TWI512675B - 影像處理裝置與方法 - Google Patents

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Description

影像處理裝置與方法
本發明是關於影像處理裝置與方法，尤其是關於利用無線顯示(wireless display,WiDi)技術之影像處理裝置與方法。
請參閱圖1，其係習知影像顯示系統之示意圖。影像顯示系統10包含動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)110、影像處理裝置120及顯示器130。影像處理裝置120包含影像縮放(scaling)電路122及影像處理單元124。動態隨機存取記憶體110儲存待處理的影像資料。影像縮放電路122從記憶體110中讀取影像資料，將影像資料進行升取樣(up-sampling)或降取樣(down-sampling)等縮放處理，之後影像處理單元124對影像資料進行解交錯運算(de-interlace)等處理後，再輸出給顯示器130顯示。
請參閱圖2，其係習知利用無線顯示技術之影像顯示系統之示意圖。影像顯示系統20包含動態隨機存取記憶體210及230、影像處理裝置220及顯示設備240。影像處理裝置220包含影像縮放電路222及多格式視訊編碼電路(multi-format video encoder,MFE)226。儲存在動態隨機存取記憶體210的影像資料經過影像縮放電路222的處理後，被儲存回動態隨 機存取記憶體210。隨後多格式視訊編碼電路226再從動態隨機存取記憶體210將影像資料讀出，並且將影像資料編碼後，儲存至動態隨機存取記憶體230。外部顯示設備240，例如手機、電腦、電視等，可以透過無線網路(Wi-Fi)取得動態隨機存取記憶體230中的資料並且播放。
上述影像處理裝置220的缺點在於，影像縮放電路222處理完的資料必須先存回動態隨機存取記憶體210，而當多重格式視訊編碼電路226需要資料時，再從動態隨機存取記憶體210讀出。一般而言，視訊資料通常較為龐大，尤其顯示設備240支援的解析度愈高時，視訊資料的資料量就愈可觀。處理視訊資料時，影像縮放電路222對動態隨機存取記憶體210進行一次讀取及一次寫入，並且多重格式視訊編碼電路226也必須對同一個動態隨機存取記憶體210進行一次讀取。當視訊資料量增加時，這些讀寫的動作將佔用很大的記憶體頻寬，而且若記憶體速度不夠快，很容易造成訊號的延遲。對無線顯示技術來說，即時且流暢的影像播放是相當重要的關鍵，過長的延遲會造成不佳的使用者經驗。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種影像處理裝置與一種影像處理方法，以增進影像處理之效能，滿足無線顯示之即時傳輸的需求。
本發明揭露了一種影像處理裝置，用來將一原始影像資料轉換成一目標影像資料，包含：一靜態隨機存取記憶體；一影像縮放電路，耦接該靜態隨機存取記憶體，依據該原始影像資料產生一縮放後影像資料，並將該縮放後影像資料存入該靜態隨機存取記憶體；以及一視訊編碼 電路，耦接該靜態隨機存取記憶體，自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料並進行編碼以產生該目標影像資料；其中，該目標影像資料係對應至一影像畫面，且該目標影像資料之部分為透過內部圖幀壓縮方式編碼之一內部圖幀資料，以及該目標影像資料之另一部份為透過預測圖幀編碼方式編碼之一預測圖幀資料。
本發明另揭露了一種影像處理方法，用來將一原始影像資料轉換成一目標影像資料，包含：依據該原始影像資料產生一縮放後影像資料；將該縮放後影像資料存入一靜態隨機存取記憶體；自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料；以及對該縮放後影像資料進行編碼以產生該目標影像資料；其中，該目標影像資料係對應至一影像畫面，且該目標影像資料之部分為透過內部圖幀壓縮方式編碼之一內部圖幀資料，以及該目標影像資料之另一部份為透過預測圖幀壓縮方式編碼之一預測圖幀資料。
本發明之影像處理裝置與方法使用影像處理裝置內部的靜態隨機存取記憶體取代外部的動態隨機存取記憶體，以便減少存取動態隨機存取記憶體的次數。相較於習知技術，本發明使用速度更快的靜態隨機存取記憶體，因此影像處理裝置更適用於對系統的反應時間要求甚高的無線顯示技術。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
10、20、30‧‧‧影像顯示系統
110、210、230、310、330‧‧‧動態隨機存取記憶體
120、220、320‧‧‧影像處理裝置
122、222、322‧‧‧影像縮放電路
124‧‧‧影像處理單元
130‧‧‧顯示器
226、326‧‧‧多格式視訊編碼電路
240、340‧‧‧顯示設備
324‧‧‧靜態隨機存取記憶體
328‧‧‧控制單元
S610~S650‧‧‧步驟
〔圖1〕為習知影像顯示系統之示意圖；〔圖2〕為習知利用無線顯示技術之影像顯示系統之示意圖；〔圖3〕為利用本發明之影像處理裝置的影像顯示系統；〔圖4〕為本發明之影像處理裝置的靜態隨機存取記憶體之儲存空間與影像資料之關係圖；〔圖5〕為本發明之影像處理裝置的靜態隨機存取記憶體之儲存空間與無線顯示之影像資料的關係圖；以及〔圖6〕為本發明之影像處理方法之一實施例的流程圖
以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本發明之揭露內容包含影像處理裝置與方法，能夠提升利用無線顯示技術之影像系統的反應時間。該裝置與方法可應用於諸如無線顯示技術等對反應時間要求甚高之影像系統，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依本說明書之揭露內容來選擇等效之元件或步驟來實現本發明，亦即本發明之實施並不限於後敘之實施例。由於本發明之影像處理裝置所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之影像處理方法可藉由本發明之影像處理裝置或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。
請參閱圖3，其係利用本發明之影像處理裝置的影像顯示系統30。影像顯示系統30包含動態隨機存取記憶體310及330、影像處理裝置320以及顯示設備340。影像處理裝置320包含影像縮放電路322、靜態隨機存取記憶體(static random access memory,SRAM)324、多格式視訊編碼電路326以及控制單元328。影像縮放電路322從與其耦接的動態隨機存取記憶體310中讀取影像資料，將影像資料進行升取樣或降取樣等縮放處理，然後將處理後的影像資料存入靜態隨機存取記憶體324中。之後，多格式視訊編碼電路326再從靜態隨機存取記憶體324中讀取影像資料，並且將影像資料編碼成符合無線顯示之規範的位元流資料，再將位元流資料儲存至動態隨機存取記憶體330，最後顯示設備340透過無線網路取得影像資料並且播放。控制單元328耦接影像縮放電路322以及多格式視訊編碼電路326。當影像縮放電路322將多格式視訊編碼電路326所需的完整資料存入靜態隨機存取記憶體324後，便發送通知訊號至控制單元328，控制單元328再依據通知訊號控制多格式視訊編碼電路326自靜態隨機存取記憶體324讀取已經就緒的資料。
請參閱圖4，其係本發明之影像處理裝置的靜態隨機存取記憶體之儲存空間與影像資料之關係圖。多格式視訊編碼電路326每次所處理的影像資料通常為一個圖幀(frame)410的一部分，而且常是以一個區塊MB為單位。例如圖4中圖幀410就被分為(n+1)個區段，區塊MB0~MBn分別對應至一個區段。每個區塊包含k x k個像素(k為正整數)，因此每個區塊所包含的資料皆為所屬的k條像素線(pixel line)的資料的一部分。對應圖幀410，靜態隨機存取記憶體324的一個記憶體區塊(Buffer 0)也包含 區塊MB0~MBn，也就是說一個記憶體區塊至少儲存k條像素線的資料。
影像縮放電路322將影像資料存入靜態隨機存取記憶體324的方式是以存取完一條像素線再存取下一條像素線的方式進行，當儲存完k條像素線後，一個記憶體區塊即被填滿，此時區塊MB0~MBn才會完整，也就是說當一個記憶體區塊存滿影像資料後，多格式視訊編碼電路326才能開始動作。因此影像縮放電路322對控制單元328發出通知訊號的時間點即為填滿一個記憶體區塊，例如Buffer 0，多格式視訊編碼電路326再依據控制單元328的通知從記憶體區塊Buffer 0依序讀取區塊MB0~MBn的資料，而此時影像縮放電路322可以從第k+1條像素線開始，將處理完成的資料存入記憶體區塊Buffer 1中，待記憶體區塊Buffer 1被填滿後，影像縮放電路322對控制單元328發出通知訊號令多格式視訊編碼電路326讀取記憶體區塊Buffer 1的資料，而影像縮放電路322開始將第2k+1條像素線及其後的資料寫入記憶體區塊Buffer 0。影像縮放電路322及多格式視訊編碼電路326便以交替的方式存取靜態隨機存取記憶體324的兩個記憶體區塊。如果無需節省硬體，記憶體區塊Buffer0以及Buffer1皆可以更大；如果要節省硬體，靜態隨機存取記憶體324可以只包含一個記憶體區塊，當影像縮放電路322將資料寫入靜態隨機存取記憶體324，多格式視訊編碼電路326便暫停動作；而當多格式視訊編碼電路326從靜態隨機存取記憶體324讀取資料時，影像縮放電路322便暫停動作。本發明靜態隨機存取記憶體324的大小必須至少為一個記憶體區塊的大小，也就是必須至少儲存k條像素線的資料。
一般而言影像資料常會利用內部圖幀(intra frame,I-frame)及預測圖幀(predicted frame,P-frame)的方式來傳輸，以適度的減少資料量。 內部圖幀通常包含一整個完整圖幀的資料量，而預測圖幀的資料量相對而言則較小。其中，產生內部圖幀的壓縮方式稱為內部圖幀壓縮方式，產生預測圖幀的壓縮方式稱為預測圖幀壓縮方式。為了避免傳輸資料量大的內部圖幀時會造成傳輸過程中資料量的突然增加而影響傳輸的穩定性，在壓縮某一圖幀時，將該圖幀的一部分圖幀資料以前述內部圖幀壓縮方式進行壓縮以產生內部圖幀資料，並將該圖幀的另一部分圖幀資料以前述預測圖幀壓縮方式進行壓縮以產生預測圖幀資料，而內部圖幀資料再與預測圖幀資料結合，形成一個完整的壓縮圖幀。如此一來，一個完整的壓縮圖幀可以是由內部圖幀資料以及預測圖幀資料組成，解決了傳輸過程中某一個內部圖幀資料量特別大而影響傳輸穩定性的問題。請注意，前述的內部圖幀資料以及預測圖幀資料僅分別是由一圖幀的部分資料壓縮而成，並非習知的內部圖幀與預測圖幀。換句話說，一般習知技術係將一完整圖幀選擇以內部圖幀壓縮方式或以預測圖幀壓縮方式進行壓縮以產生內部圖幀或預測圖幀，但在本實施例中係將一完整圖幀之部分以前述內部圖幀壓縮方式進行壓縮以產生內部圖幀資料，並將該圖幀之另一部分以前述預測圖幀壓縮方式進行壓縮以產生預測圖幀資料，最後才將內部圖幀資料與預測圖幀資料結合成該圖幀之完整的壓縮圖幀。請參閱圖5，其係本發明之影像處理裝置的靜態隨機存取記憶體的儲存空間與無線顯示之影像資料的關係圖。圖幀510包含準備以內部圖幀壓縮方式進行壓縮的部分圖幀資料I，以及準備以預測圖幀壓縮方式進行壓縮的部分圖幀資料P。影像縮放電路322由上而下依序處理圖幀510之資料，並將處理完畢之資料儲存至靜態隨機存取記憶體324，最後由多格式視訊編碼電路326自靜態隨機存取記憶體324中將 處理完畢之資料讀取出來，並據以編碼成內部圖幀資料或預測圖幀資料後存入動態隨機存取記憶體330。因此依據本實施例，在某個時間點，當影像縮放電路322處理完畢部份圖幀資料I的全部資料並且準備開始處理部分圖幀資料P的資料時，靜態隨機存取記憶體324的其中一個記憶體區塊儲存有部份圖幀資料I的資料以供多格式視訊編碼電路326讀取，而另一個記憶體區塊則開始儲存部份圖幀資料P的資料。之後，在另一個時間點，當上述儲存部份圖幀資料P的資料之記憶體區塊存滿時，多格式視訊編碼電路326便自該記憶體區塊讀取部份圖幀資料P的資料並以預測圖幀壓縮方式進行壓縮，以編碼為該預測圖幀資料。因此兩個記憶體區塊的設計，可使本發明的影像處理裝置320更適合用於處理符合無線顯示規範的影像訊號。
請參閱圖6，其係本發明之影像處理方法之一實施例的流程圖。除前述之影像處理裝置外，本發明亦相對應地揭露了一種影像處理方法，應用於使用無線顯示之影像顯示系統，能夠加速資料的處理，以符合無線顯示技術對即時資料傳輸的需求。本方法由前揭影像處理裝置320或其等效裝置來執行。如圖6所示，本發明之一實施例包含下列步驟：步驟S610：對原始影像資料進行升取樣或降取樣以產生縮放後的影像資料。一般而言，由於顯示設備的面板的解析度各不相同，所以必須先對原始影像資料進行縮放處理，使縮放後的影像資料能夠符合顯示設備的解析度；步驟S620：將縮放後的影像資料存入靜態隨機存取記憶體。縮放後的影像資料以存取完一條像素線再存取下一條像素線的方式寫入靜態隨機存取記憶體； 步驟S630：當k條像素線的全部資料被存入靜態隨機存取記憶體之後，發出通知訊號。無線顯示系統中需要以一個區塊為單位來處理影像，而一個區塊如果包含k x k個像素(k為正整數)，則靜態隨機存取記憶體必須至少存放k條像素線的資料才能產生至少一個完整的區塊。因此當靜態隨機存取記憶體存滿k條像素線之後，便發出通知訊號，以通知下一步驟開始進行；步驟S640：依據通知訊號開始自靜態隨機存取記憶體讀取縮放後的影像資料。此步驟以包含k x k像素之區塊為單位，從靜態隨機存取記憶體讀取資料，如圖4所示，也就是每次讀取k條像素線中每一條像素線的部分資料。請注意，此步驟可以是先讀取了k條像素線之後，只利用其中每一條像素線的部分資料；也可以用直接指定讀取位置的方式，只讀取k條像素線中每一條像素線的部分資料。此外，當靜態隨機存取記憶體包含兩個記憶體區塊時(一個記憶體區塊至少儲存k條像素線的資料)，此步驟可以自第一個記憶體區塊讀取資料，而同時步驟S620可以將處理完畢的資料寫入第二個記憶體區塊。因此步驟S620~S640便利用交替寫入及讀取記憶體區塊的方式來進行。然而靜態隨機存取記憶體亦可以只包含一個記憶體區塊，此時步驟S620及步驟S640便無法同時進行；以及步驟S650：對縮放後的影像資料進行編碼，以產生目標影像資料。編碼後的目標影像資料符合無線顯示技術的影像傳輸格式，因此可以透過無線網路傳輸至顯示設備。
為了更利於資料的傳輸，無線顯示技術將內部圖幀的資料量 減小，且一個完整的壓縮圖幀可能同時包含內部圖幀資料及預測圖幀資料。再者，當靜態隨機存取記憶體包含兩個記憶體區塊時，請參閱圖5，在某個時間點，同時進行的步驟S620及步驟S640分別將準備以預測圖幀壓縮方式進行壓縮的部分圖幀資料P的資料存入靜態隨機存取記憶體的其中一個記憶體區塊，以及自另一個記憶體區塊讀取準備以內部圖幀壓縮方式進行壓縮的部分圖幀資料I的資料；之後，在另一個時間點，當上述儲存部份圖幀資料P的資料之記憶體區塊存滿時，步驟S640便自該記憶體區塊讀取部份圖幀資料P的資料並以預測圖幀壓縮方式進行壓縮，以編碼為該預測圖幀資料。因此兩個記憶體區塊的設計，可使本發明的影像處理方法更適合用於處理符合無線顯示規範的影像訊號。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖3之裝置發明的揭露內容配合圖4及圖5之記憶體儲存方式的說明來瞭解圖6之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。另外，本技術領域人士可依本發明之揭露內容及自身的需求選擇性地實施任一實施例之部分或全部技術特徵，或者選擇性地實施複數個實施例之部分或全部技術特徵之組合，藉此增加本發明實施時的彈性。再者，前揭實施例雖以無線顯示技術為例，然此並非對本發明之限制，本技術領域人士可依本發明之揭露適當地將本發明應用於其它類型的影像處理裝置。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限 定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之請求項所界定者為準。
30‧‧‧影像顯示系統
310、330‧‧‧動態隨機存取記憶體
320‧‧‧影像處理裝置
322‧‧‧影像縮放電路
326‧‧‧多格式視訊編碼電路
340‧‧‧顯示設備
324‧‧‧靜態隨機存取記憶體
328‧‧‧控制單元

Claims (14)

  1. 一種影像處理裝置，用來將一原始影像資料轉換成一目標影像資料，包含：一靜態隨機存取記憶體，一影像縮放電路，依據該原始影像資料產生一縮放後影像資料，並將該縮放後影像資料存入該靜態隨機存取記憶體；以及一視訊編碼電路，自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料並進行編碼以產生該目標影像資料；其中，該目標影像資料係對應至一影像畫面，且該目標影像資料之部分為透過內部圖幀壓縮方式編碼之一內部圖幀資料，以及該目標影像資料之另一部份為透過預測圖幀壓縮方式編碼之一預測圖幀資料。
  2. 如請求項第1項所述之影像處理裝置，更包含：一控制單元，耦接該影像縮放電路及該視訊編碼電路；其中，該影像縮放電路用以發出一通知訊號至該控制單元，且該控制單元係依據該通知訊號控制該視訊編碼電路開始進行編碼。
  3. 如請求項第1項所述之影像處理裝置，其中該縮放後影像資料係包含該影像畫面之K條像素線，該視訊編碼電路係自該靜態隨機存取記憶體讀取該K條像素線中每一條像素線之部分資料以進行編碼，K為正整數。
  4. 如請求項第3項所述之影像處理裝置，其中該靜態隨機存取記憶體之大小係等於該K條像素線之資料量。
  5. 如請求項第3項所述之影像處理裝置，其中該靜態隨機存取記憶體係包 含一第一記憶體區塊及一第二記憶體區塊，並且當該影像縮放電路存取該第一記憶體區塊時，該視訊編碼電路同時存取該第二記憶體區塊。
  6. 如請求項第5項所述之影像處理裝置，其中該第一及第二記憶體區塊之大小係等於該K條像素線之資料量。
  7. 如請求項第5項所述之影像處理裝置，其中，於一第一時間點，該視訊編碼電路係讀取該第二記憶體區塊內儲存的資料以編碼為該內部圖幀資料，同時該影像縮放電路係將該縮放後影像資料存入該第一記憶體區塊以供該視訊編碼電路於一第二時間點讀取以編碼為該預測圖幀資料。
  8. 一種影像處理方法，用來將一原始影像資料轉換成一目標影像資料，包含：依據該原始影像資料產生一縮放後影像資料；將該縮放後影像資料存入一靜態隨機存取記憶體；自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料；以及對該縮放後影像資料進行編碼以產生該目標影像資料；其中，該目標影像資料係對應至一影像畫面，且該目標影像資料之部分為透過內部圖幀壓縮方式編碼之一內部圖幀資料，以及該目標影像資料之另一部份為透過預測圖幀壓縮方式編碼之一預測圖幀資料。
  9. 如請求項第8項所述之影像處理方法，更包含：當該縮放後影像資料被存入該靜態隨機存取記憶體，發出一通知訊號；其中，該自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料之步驟係依據該通知訊號而開始執行。
  10. 如請求項第8項所述之影像處理方法，其中該縮放後影像資料係包含該 影像畫面之K條像素線，該自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料之步驟係自該靜態隨機存取記憶體讀取該K條像素線中每一條像素線之部分資料以進行編碼，K為正整數。
  11. 如請求項第10項所述之影像處理方法，其中該靜態隨機存取記憶體之大小係等於該K條像素線之資料量。
  12. 如請求項第10項所述之影像處理方法，其中該靜態隨機存取記憶體係包含一第一記憶體區塊及一第二記憶體區塊，並且當該將該縮放後影像資料存入該靜態隨機存取記憶體之步驟存取該第一記憶體區塊時，該自該靜態隨機存取記憶體讀取該縮放後影像資料之步驟係同時存取該第二記憶體區塊。
  13. 如請求項第12項所述之影像處理方法，其中該第一及第二記憶體區塊之大小係等於該K條像素線之資料量。
  14. 如請求項第12項所述之影像處理方法，其中該影像處理方法更包含：於一第一時間點讀取該第二記憶體區塊內儲存的資料以編碼為該內部圖幀資料，同時將該縮放後影像資料存入該第一記憶體區塊；以及於一第二時間點讀取該第一記憶體區塊內儲存之該縮放後影像資料以編碼為該預測圖幀資料。
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