖框為止。在編碼器分配新LTR索引且假定參考圖像快取記憶體填滿容量時，解碼器可驅逐短期參考圖框以為新LTR圖框騰出空間。驅逐可根據編碼器已知之協定而發生；通常，驅逐以藉由參考圖像快取記憶體儲存之最舊STR圖框為目標。
圖6說明自圖5之編碼實例繼續的重新分割之實例。圖6(a)說明圖5(a)之例示性視訊序列的另一部分，其中圖框602至640在圖5(a)之圖框550之後。圖6(b)說明在此實例中之LTR資料的通信。分別在時間t6至t8處傳輸LTR圖框610至630，其後接著識別索引2之釋放命令。出於論述之目的，假定緊接在傳輸LTR圖框630之後在傳輸STR圖框632之前傳輸釋放命令。可在時間r10處傳輸另一LTR圖框640。
圖6(c)說明在時間t6至t8及t10處之參考圖像快取記憶體的狀態。在時間t6處，視訊編碼器已編碼且傳輸參考圖框602至610。STR圖框602至608可驅逐先前經快取之STR圖框534至542。圖框610為經指派至新索引位置第4號之LTR圖框。作為回應，參考圖像快取記憶體可驅逐儲存於快取記憶體中之當時最舊STR圖框(圖框544)且將新LTR圖框儲存於其位置中。參考圖像快取記憶體可基於動態映射將快取記憶體項映射至LTR索引。
在時間t7處，視訊編碼器已編碼且傳輸參考圖框602至620。STR圖框612至618可驅逐先前經快取之STR圖框546至548及602至604。圖框620為經指派至另一新索引位置第5號之LTR圖框。作為回應，參考圖像快取記憶體可驅逐儲存於快取記憶體中之當時最舊STR圖框(圖框606)且將新LTR圖框儲存於其位置中。
在時間t8處，視訊編碼器已編碼且傳輸參考圖框602至630。STR圖框622至628可驅逐先前經快取之STR圖框608及612至616。圖框630為經指派至另一新索引位置第6號之LTR圖框。作為回應，參考圖像快取記憶體可驅逐儲存於快取記憶體中之當時最舊STR圖框(圖框618)且將新LTR圖框儲存於其位置中。圖5(c)說明在時間t8處之參考圖像快取記憶體之項及該等項與LTR索引之關係。
在此實例中，編碼器可在時間t9處將釋放命令傳輸至解碼器，此舉在傳輸STR圖框632之前。作為回應，參考快取記憶體可停止保護LTR圖框520以免驅逐。
在時間t10處，視訊編碼器已編碼且傳輸參考圖框602至640。STR圖框632可驅逐LTR圖框520(先前位置2)，此係因為圖框520為快取記憶體中之最舊未受保護圖框。STR圖框634至638可驅逐先前經快取之STR圖框622至626。圖框640為替換LTR圖框610之經指派至索引位置4之LTR圖框。
上文所描述之操作不需要快速信令以擴大參考圖像快取記憶體之長期緩衝區。參考圖像快取記憶體可在其偵測到LTR索引編號之新指派時自願地擴大長期緩衝區。參考圖像快取記憶體可為STR圖框分配未經指派至LTR圖框之任何快取記憶體項。在隱含信令實施例中，例如，諸如圖5(c)中在時間t2處所展示之項的未使用快取記憶體項可用於儲存STR圖框直至該快取記憶體項由LTR圖框佔據為止。釋放命令可用以減小長期緩衝區之大小且為STR圖框之儲存重新分配某些索引。
儘管前述實例說明緊接在指派新LTR索引編號之後發出的釋放命令，但實務上，此情形不太可能發生。新LTR索引編號之分配指示LTR緩衝區之擴大，若運動統計資料偵測到運動的減少，則該擴大將可能發生。LTR索引編號之釋放指示LTR緩衝區之收縮，若運動統計資料指示運動的增加，則該收縮將可能發生。因此，此等兩個事件不太可能一個緊接著一個。提供此實例以僅指示長期及短期緩衝區之擴大及收縮的效應。
在編碼器及解碼器之上下文中，前述論述描述了本發明之實施例的操作。通常，視訊編碼器經提供為電子器件。視訊編碼器可體現於諸如特殊應用積體電路之積體電路、場可程式化閘陣列及/或數位信號處理器中。或者，視訊編碼器可體現於在個人電腦、筆記型電腦或電腦伺服器上執行之電腦程式中。類似地，解碼器可體現於諸如特殊應用積體電路之積體電路、場可程式化閘陣列及/或數位信號處理器中，或解碼器可體現於在個人電腦、筆記型電腦或電腦伺服器上執行之電腦程式中。解碼器通常封裝於諸如遊戲系統、DVD播放器、攜帶型媒體播放器及其類似者之消費型電子器件中，且解碼器亦可封裝於諸如視訊遊戲、基於瀏覽器之媒體播放器及其類似者之消費型軟體應用程式中。
本發明之若干實施例具體地說明及/或描述於本文中。然而應瞭解，本發明之修改及變化藉由上文教示涵蓋且在附加申請專利範圍之範圍內而不脫離本發明之精神及所意欲的範疇。
100‧‧‧視訊編碼系統
110‧‧‧終端機
111‧‧‧攝影機
112‧‧‧運動感測器
120‧‧‧終端機
121‧‧‧顯示器
130‧‧‧網路
131‧‧‧頻道
140‧‧‧視訊編碼器
142‧‧‧預處理器
143‧‧‧編碼引擎
144‧‧‧參考圖像快取記憶體
145‧‧‧傳輸器
146‧‧‧控制器
150‧‧‧視訊解碼器
151‧‧‧接收器
152‧‧‧解碼引擎
153‧‧‧參考圖像快取記憶體
154‧‧‧後處理器
156‧‧‧控制器
200‧‧‧參考圖像快取記憶體
210.1‧‧‧項
210.2‧‧‧項
210.3‧‧‧項
210.4‧‧‧項
210.5‧‧‧項
210.6‧‧‧項
210.7‧‧‧項
210.n‧‧‧項
220‧‧‧短期緩衝區
230‧‧‧長期緩衝區
400‧‧‧分割參考圖像快取記憶體及編碼輸入視訊資料之方法
502‧‧‧短期參考圖框
504‧‧‧短期參考圖框
506‧‧‧短期參考圖框
508‧‧‧短期參考圖框
510‧‧‧長期參考圖框
512‧‧‧短期參考圖框
514‧‧‧短期參考圖框
516‧‧‧短期參考圖框
518‧‧‧短期參考圖框
520‧‧‧長期參考圖框
522‧‧‧短期參考圖框
524‧‧‧短期參考圖框
526‧‧‧短期參考圖框
528‧‧‧短期參考圖框
530‧‧‧長期參考圖框
532‧‧‧短期參考圖框
534‧‧‧短期參考圖框
536‧‧‧短期參考圖框
538‧‧‧短期參考圖框
540‧‧‧長期參考圖框
542‧‧‧短期參考圖框
544‧‧‧短期參考圖框
546‧‧‧短期參考圖框
548‧‧‧短期參考圖框
550‧‧‧長期參考圖框
560‧‧‧傳輸終端機/視訊編碼器
570‧‧‧接收終端機/解碼器
602‧‧‧短期參考圖框
604‧‧‧短期參考圖框
606‧‧‧短期參考圖框
608‧‧‧短期參考圖框
610‧‧‧長期參考圖框
612‧‧‧短期參考圖框
614‧‧‧短期參考圖框
616‧‧‧短期參考圖框
618‧‧‧短期參考圖框
620‧‧‧長期參考圖框
622‧‧‧短期參考圖框
624‧‧‧短期參考圖框
626‧‧‧短期參考圖框
628‧‧‧短期參考圖框
630‧‧‧長期參考圖框
632‧‧‧短期參考圖框
634‧‧‧短期參考圖框
636‧‧‧短期參考圖框
638‧‧‧短期參考圖框
640‧‧‧長期參考圖框
圖1包含圖1(a)及圖1(b)，其說明根據本發明之實施例的視訊編碼系統之簡化方塊圖。
圖2象徵性地說明根據本發明之實施例之參考圖像快取記憶體。
圖3包含圖3(a)、圖3(b)及圖3(c)，其說明根據本發明之各種實施例的用於分割參考圖像快取記憶體之不同方案。
圖4說明根據本發明之實施例的分割參考圖像快取記憶體及編碼輸入視訊資料之方法。
圖5包含圖5(a)、圖5(b)及圖5(c)，其以例示性使用狀況說明圖4之方法的操作。
圖6包含圖6(a)、圖6(b)及圖6(c)，其說明根據本發明之實施例的快取記憶體重新分割之實例。
100‧‧‧視訊編碼系統
110‧‧‧終端機
111‧‧‧攝影機
112‧‧‧運動感測器
120‧‧‧終端機
121‧‧‧顯示器
130‧‧‧網路
131‧‧‧頻道
140‧‧‧視訊編碼器
142‧‧‧預處理器
143‧‧‧編碼引擎
144‧‧‧參考圖像快取記憶體
145‧‧‧傳輸器
146‧‧‧控制器
150‧‧‧視訊解碼器
151‧‧‧接收器
152‧‧‧解碼引擎
153‧‧‧參考圖像快取記憶體
154‧‧‧後處理器
156‧‧‧控制器

权利要求:
Claims (26)
[1] 一種終端機器件，其包含：一視訊編碼器，其用以根據運動補償預測技術編碼輸入視訊資料，該編碼器包括用於儲存參考圖框以用於運動補償中之一參考圖像快取記憶體，該參考圖像快取記憶體已經分割成用於儲存長期參考圖框之一第一緩衝區及用於儲存短期參考圖框之一第二緩衝區，其中該等緩衝區之相對大小基於該視訊資料中存在的一運動量而動態地變化。
[2] 如請求項1之終端機器件，其進一步包含耦接至該視訊編碼器之一運動感測器，該運動感測器提供表示該視訊資料中存在的該運動之資料。
[3] 如請求項1之終端機器件，其中該視訊編碼器包含一運動估計器以判定來自該輸入視訊資料之內容的運動。
[4] 如請求項1之終端機器件，其進一步包含一攝影機以將該輸入視訊資料提供至該視訊編碼器。
[5] 如請求項1之終端機器件，其中在該視訊資料中存在低運動時，該第一緩衝區之該大小大於該第二緩衝區之該大小。
[6] 如請求項1之終端機器件，其中在該視訊資料中存在高運動時，該第一緩衝區之該大小小於該第二緩衝區之該大小。
[7] 如請求項1之終端機器件，其進一步包含一編碼引擎以在該參考圖像快取記憶體當中搜尋以找到針對一新輸入圖框之一預測參考，其中該編碼引擎基於與該新輸入圖框相關聯之一運動量而將該編碼引擎之搜尋限於該第一緩衝區及該第二緩衝區中之一者。
[8] 如請求項1之終端機器件，其中該編碼引擎在存在與該新輸入圖框相關聯之低運動時搜尋該第一緩衝區。
[9] 如請求項1之終端機器件，其中該編碼引擎在存在與該新輸入圖框相關聯之高運動時搜尋該第二緩衝區。
[10] 一種用於一視訊編碼器之記憶體管理方法，其包含：估計在一預定時間段內之一輸入視訊序列之運動；基於該所估計之運動將一參考圖像快取記憶體分割成第一及第二緩衝區，該第一緩衝區用於儲存長期參考圖框且該第二緩衝區用於儲存短期參考圖框。
[11] 如請求項10之方法，其中在該視訊資料中存在低運動時，該第一緩衝區之大小大於該第二緩衝區之大小。
[12] 如請求項10之方法，其中在該視訊資料中存在高運動時，該第一緩衝區之大小小於該第二緩衝區之大小。
[13] 如請求項10之方法，其進一步包含：參考儲存於該參考圖像快取記憶體中之一參考圖框預測性地編碼一輸入圖框，其中針對該參考圖框之一搜尋基於與新輸入圖框相關聯之一運動量而限於該第一緩衝區及該第二緩衝區中之一者。
[14] 如請求項10之方法，其中在存在與該新輸入圖框相關聯之低運動時，該搜尋限於該第一緩衝區。
[15] 如請求項10之方法，其中在存在與該新輸入圖框相關聯之高運動時，該搜尋限於該第二緩衝區。
[16] 如請求項10之方法，其中自來自與捕獲該輸入視訊序列之一攝影機相關聯的一運動感測器之資料導出該所估計之運動。
[17] 如請求項10之方法，其中自該輸入視訊序列之內容導出該所估計之運動。
[18] 如請求項10之方法，其中該估計及該分割在該輸入視訊序列之一持續時間內重複。
[19] 如請求項10之方法，其中藉由各別索引編號識別該等長期參考圖框。
[20] 一種視訊編碼方法，其包含：根據運動補償預測技術編碼一輸入圖框，該編碼包括搜尋來自一參考圖像快取記憶體之作為一預測參考的一參考圖像，其中該參考圖像快取記憶體經分割成用於儲存長期參考圖框之一第一緩衝區及用於儲存短期參考圖框之一第二緩衝區，且其中該搜尋基於與該輸入圖框相關聯之一運動量而限於該等緩衝區中之一者。
[21] 如請求項20之方法，其進一步包含：估計在複數個輸入圖框內之一輸入視訊序列之運動；將該參考圖像快取記憶體分割成該第一緩衝區及該第二緩衝區，其中該第一緩衝區及該第二緩衝區之相對大小係基於該所估計之運動。
[22] 如請求項20之方法，其中在該所估計之運動在一低範圍中時，該第一緩衝區之大小大於該第二緩衝區之大小。
[23] 如請求項20之方法，其中在該所估計之運動在一高範圍中時，該第一緩衝區之大小小於該第二緩衝區之大小。
[24] 如請求項20之方法，其中自來自與捕獲該輸入視訊序列之一攝影機相關聯的一運動感測器之資料導出該所估計之運動。
[25] 如請求項20之方法，其中自該輸入視訊序列之內容導出該所估計之運動。
[26] 如請求項20之方法，其中藉由各別索引編號識別該等長期參考圖框。

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法律状态:

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

US13/175,143|US9232233B2|2011-07-01|2011-07-01|Adaptive configuration of reference frame buffer based on camera and background motion|

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