TWI410983B - 有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統及方法 - Google Patents

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有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統及方法
本發明係有關記憶體存取，特別是關於一種高記憶體頻寬使用率及高效率記憶體資料存取的視訊資料排列方式。
記憶體頻寬係指儲存或讀取半導體記憶體裝置資料的速率，其通常以每秒位元組(bytes per second)來表示。由於電子系統中的記憶體裝置往往會共用於各個處理器或裝置之間，因此記憶體資源通常是很珍貴的，且記憶體頻寬常常感到缺乏。增進記憶體頻寬的方法之一是讓某個處理器或裝置有專屬存取權，使其每次得以循序存取一整個區塊的資料。例如，某些記憶體裝置提供叢發模式(burst mode)，當起始位址及一些必要控制信號提供給記憶體裝置後，整個區塊資料即可毫無中斷的進行傳送。然而，記憶體裝置卻經常需要進行隨機的存取，以儲存或讀取記憶體裝置中各分散位置的資料。對於此種存取方式，由於每次資料存取時均需耗費相當時間於提供存取位址及控制信號，因此記憶體頻寬的使用效率不大。
當記憶體裝置作為視訊緩衝器(或訊框緩衝器)以存放視訊資料(特別是高密度視訊資料)或者涉及即時影像處理時，前述記憶體裝置的隨機存取缺失將變得更為惡化。
鑑於視訊資料之記憶體頻寬使用效率不佳，且無法實現即時的影像應用，因此亟需提出一種新穎機制，用以增進記憶體資料存取的效率。
鑑於上述，本發明的目的之一在於提出一種記憶體存取系統及方法，用以有效地利用記憶體頻寬而不會犧牲視訊的品質。
根據本發明實施例，資料安排單元將視訊資料安排成至少一主區塊及一附加區塊，其分別儲存於記憶體裝置內。視訊資料經特別安排後，使得記憶體裝置內之主區塊視訊資料得以被一裝置或處理器循序讀取。在一實施例中，資料安排單元移除相鄰二像素的至少一色度成分(例如U或V成分)，而維持像素之亮度成分(例如Y成分)，因而形成主區塊。
第一圖方塊圖顯示本發明實施例之高記憶體頻寬使用率的記憶體存取系統。資料排列單元10自視訊資料源接收視訊資料，並將所接收的視訊資料重新排列成至少二視訊資料區塊-主區塊及附加區塊。主區塊的視訊資料經特別排列後，使得視訊資料於後續得以循序且連續地進行存取，且視訊資料量可調適於一已知記憶體頻寬而不會犧牲了視訊品質。附加區塊的視訊資料可用以補足(complement)主區塊視訊資料的不足。簡單來講，主區塊和附加區塊共同組成來自視訊資料源的完整視訊資料。經排列之視訊資料可藉由資料匯流排寫入記憶體裝置12。接著，裝置14或處理器可有效地藉由資料匯流排以存取或讀取記憶體裝置12的視訊資料。由於視訊資料係特別地排列於記憶體裝置12內，因此資料的存取即可以使用循序方式來進行。藉此，得以增進記憶體頻寬的使用率，也可降低存取時間，因而使得即時影像處理應用(例如影像縮放(image scaling)、去交錯(de-interlacing)或提高訊框速率(frame rate up conversion))得以實現。
在一實施例中，來自視訊資料源的視訊資料採用YUV色彩空間格式，其中Y代表亮度(luma或brightness)成分，而U和V則代表色度(chrominance或color)成分。和YUV格式類似的有Y’UV、YCbCr及TPbPr等。雖然本實施例以YUV色彩空間格式為例，然而本發明也適用於其他的色彩空間。第二圖例示YUV格式之部分視訊資料的資料排列。其中，所接收的視訊資料100(Y1U1V1)、(Y2U2V2)、(Y3U3V3)及(Y4U4V4)分別表示第一像素、第二像素、第三像素及第四像素之成分。資料排列單元10將所接收視訊資料100重新排列成二視訊資料區塊-主區塊100A及附加區塊100B。在本實施例中，移除偶次像素的色度成分U和V，以形成主區塊100A。一般來說，移除相鄰二像素當中的至少一色度成分。被移除之色度成分U和V則用以構成附加區塊100B。主區塊100A的視訊資料及附加區塊100B的視訊資料分別儲存於記憶提裝置12內，如圖所示。接著，記憶體裝置12即可被裝置14或處理器有效地存取。
在第一例示實施例中，僅讀取記憶體裝置12的主區塊100A。由於一般觀者對於色度成分較不敏感，因而不會感知到被移除之色度成分U和V。在第二例示實施例中，藉由內插法以回復被移除之色度成分U和V。例如，被移除之U2V2可藉由U1V1及U3V3之間進行內插而回復得到。一般來說，被移除之色度成分可藉由前一像素及後一像素之間進行內插而回復得到。在第三例示實施例中，依序讀取主區塊100A的視訊資料及附加區塊100B的視訊資料。如果記憶體裝置12具有多重埠(multi-port)功能，則可同時讀取主區塊100A及附加區塊100B的視訊資料。
可依據記憶體頻寬的大小、允許的存取時間和影像品質的要求來選擇第一、第二或第三例示實施例之作法。例如，當記憶體頻寬不夠或者涉及即時應用時，可以選擇第一例示實施例之作法。又例如，當影像品質要求很高且記憶體頻寬不夠時，則可選擇第二例示實施例之作法。
第三圖顯示本發明實施例之資料排列單元10的詳細方塊圖。在本實施例中，解多工器(demultiplexer)101(或是控制開關)接收來自視訊資料源的視訊資料。經安排之視訊資料(例如Y1U1V1Y2Y3U3V3Y4)從解多工器101的第一輸出埠102A傳送至第一緩衝器103A。被移出之視訊資料(例如U2V2U4V4)則從解多工器101的第二輸出埠102B傳送至第二緩衝器103B。第一緩衝器103A內的視訊資料及第二緩衝器103B內的視訊資料饋至多工器(multiplexer)105(或是控制開關)，其依序選擇第一緩衝器103A和第二緩衝器103B，並將視訊資料分別儲存於記憶體裝置12的個別位置。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
10．．．資料排列單元
12．．．記憶體裝置
14．．．裝置
100．．．視訊資料
100A．．．主區塊
100B．．．附加區塊
101．．．解多工器
102A．．．第一輸出埠
102B．．．第二輸出埠
103A．．．第一緩衝器
103B．．．第二緩衝器
105．．．多工器
第一圖方塊圖顯示本發明實施例之高記憶體頻寬使用率的記憶體存取系統。
第二圖例示YUV格式之部分視訊資料的資料排列。
第三圖顯示本發明實施例之資料排列單元的詳細方塊圖。
10．．．資料排列單元
12．．．記憶體裝置
100．．．視訊資料
100A．．．主區塊
100B．．．附加區塊

Claims (12)

  1. 一種有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，包含：資料安排單元，用以將視訊資料安排成至少一主區塊及一附加區塊；及一記憶體裝置，經安排之該主區塊及該附加區塊之視訊資料分別儲存於該記憶體裝置內；其中該視訊資料經安排後，使得該記憶體裝置內之該主區塊視訊資料得以被一裝置循序讀取；其中上述之視訊資料採用YUV色彩空間格式，其中Y代表亮度成分，而U和V則代表色度成分；其中該主區塊包含奇數像素的亮度成分及色度成分以及偶數像素的亮度成分，但不包含偶數像素的色度成分；該附加區塊包含偶數像素的色度成分但不包含偶數像素的亮度成分，且不包含奇數像素的亮度及色度成分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，其中上述之視訊資料係由一視訊資料源所提供。
  3. 如申請專利範圍第1項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，其中該偶數像素的色度成分係藉由該偶數像素之前一像素和後一像素之間進行內插而予以回復。
  4. 如申請專利範圍第1項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，其中上述之主區塊和附加區塊依序從該記憶體裝置讀出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，其中上述之主區塊和附加區塊同時從該記憶體裝置讀出。
  6. 如申請專利範圍第1項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取系統，其中上述之資料安排單元包含：一解多工器，其具有一第一輸出埠用以輸出對應該主區塊之視訊資料，其具有一第二輸出埠用以輸出對應該附加區塊之視訊資料；一第一緩衝器及一第二緩衝器，用以分別儲存該第一輸出埠及該第二輸出埠的視訊資料；及一多工器，其依序接收該第一緩衝器和該第二緩衝器的視訊資料，並將其儲存於該記憶體裝置內。
  7. 一種有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，包含：將視訊資料安排成至少一主區塊及一附加區塊；及將經安排之該主區塊及該附加區塊之視訊資料分別儲存於一記憶體裝置內；其中該視訊資料經安排後，使得該記憶體裝置內之該主區塊視訊資料得以被一裝置循序讀取；其中上述之視訊資料採用YUV色彩空間格式，其中Y代表亮度成分，而U和V則代表色度成分；其中上述之視訊資料安排步驟包含：移除偶數像素的色度成分，以形成包含奇數像素的亮度成分及色度成分以及偶數像素的亮度成分之該主區塊；以及根據上述形成之該主區塊，形成包含偶數像素的色度成分但不包含偶數像素的亮度成分，且不包含奇數像素的亮度及色度成分之該附加區塊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，其中上述之視訊資料係由一視訊資料源所提供。
  9. 如申請專利範圍第7項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，其中該偶數像素的色度成分係藉由該偶數像素之前一像素和後一像素之間進行內插而予以回復。
  10. 如申請專利範圍第7項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，其中上述之主區塊和附加區塊依序從該記憶體裝置讀出。
  11. 如申請專利範圍第7項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，其中上述之主區塊和附加區塊同時從該記憶體裝置讀出。
  12. 如申請專利範圍第7項所述有效使用記憶體頻寬之記憶體存取方法，其中上述之視訊資料安排步驟更包含：解多工(demultiplexing)該視訊資料以產生該主區塊及該附加區塊；分別緩衝對應該主區塊之視訊資料及對應該附加區塊之視訊資料；多工依序處理該主區塊的緩衝視訊資料及該附加區塊的緩衝視訊資料；及分別儲存該主區塊的多工視訊資料及該附加區塊的多工視訊資料至該記憶體裝置。
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