CN1520187A - 用于视频数据压缩的***和方法 - Google Patents

Abstract

***和方法以限制对外部存储器存取需要的方式执行视频数据压缩。因此，降低局部数据总线的工作频率并因此最小化功耗。用这种方式，本发明特别适合于用在移动***中。

Description

用于视频数据压缩的***和方法

相关申请

本申请要求2003年1月29日提交的韩国专利申请No.2003-5839的优先权，其内容在此引入，以供参考。

技术领域

本发明涉及用于视频数据压缩的***和方法，更具体地说，涉及用于特别适合用在移动***中的视频数据压缩的***和方法。

背景技术

在例如使用MPEG2、MPEG4或H.263视频压缩标准进行视频数据的压缩期间，视频数据压缩器将当前的视频帧数据和重新构建的，即在前视频帧数据存储到外部存储设备并从其检索当前的视频帧数据和重新构建的，即在前视频帧数据。在一个例子中，外部设备被称为“帧存储器”，并采用SDRAM设备的形式。用这种方式与外部帧存储器的来回的数据传送消耗移动***中相当大量的功率。

在图1的框图中示出了传统的视频数据压缩器***2。作为输入，***2以数据、在此称为“当前帧”或“当前视频数据”的形式接收输入图象帧。当前帧被存储在帧存储器4中。

***2根据操作模式处理视频帧。当检测到两个连续图象间的急剧变化时，***以“帧内模式(intra-mode)”操作。当在帧内模式时，不执行运动补偿操作。当检测到两个连续图象间的细微变化时，***以“帧间模式(inter-mode)”操作。当在帧间模式时，执行运动补偿和运动估计操作。

假定帧间模式操作，运动估计块ME28将存储在帧存储器4中的当前帧与同样存储在帧存储器24中的在此称为“基准视频帧”的重新构建的在前视频帧27a进行比较，以及作为比较结果，生成运动矢量29并将其输出到运动补偿块26。运动补偿块26将运动矢量29施加到基准帧27上并生成补偿视频帧25。减法电路6计算存储在帧存储器4中的当前视频帧与补偿视频帧25间的差值。将该差值施加到离散余弦变换电路DCT8上，在此处将其从空间域转换成频率域，以及在量化块Q10量化DCT8的输出。在变长编码电路VLC14编码量化输出11以便统计上降低输出数据量。从VLC14输出的编码位流被存储在输出缓冲器FIFO16中，从FIFO16将其作为输出流输出到接收装置或信道。速率控制电路12矢量化块Q10提供量化速率控制信号以便防止FIFO16溢出或下溢，所述量化块Q10用于在FIFO16中的位流量的基础上量化下一视频帧。

同时，量化块Q10的量化输出进入解码过程。以量化系数形式的量化输出11在逆量化块IQ18被逆量化并在离散余弦逆变换块IDCT20被执行离散余弦逆变换，从而转换回空间域。IDCT20的输出21采用具有当前视频帧和基本视频帧间的量化损耗的微分图象信号。在合成器22处将输出21添加到补偿视频帧25上。合成器22的输出，即，基准视频帧27a、27b被存储在帧存储器24中。基准视频帧被用于压缩下一个所接收的当前视频帧。

注意，尽管上面描述指出压缩以视频“帧”形式存在的视频数据，在此描述的***同样也可以应用到视频数据以及段的整个帧、或“块”或视频帧的“宏块”上。因此，在此使用的术语“视频数据”和“视频帧”适用于并包括数据或段的整个帧、块或视频数据帧的宏块。

举例来说，运动估计器(motion estimator)ME28在其确定当前帧与在前帧的最佳匹配的操作中专门在视频帧的亮度宏块(luminance macroblock)上操作。运动补偿功能(function)MC26在视频帧的亮度宏块和色度宏块上操作。

图2示出了包括传统视频数据压缩器40的传统移动***30。在称为单片***(SOC)电路的单个集成电路中构造视频数据压缩器40。视频数据压缩器40包括中央处理单元CPU42、存储控制器44、运动估计/补偿单元ME/MC46以及离散余弦变换/量化单元DCT/Q48。各个单元42、44、46、48的每一个均连接到局部总线49上。每个处理单元42、46、48将数据发送到外部帧存储器SDRAM32并从其检索数据。由连接到局部总线49上并受CPU42控制的存储控制器44控制数据交换。

对于在移动***中的视频数据压缩器40的传统设计通常采用硬件电路和在操作***上起作用的软件程序的形式。例如，再参考图1，能通过寄存在CPU42上的软件程序执行图1的速率控制电路12和VLC14的功能，而图2的ME/MC46和DCT/Q48的功能能被构造成专用硬布线电路。

根据不同处理电路42、46、48的每一个所需的存储器带宽确定移动***30中的局部总线49的操作频率，其中存储器带宽是指对每个单元42、46、48与存储器32通信并进一步根据CPU42的工作频率的按比特/每秒所需的总线时间量。视频数据压缩器30的功耗反过来是局部总线49的工作频率的函数。

传统的移动***30包括连接到局部总线49的外部帧存储器SDRAM32。降低帧存储器的功耗的一种方法是将帧存储器嵌入视频数据压缩器的电路中作为单个集成电路；然而，将大量存储器集成到单个电路中是很困难的。由于每个处理单元46、48经局部总线49与外部帧存储器SDRAM32交换数据，在视频数据压缩器40中，局部总线49的工作频率需要很高。

表1表示位于由每个处理块存取的外部存储器中的存储器字节数。在这一例子中，假定用于运动矢量的搜索窗为fcode＝1(-16^-+15.5)。fcode参数被在用于运动补偿的MPEG标准中定义并定义搜索范围的最大规模。

[表1]

处理块	需要视频数据的功能	数据量(字节)
			运动估计(ME)	(1)当前宏块读取(1)(2)搜索窗读取(2)	16×16＝25648×48＝2304
运动补偿(MC)	(3)当前Cb块读取(3)(4)当前Cr块读取(4)(5)在前Cb块读取(5)(6)在前Cr块读取(6)(7)运动补偿宏块写入	8×8＝648×8＝649×9＝819×9＝818×8×6＝384
			离散余弦变换(DCT)	(8)运动补偿宏块读取(9)量化系数写入	8×8×6＝3848×8×6×1.5＝576
逆量化/逆DCT	(10)量化系数读取(11)重新构建错误图象写入	8×8×6×1.5＝576

		8×8×6＝384
			运动补偿(MC)	(12)在前Y块读取(13)在前Cb块读取(14)在前Cr块读取	17×17＝2899×9＝2899×9＝289
重新构建	(15)重新构建错误图象读取(16)重新构建图象写入(16)	8×8×6＝3848×8×6＝384
			总计		6373

每个数据帧包括多个宏块，以及每个宏块包括2×2个亮度块Y，每个亮度块Y包括8×8个像素，以及两个色度块，即一个用于色度绿Cb以及另一个用于色度红Cr。每个色度块包括8×8个像素。

当通过图2的运动估计ME单元46执行运动估计时，仅使用亮度块，因此，在检索当前亮度宏块期间从存储器32读取的数据量为256字节，即16*16＝256，如表1的步骤(1)中所示。在步骤(2)中，接着从存储器32读取用于运动矢量的搜索窗，以及所读取的数据量为48*48＝2304字节(假定fcode＝1)。

在由运动估计ME单元确定运动矢量后，运动补偿单元MC从存储器32读取与当前块最佳匹配的两个在前块(色度蓝Cb和色度红Cr)，在前块的每个读取块包括9*9＝81字节的像素数据，如表1的步骤(5)和(6)所示。另外，还从存储器32读取当前色度块蓝Cb和当前色度块红Cr，每个包括8*8字节数据，如表1的步骤(3)和(4)所示。然后通过减法电路6(见图1)计算当前宏块(4块用于亮度以及2块用于色度)和在前宏块(4块用于亮度以及2块用于色度)间的差异宏块(称为“运动补偿宏块”)，并将为8*8*6＝384字节的数据写入存储器32中，如表1的步骤(7)中所示。

在计算所述差异宏块之后，DCT/量化单元48从存储器32读取为8*8*6＝384字节数据的运动补偿宏块，如表1的步骤(8)中所示，并执行数据的变换和量化，如上所述。在DCT操作后，数据量或数据带宽被增加1.5倍，例如，如果输入数据是8位宽，那么输出数据是12位宽。DCT的输出由量化单元Q量化(见图1的单元10)，以及将为8*8*6*1.5＝576字节数据的经过量化的系数写入存储器32中，见表1的步骤(9)。

另外，需要生成用于下一帧图象的基准宏块。因此，IQ/IDCT单元(见图1的单元18和20)从存储器32读取为8*8**6*1.5＝576字节数据的量化系数，如表1的步骤(10)所示，并重新构建不同的宏块。将为8*8*6＝384字节数据的重新构建的不同宏块存储在存储器32中，如表1的步骤(11)所示。

运动补偿MC单元46(参见图1的单元26)接着从存储器32读取在前宏块，在前宏块包括17*17＝289字节数据的两个亮度块，如表1的步骤(12)中所示，以及两个色度块，每个为9*9＝81字节数据，如表1的步骤(13)和(14)所示。将在前宏块添加到从存储器32读取的为8*8*6字节数据的重新构建错误图象宏块，如表1的步骤(15)所示。然后用作用于下一帧的“在前”块的重新构建图象宏块被存储在存储器32中，如表1的步骤(16)所示。

如上所述，传统的视频压缩器严重地依赖于共用局部总线49和外部帧存储器32，并在帧间模式操作中，每次叠代需要二个运动补偿过程，一个用于数据压缩，另一个用于重新构建。因此所需的局部总线49的工作频率很高，因为用于数据压缩的所有过程均在流水线***中执行，同时每个步骤浪费局部总线49带宽，如表1所示。在这一例子中所示的频率从外部存储器读取以及写入所浪费的功率量不适合于移动***中的有效操作。

发明内容

本发明提供以限制对外部存储器访问的需要的方式执行视频数据压缩的***和方法。因此，降低局部总线的工作频率并最小化功耗。因此，本发明特别适合于用在移动***中。

在第一方面中，本发明提供一种视频数据压缩单元。该单元包括运动估计处理器，用于从数据总线接收当前视频数据和用于在当前视频数据和基准视频数据间的差的基础上，生成微分视频数据。变换编码器，直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据和将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换视频数据。局部存储器存储所述变换视频数据。

在一个实施例中，变换编码器与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。与所述数据总线无关地直接将所述变换视频数据写入用于存储的所述局部存储器。所述变换编码器进一步从所述局部存储器检索所述变换视频数据以及将所述变换视频数据从所述频率域逆变换为所述空间域以生成逆变换的视频数据。

所述变换编码器可选地包括离散余弦变换(DCT)单元，用于将所述微分视频数据从所述空间域变换成所述频率域以生成变换微分视频数据；以及离散余弦逆变换(IDCT)单元，用于将存储在所述局部存储器中的所述变换视频数据从所述频率域逆变换成所述空间域。所述离散余弦变换单元与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。当由所述运动估计处理器生成所述微分视频数据段时，所述离散余弦变换单元在所述微分视频数据上执行所述变换操作，以便所述离散余弦变换单元和所述运动估计处理器同时在所述微分视频数据上操作。

所述变换编码器可选地进一步包括量化单元，用于量化由所述离散余弦变换(DCT)输出的变换微分视频数据以便生成变换视频数据；以及逆量化单元，用于逆量化存储在所述局部存储器中的变换视频数据，所述逆量化单元的输出被提供到所述离散余弦逆变换单元。所述量化单元与所述数据总线无关地直接从所述离散余弦变换单元接收所述变换微分视频数据。所述逆量化单元与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述变换视频数据。所述离散余弦逆变换单元与所述数据总线无关地直接从所述逆量化单元接收所述逆量化单元的输出，作为所述变换视频数据。

所述变换编码器在正向模式和反向模式中操作，其中，在正向操作模式中，所述离散余弦变换单元和所述量化单元是有效的，以及当在反向操作模式中时，所述离散余弦逆变换单元和所述逆量化单元是有效的。所述变换编码器基于所述变换编码器选择信号的状态，在所述正向模式和所述反向模式间选择。响应由所述局部存储器处理的变换视频信号的计数，生成所述变换编码器模式选择信号。

当由所述离散余弦变换单元生成所述变换微分视频段时，所述量化单元对所述变换微分视频数据执行所述量化操作，以便所述量化单元和所述离散余弦变换单元同时在所述变换微分视频数据上操作。类似地，当由所述逆量化单元生成所述逆量化单元的输出数据段时，所述离散余弦逆变换单元在所述逆量化单元的视频数据输出上操作，以便所述离散余弦逆变换单元和所述量化单元同时在所述逆量化单元的输出数据上操作。

所述运动估计处理器包括运动估计单元，用于基于所述当前视频数据和所述基准视频数据，生成运动矢量；运动判定单元，用于基于所述运动矢量确定操作模式，所述操作模式为帧内模式和帧间模式中的一种；以及运动补偿单元，用于基于所确定的操作模式，生成微分数据，以便当所述操作模式为所述帧内模式时，由所述运动估计处理器输出所述当前视频数据作为所述微分视频数据，以及以便当所述操作模式为帧间模式时，基于所述当前视频数据和所述基准视频数据间的差异，由所述运动补偿单元生成所述微分数据。

提供用于合成所述逆变换视频数据和所述基准视频数据以及用于将所述合成数据输出为重新构建视频数据的合成器。当所述操作模式为帧间模式时，将所述基准视频数据存储在所述局部存储器中，以及其中所述合成器与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述基准视频数据。所述合成器可选地与所述数据总线无关地直接从所述变换编码器接收所述逆变换视频数据。将所述重新构建视频数据输出到所述数据总线，其中将来自在前帧的所述重新构建视频数据用作用于下一帧的基准视频数据。

可以提供用于处理所述变换视频数据和用于将所述变换视频数据输出为压缩视频数据的输出单元。所述输出单元包括例如Z字形扫描单元和用于统计缩减所述变换数据的变长编码(VLC)单元。

所述局部存储器包括例如第一局部存储器，用于存储从所述数据总线接收的所述当前视频数据和基准视频数据以及用于存储基于将输出到所述数据总线的所述变换视频数据和所述基准视频数据，由合成器生成的重新构建视频数据；第二局部存储器，用于存储由所述合成器存取的所述基准视频数据；第三局部存储器，用于存储由所述变换编码器输出的所述变换视频数据。

可以进一步提供DMA控制器，用于从所述数据总线检索所述当前视频数据和所述基准视频数据以便存储在所述第一局部存储器中，以及用于将所述重新构建视频数据从所述第一局部存储器传送到所述数据总线。

另一方面，本发明提供一种视频数据压缩***。该***包括连接到数据总线的处理单元。连接在所述数据总线和外部存储器间的存储控制器。还提供视频数据核心单元。视频数据核心单元包括运动估计处理器，用于从数据总线接收当前视频数据和用于基于当前视频数据和基准视频数据间的差异，生成微分视频数据。变换编码器，直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据和用于将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换视频数。局部存储器，用于存储所述变换视频数据。

再一方面，本发明提供一种用于压缩视频数据的方法。从数据总线接收当前视频数据和基于所述当前视频数据和基准视频数据间的差异，生成微分视频数据；直接由变换编码器接收所述微分视频数据和将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换视频数据。然后将所述变换视频数据存储在局部存储器中。

附图说明

从附图中所述的本发明的优选实施例的更具体的描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将是显而易见的，其中在不同视图中，相同的标记表示相同的部件。这些图不需要按比例绘制，它们仅仅用于说明本发明的原理。

图1是传统的视频数据压缩器的功能框图。

图2是包括图1的视频数据压缩器的传统移动***的框图。

图3是根据本发明的移动***的框图。

图4是根据本发明的优选实施例的视频数据压缩器的功能框图。

图5是用于描述图4的视频数据压缩器的操作的时序图。

图6是用于另外启动正和逆离散余弦变换单元和正和逆量化单元的电路的电路框图。

图7是根据本发明的图4所示的移动补偿单元的实施例的详细框图。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的包括视频数据压缩器104的移动***100的框图。移动***100包括例如SDRAM102的外部存储器102以及视频数据压缩器104。视频数据压缩器104是例如构造成单片***并包括中央处理单元(CPU)106、视频核心(video core)110、外部存储控制器108和局部总线。视频核心110经存储控制器108从外部存储器102读取数据并将数据写入外部存储器102中。

当执行视频数据压缩时，视频核心110每次处理一个宏块行的数据，或可选地，每次处理一帧数据，这取决于由CPU110提供的局部总线上可用的数据带宽。

移动***100将运动补偿MC、运动估计ME、离散余弦变换DCT(和离散余弦逆变换(IDCT)以及量化Q功能块集成到单个芯片上。从而所消耗的电路区的量小于传统***中。另外，因为局部存储器(见例如图4的存储器118、122和130)被嵌入在视频数据核心110中，能在功能块间直接传递某些数据元，因此，大大降低了在局部总线149上存取外部存储器102的数量，即工作带宽。因此，同样降低移动***的功耗。

参考图4，本发明的视频核心110包括运动估计处理器MEP111、三个局部存储器单元118，122和130、离散余弦变换(DCT)/离散余弦逆变换(IDCT)单元126、量化/逆量化单元128、直接存储器存取控制器(DMA)120、Z字形扫描单元ZZ132和变长编码器134。Z字形扫描单元132连同变长编码器134是输出单元的一部分，并根据传统的方式操作以产生输出数据流135。

三个局部存储器单元包括工作存储器118、第一局部存储器LM0 122以及第二局部存储器LM1 130。在一个例子中，工作存储器的大小为768×32位，每一局部存储器LM0的大小为384×8位以及第二局部存储器LM1的大小为384×9位。各个存储器单元118、122、130的大小可以根据应用需要而改变。

运动估计处理器MEP11包括运动估计ME单元112、模式判定单元114、以及运动补偿MC单元116。运动估计ME逆时针112基于当前宏块和基准宏块生成运动矢量。基于运动矢量，由模式判定单元114实现模式判定。特别地，模式判定单元114确定视频核心是在帧内模式还是帧间模式中操作。假定在帧间模式中操作，那么由接收由运动估计ME单元112生成的运动矢量的运动补偿单元MC116执行运动补偿。在这种情况下，运动补偿单元116在确定运动矢量后，产生表示当前宏块和在前重新构建的宏块间的差异的微分宏块。假定在帧内模式操作，不执行运动补偿。

图7是根据本发明，图4的运动补偿单元的实施例的详细描述。如上所述，模式判定单元114做出有关视频核心将在帧间模式还是帧内模式操作的判定。在帧内模式中，模式判定单元114输出将应用到多路复用器302的选择信号，用于选择从工作存储器118接收的输入数据。在帧间模式中，模式判定单元114输出将应用到多路复用器302的选择信号SEL，用于选择从运动补偿块304接收的输入数据，运动补偿块304负责基于从运动估计ME块112接收的运动矢量和基于从工作存储器118接收的输入数据，生成微分数据。然后，根据选择信号，在多路复用器选择的数据被作为数据125提供给DCT/IDCT单元126和第一局部存储器LM0。

现在将描述视频核心110的详细功能性。经局部总线(见图3的149)，传送当前宏块和相关的搜索窗块。并通过存储控制器120存储在工作存储器118中。假定上面给出的例子的参数，读取为1*16＝256字节数据的亮度宏块(见下面的表面的步骤(1)以及还读取为48*48＝2304字节数据的搜索窗(见下面的表2的步骤(2)。运动估计单元ME112从工作存储器118读取当前宏块和从工作存储器118读取搜索窗块并确定当前宏块的运动矢量。模式判定单元114确定用于视频数据压缩的操作模式；例如，该模式是帧间模式还是帧内模式。

如上所述，当在帧间模式时，由运动估计处理器MEP111中的运动补偿单元MC116执行运动补偿。在帧间模式中，运动估计单元ME112确定与当前宏块有关的运动矢量。运动补偿单元MC116从工作存储器118读取当前宏块和重新构建的在前宏块并使用从工作估计单元ME112获得的运动矢量，执行运动补偿。在完成这些操作中，运动补偿单元116从工作存储器读取每个为8*8＝64字节数据的当前色度块蓝Cb和当前色度块红Cr，同时读取每个为9*9＝81字节的在前色度块蓝Cb和在前色度块红Cr，如下面的表2的步骤(3)至(6)所示。作为运动补偿过程的结果，生成表示当前宏块和在前运动补偿宏块间的差异的微分宏块数据125。然后将微分宏块数据125提供给离散余弦变换/离散余弦逆变换单元DCT/IDCT126。同时，将微分宏块数据125存储在第一局部存储器LM0 122中。注意在这一实施例中，不将微分宏块数据写入外部存储器，从而节约局部总线带宽，并降低功耗。

另外，当在帧内模式中时，在MEP111中不执行运动补偿，即，直接将当前宏块提供给DCT/IDCT单元。

DCT/IDCT单元126和量化/逆量化单元Q/IQ128是例如分别由单个单元构成。由将在下面参考图6进一步详细描述的操作控制逻辑控制单元控制单元126、18是在操作的正模式(DCT和Q)还是操作的逆模式(IDCT和IQ)中操作。DCT和IDCT能执行为单个单元，因此，用于DCT和IDCT操作的统一块能比两个单独的单元更有效，特别是在最关心电路区消耗的情况下。这一相同的情形也应用于Q和IQ操作上。

根据本发明，通过正向离散余弦变换单元DCT126处理由运动补偿单元MC116提供的微分宏块125以生成正向变换数据147，其依次被正矢量化单元Q128处理。将存储变换和量化的数据127存储在例如第二局部存储器LM1130中。同样，在这种情况下，在单元126、18和局部存储器130间传递数据147、127而不需要经局部总线的外部存储器存取。在通过操作控制逻辑(见图6)将单元126、128的操作模式从正向改变到逆向后，在所变换和量化的数据127上顺序地执行逆量化IQ和逆离散余弦变换IDCT。

量化/逆量化单元Q/IQ128从CPU106经局部总线接收量化速率控制信号。另外，可由从CPU106接收视频数据的大小和目标位速率的量化速率控制逻辑确定量化速率。

在IQ单元128的逆量化后，生成第一逆量化数据131。将逆量化数据131提供给逆离散余弦变换单元126，其生成逆离散余弦变换数据129。在合成器124，将逆离散余弦变换数据增加到存储在第一局部存储器LM0 122中的微分宏块数据125a上，以及将附加数据145存储在工作存储器118中。同时，在这种情况下，在单元130、128、126、124、118间传递数据127a、131、129、125a而不需要经局部总线149的外部存储器存取。然后，通过存储控制器120将为8*8*6＝384字节数据的所存储的附加数据再存入到帧存储器，如下面的表2的步骤(7)中所示以便用作用于后面的帧数据的重新构建在前宏块。

变长编码器单元VLC134也从第二局部存储器LM1 130，经Z字形扫描电路接收所变换和量化的宏块数据127a，并在统计减少数据大小后，输出所编译的位流125。用于降低数据大小的统计方法可以包括例如Huffman编码方法。

用这种方式，本发明的***和方法完成视频数据压缩的迭代，同时限制了经局部总线149存取外部存储器的需要。在这种情况下，与在传统***下的6373字节相比，存取被限定到传送3234字节。在这一示例性例子中的存取容量的差异在于在传统的实施例中所需的表1的步骤(7)至(15)的外部存取(用表1的粗斜体表示)在本发明的***和方法中是不必要的。

图5是用于示例说明图4的视频核心110中的数据交换的时间的时序图。参考图4和5，在步骤201，视频核心110使用DMA存储控制器120检索当前宏块和搜索窗块，并将它们写入工作存储器118。运动估计器单元ME112在步骤202从工作存储器118检索当前宏块和搜索窗块并确定运动矢量，以及模式判定单元114确定帧内模式和帧间模式间的操作模式。假定操作模式是帧间模式，在步骤203，运动补偿单元MC116从工作存储器118或经存储控制器120从外部帧存储器检索当前色度蓝Cb和色度红Cr块和在前色度蓝Cb和色度红Cr块，并产生微分宏块数据125。在步骤204，将微分宏块数据125存储在第一局部存储器122中。

同时，将微分宏块数据输入到DCT/IDCT单元126。在优选实施例中，当由运动补偿单元MC116生成像素行的第一微分宏块数据时，DCT/IDCT126启动离散余弦变换。类似地，当在步骤205生成第一DCT系数时，量化单元Q128启动量化过程。然后，将量化输出数据127存储在第二局部存储器LM1 130中，如步骤206所示。

在步骤207，通过变长编码单元VLC134，从第二局部存储器读取量化输出数据127a。然后，例如，将以如位流135的形式的编码数据提供给接收数据流的数据信道或装置。另外，在步骤208中，经存储控制器120，将编码数据135存储在外部帧存储器中。

当将用于当前宏块的所有量化的系数(例如384字节)存储在第二局部存储器LM1 130中时，视频数据压缩器110将DCT/IDCT和Q/IQ单元126、128的操作模式从正向模式(即，数据压缩)改变成反向模式(即，数据解压缩)。当模式被改变成反向模式时，在步骤209，通过逆量化单元128，从第二局部存储器130读取用于当前宏块的量化系数127a以及逆量化过程开始。在生成第一逆量化数据131时，在IDCT单元126开始逆离散余弦变换过程，如步骤210所示。然后，在步骤211，逆离散余弦变换数据129被传送到合成器124，在此处它们被添加到先前存储在第一局部存储器LM0 122中的基准宏块上，如步骤211a所示，在步骤212，附加数据145被存储在工作存储器118中，如步骤213所示，通过存储控制器120，其最终被再存入外部帧存储器，以便用作用于下一数据帧的重新构建在前宏块。

图6是正/逆模式控制电路的实施例的电路框图。在这一实施例中，离散余弦变换/离散余弦逆变换单元DCT/IDCT和量化/逆量化单元Q/IQ的每一个接收由地址发生器单元181生成的模式信号MODE。在正操作模式中，经DCT/IDCT单元输入F_En、F_Data接收来自运动补偿单元116的微分运动块数据125，处理该数据，以及将最终输出数据147传送到Q/IQ单元128。类似地，Q/IQ单元128输入F_En、F_Data接收DCT输出数据147并将所量化的输出数据127传送到第二局部存储器130。第二局部存储器130包括生成用于局部存储器的地址以便存储数据或从其检索数据的模式控制逻辑181。模式控制逻辑计算存储在存储器中的量化宏块中的数据元的数量。当计数达到预定数量时，例如，在当前例子中为384，其确定所有量化数据已经被写入存储器中，从而将模式从正向改变到反向。在反向模式中，触发由模式控制逻辑181生成的D_Mode信号并且在反向方向中，将存储在第二局部存储器LM1 130中的量化数据传送到IQ单元128和IDCT单元126。当从局部存储器130检索到量化数据时，模式控制逻辑再次计算所读取的数据字节数直到再次达到预定数为止，在这种情况下，模式被返回到正向模式。

下面的表2提供通过本发明的视频核心110，而在操作的帧间模式中，按照数据字节的每视频数据压缩的迭代经局部总线的外部存储器的存取数的例子。表2的例子假定与上表1中假定的相同的宏块数据结构。再次将用于在运动估计单元ME112中生成运动矢量的搜索窗块的大小假定为fcode＝1(-16～+15.5)。

[表2]

处理单元	需要视频数据的功能	数据量(字节
			ME	(1)当前宏块读取(2)搜索窗读取	16×16＝25648×48＝2304
MC	(3)当前Cb块读取(4)当前Cr块读取(5)在前Cb块读取(6)在前Cr块读取	8×8＝648×8＝649×9＝819×9＝81
			重新构建	(7)重新构建宏块写入	8×8×6＝384
合计		3234

如上所述，根据本发明的视频核心110中的每个处理单元，例如运动估计单元ME112、运动补偿单元MC116、离散余弦变换单元DCT126和量化单元Q128具有直接单元间(inter-unit)数据接口通路。因此，各个单元不必存取外部存储器来接收和传送和数据。为提供与外部存储器无关的直接数据接口，本发明的视频数据压缩器包括三个内部存储器单元，即工作存储器118、第一局部存储器122和第二局部存储器130。

另外，由于第一运动补偿过程的结果作为微分宏块数据存储在第一局部存储器LM0.122中，当执行第二运动补偿过程时，视频数据补偿器110不必存取外部存储器来检索它。这是与传统方法，其中在第一补偿过程(见表1的步骤(3)、(4)、(5)、(6)和(7))期间和在第二运动补偿过程期间(见表1的步骤(12)、(13)和(14))均存取外部存储器相比较而言。

因此，将表1所示的传统实施例的外部存储器存取的频率和数量与表2所述的本发明的实施例的外部存储器存取的频率和数量比较，根据本发明的视频数据压缩器对外部存储器存取的需求提供急剧缩减。

如上所述，在本发明的优选实施例中，将DCT和IDCT功能组合在单个单元中，以及将量化Q和逆量化Q功能组合在单个单元中。根据需要，正向/逆向模式控制电路触发正向和逆向间的模式。这减少了由这些功能所消耗的电路区域数量。

用这种方式，根据本发明的视频数据压缩器在字节数方面减少了外部存储器存取的数量达显著量。因此，局部总线所需的工作频率相对较低，使本发明的***和方法非常适合于移动***。

尽管参考其优选实施例具体示出和描述了本发明，本领域的技术人员将理解到在不背离附加权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。

Claims (66)

1.一种视频数据压缩单元，包括：

运动估计处理器，用于从数据总线接收当前视频数据和用于基于当前视频数据和基准视频数据间的差异，生成微分视频数据；

变换编码器，用于直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据和用于将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换的视频数据；以及

局部存储器，用于存储所述变换的视频数据。

2.如权利要求1所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。

3.如权利要求1所述的视频数据压缩单元，其特征在于，与所述数据总线无关地直接将所述变换视频数据写入用于存储的所述局部存储器。

4.如权利要求1所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器进一步从所述局部存储器检索所述变换视频数据以及将所述变换视频数据从所述频率域逆变换为所述空间域以生成逆变换视频数据。

5.如权利要求4所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器包括：

离散余弦变换(DCT)单元，用于将所述微分视频数据从所述空间域变换成所述频率域以生成变换微分视频数据；以及

离散余弦逆变换(IDCT)单元，用于将存储在所述局部存储器中的所述变换视频数据从所述频率域逆变换成所述空间域。

6.如权利要求5所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述离散余弦变换单元与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。

7.如权利要求5所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述运动估计处理器生成所述微分视频数据段时，所述离散余弦变换单元对所述微分视频数据执行所述变换操作，以便所述离散余弦变换单元和所述运动估计处理器同时在所述微分视频数据上操作。

8.如权利要求5所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器进一步包括：

量化单元，用于量化由所述离散余弦变换(DCT)输出的变换微分视频数据以便生成变换视频数据；以及

逆量化单元，用于逆量化存储在所述局部存储器中的变换视频数据，所述逆量化单元的输出被提供到所述离散余弦逆变换单元。

9.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述量化单元与所述数据总线无关地直接从所述离散余弦变换单元接收所述变换微分视频数据。

10.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述逆量化单元与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述变换视频数据。

11.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述离散余弦逆变换单元与所述数据总线无关地直接从所述逆量化单元接收所述逆量化单元的输出，作为所述变换视频数据。

12.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器在正向模式和反向模式中操作，其中，在正向操作模式中，所述离散余弦变换单元和所述量化单元是有效的，以及当在反向操作模式中时，所述离散余弦逆变换单元和所述逆量化单元是有效的。

13.如权利要求12所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器基于所述变换编码器选择信号的状态，在所述正向模式和所述反向模式间选择。

14.如权利要求13所述的视频数据压缩单元，其特征在于，响应由所述局部存储器处理的变换视频信号的计数，生成所述变换编码器模式选择信号。

15.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述离散余弦变换单元生成所述变换微分视频段时，所述量化单元在所述变换微分视频数据上执行所述量化操作，以便所述量化单元和所述离散余弦变换单元同时在所述变换微分视频数据上操作。

16.如权利要求8所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述逆量化单元生成所述逆量化单元的输出数据段时，所述离散余弦逆变换单元在所述逆量化单元的视频数据输出上操作，以便所述离散余弦逆变换单元和所述量化单元同时在所述逆量化单元的输出数据上操作。

17.如权利要求4所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述运动估计处理器包括：

运动估计单元，用于基于所述当前视频数据和所述基准视频数据，生成运动矢量；

运动判定单元，用于基于所述运动矢量确定操作模式，所述操作模式为帧内模式和帧间模式中的一种；以及

运动补偿单元，用于基于所确定的操作模式，生成微分数据，以便当所述操作模式为所述帧内模式时，由所述运动估计处理器输出所述当前视频数据作为所述微分视频数据，以及以便当所述操作模式为帧间模式时，基于所述当前视频数据和所述基准视频数据间的差异，由所述运动补偿单元生成所述微分数据。

18.如权利要求17所述的视频数据压缩单元，进一步包括用于合成所述逆变换视频数据和所述基准视频数据，以及用于将所述合成数据输出为重新构建视频数据的合成器。

19.如权利要求18所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当所述操作模式为帧间模式时，将所述基准视频数据存储在所述局部存储器中，以及其中所述合成器与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述基准视频数据。

20.如权利要求18所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述合成器与所述数据总线无关地直接从所述变换编码器接收所述逆变换视频数据。

21.如权利要求18所述的视频数据压缩单元，其特征在于，将所述重新构建视频数据输出到所述数据总线，其中将来自在前帧的所述重新构建视频数据用作用于下一帧的基准视频数据。

22.如权利要求1所述的视频数据压缩单元，进一步包括用于处理所述变换视频数据和用于将所述变换视频数据输出为压缩视频数据的输出单元。

23.如权利要求22所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述输出单元包括Z字形扫描单元和用于统计缩减所述变换数据的变长编码(VLC)单元。

24.如权利要求1所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述局部存储器包括：

第一局部存储器，用于存储从所述数据总线接收的所述当前视频数据和基准视频数据以及用于存储基于将输出到所述数据总线的所述变换视频数据和所述基准视频数据，由合成器生成的重新构建视频数据；

第二局部存储器，用于存储由所述合成器存取的所述基准视频数据；

第三局部存储器，用于存储由所述变换编码器输出的所述变换视频数据。

25.如权利要求24所述的视频数据压缩单元，进一步包括DMA控制器，用于从所述数据总线检索所述当前视频数据和所述基准视频数据以便存储在所述第一局部存储器中，以及用于将所述重新构建视频数据从所述第一局部存储器传送到所述数据总线。

26.一种视频数据压缩***，包括：

连接到数据总线的处理单元；

连接在所述数据总线和外部存储器间的存储控制器；以及

视频数据核心单元，包括：

运动估计处理器，用于从数据总线接收当前视频数据和用于基于当前视频数据和基准视频数据间的差异，生成微分视频数据；

变换编码器，直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据和用于将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换视频数据；以及

局部存储器，用于存储所述变换视频数据。

27.如权利要求26所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。

28.如权利要求26所述的视频数据压缩单元，其特征在于，与所述数据总线无关地直接将所述变换视频数据写入所述局部存储器，用于存储。

29.如权利要求26所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器进一步从所述局部存储器检索所述变换视频数据以及将所述变换视频数据从所述频率域逆变换为所述空间域以生成逆变换视频数据。

30.如权利要求29所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器包括：

离散余弦变换(DCT)单元，用于将所述微分视频数据从所述空间域变换成所述频率域以生成变换微分视频数据；以及

离散余弦逆变换(IDCT)单元，用于将存储在所述局部存储器中的所述变换视频数据从所述频率域逆变换成所述空间域。

31.如权利要求30所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述离散余弦变换单元与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。

32.如权利要求30所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述运动估计处理器生成所述微分视频数据段时，所述离散余弦变换单元在所述微分视频数据上执行所述变换操作，以便所述离散余弦变换单元和所述运动估计处理器同时在所述微分视频数据上操作。

33.如权利要求30所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器进一步包括：

量化单元，用于量化由所述离散余弦变换(DCT)输出的变换微分视频数据以便生成变换视频数据；以及

逆量化单元，用于逆量化存储在所述局部存储器中的变换视频数据，所述逆量化单元的输出被提供到所述离散余弦逆变换单元。

34.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述量化单元与所述数据总线无关地直接从所述离散余弦变换单元接收所述变换微分视频数据。

35.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述逆量化单元与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述变换视频数据。

36.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述离散余弦逆变换单元与所述数据总线无关地直接从所述逆量化单元接收所述逆量化单元的输出，作为所述变换视频数据。

37.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器在正向模式和反向模式中操作，其中，在正向操作模式中，所述离散余弦变换单元和所述量化单元是有效的，以及当在反向操作模式中时，所述离散余弦逆变换单元和所述逆量化单元是有效的。

38.如权利要求37所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述变换编码器基于所述变换编码器选择信号的状态，在所述正向模式和所述反向模式间选择。

39.如权利要求38所述的视频数据压缩单元，其特征在于，响应由所述局部存储器处理的变换视频信号的计数，生成所述变换编码器模式选择信号。

40.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述离散余弦变换单元生成所述变换微分视频段时，所述量化单元在所述变换微分视频数据上执行所述量化操作，以便所述量化单元和所述离散余弦变换单元同时在所述变换微分视频数据上操作。

41.如权利要求33所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当由所述逆量化单元生成所述逆量化单元的输出数据段时，所述离散余弦逆变换单元在所述反量化单元的视频数据输出上操作，以便所述离散余弦反变换单元和所述量化单元同时在所述逆量化单元的输出数据上操作。

42.如权利要求29所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述运动估计处理器包括：

运动估计单元，用于基于所述当前视频数据和所述基准视频数据，生成运动矢量；

运动判定单元，用于基于所述运动矢量确定操作模式，所述操作模式为帧内模式和帧间模式中的一种；以及

运动补偿单元，用于基于所确定的操作模式，生成微分数据，以便当所述操作模式为所述帧内模式时，由所述运动估计处理器输出所述当前视频数据作为所述微分视频数据，以及以便当所述操作模式为帧间模式时，基于所述当前视频数据和所述基准视频数据间的差异，由所述运动补偿单元生成所述微分数据。

43.如权利要求42所述的视频数据压缩单元，进一步包括用于合成所述逆变换视频数据和所述基准视频数据，以及用于将所述合成数据输出为重新构建视频数据的合成器。

44.如权利要求43所述的视频数据压缩单元，其特征在于，当所述操作模式为帧间模式时，将所述基准视频数据存储在所述局部存储器中，以及其中所述合成器与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述基准视频数据。

45.如权利要求43所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述合成器与所述数据总线无关地直接从所述变换编码器接收所述逆变换视频数据。

46.如权利要求43所述的视频数据压缩单元，其特征在于，将所述重新构建视频数据输出到所述数据总线，其中将来自在前帧的所述重新构建视频数据用作用于下一周期的基准视频数据。

47.如权利要求26所述的视频数据压缩单元，进一步包括用于处理所述变换视频数据和用于将所述变换视频数据输出为压缩视频数据的输出单元。

48.如权利要求22所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述输出单元包括Z字形扫描单元和用于统计缩减所述变换数据的变长编码(VLC)单元。

49.如权利要求26所述的视频数据压缩单元，其特征在于，所述局部存储器包括：

第一局部存储器，用于存储从所述数据总线接收的所述当前视频数据和基准视频数据以及用于存储基于将输出到所述数据总线的所述变换视频数据和所述基准视频数据，由合成器生成的重新构建视频数据；

第二局部存储器，用于存储由所述合成器存取的所述基准视频数据；

第三局部存储器，用于存储由所述变换编码器输出的所述变换视频数据。

50.如权利要求49所述的视频数据压缩单元，进一步包括DMA控制器，用于从所述数据总线检索所述当前视频数据和所述基准视频数据以便存储在所述第一局部存储器中，以及用于将所述重新构建视频数据从所述第一局部存储器传送到所述数据总线。

51.一种用于压缩视频数据的方法，包括：

在运动估计处理器，从数据总线接收当前视频数据和基于所述当前视频数据和基准视频数据间的差异，生成微分视频数据；

在变换编码器，直接接收所述微分视频数据和将所述微分视频数据从空间域变换成频率域以便生成变换视频数据；以及

将所述变换视频数据存储在局部存储器中。

52.如权利要求51所述的方法，进一步包括与所述数据总线无关地直接从所述运动估计处理器接收所述微分视频数据。

53.如权利要求51所述的方法，其特征在于，与所述数据总线无关地直接将所述变换视频数据写入所述局部存储器，用于存储。

54.如权利要求51所述的方法，其特征在于，变换进一步从所述局部存储器检索所述变换视频数据以及将所述变换视频数据从所述频率域逆变换为所述空间域以生成逆变换视频数据。

55.如权利要求54所述的方法，进一步包括：

使用离散余弦变换(DCT)将所述微分视频数据从所述空间域变换成所述频率域以生成变换微分视频数据；以及

使用离散余弦逆变换(IDCT)将存储在所述局部存储器中的所述变换视频数据从所述频率域逆变换成所述空间域。

56.如权利要求55所述的方法，进一步包括与所述数据总线无关地直接接收所述微分视频数据。

57.如权利要求55所述的方法，其特征在于，使用离散余弦变换的变换包括当由所述运动估计处理器生成所述微分视频数据段时，变换所述微分视频数据，以便同时在所述微分视频数据执行生成微分视频数据和变换所述微分视频数据。

58.如权利要求55所述的方法，其特征在于，变换进一步包括：

在量化单元，量化离散余弦变换(DCT)的所述变换微分视频数据以便生成变换视频数据；以及

在逆量化单元，在离散余弦逆变换所述数据前，逆量化存储在局部存储器中的所述变换视频数据。

59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，在所述量化单元与所述数据总线无关地直接接收所述离散余弦变换数据。

60.如权利要求58所述的方法，其特征在于，在所述逆量化单元与所述数据总线无关地直接接收所述变换视频数据。

61.如权利要求58所述的方法，其特征在于，在操作的正向模式和反向模式中发生变换，其中，在正向操作模式中，所述离散余弦变换和量化操作是有效的，以及当在反向操作模式中时，所述离散余弦逆变换和所述逆量化操作是有效的。

62.如权利要求54所述的方法，其特征在于，生成微分视频数据包括：

基于所述当前视频数据和所述基准视频数据，生成运动矢量；

基于所述运动矢量确定操作模式，所述操作模式为帧内模式和帧间模式中的一种；以及

基于所确定的操作模式，生成微分数据，以便当所述操作模式为所述帧内模式时，所述当前视频数据输出为所述微分视频数据，以及以便当所述操作模式为帧间模式时，基于所述当前视频数据和所述基准视频数据间的差异，生成所述微分数据。

63.如权利要求62所述的方法，进一步包括合成所述逆变换视频数据和所述基准视频数据，以及将所述合成数据输出为重新构建视频数据。

64.如权利要求63所述的方法，其特征在于，当所述操作模式为帧间模式时，将所述基准视频数据存储在所述局部存储器中，以及其中所述合成步骤与所述数据总线无关地直接从所述局部存储器接收所述基准视频数据。

65.如权利要求63所述的方法，其特征在于，将所述重新构建视频数据输出到所述数据总线，其中将来自在前帧的所述重新构建视频数据用作用于下一帧的基准视频数据。

66.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述局部存储器包括：

第一局部存储器，用于存储从所述数据总线接收的所述当前视频数据和基准视频数据以及用于存储基于将输出到所述数据总线的所述变换视频数据和所述基准视频数据生成的重新构建视频数据；

第二局部存储器，用于存储所述基准视频数据；

第三局部存储器，用于存储所述变换视频数据。

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