[发明专利]用于视频压缩的并行处理装置

说明书

本专利申请要求2006年7月17日递交的序列号为60/831,614并且题 为“Parallel Processing Apparatus of Video Compression”的未决美国临时专 利申请的根据35U.S.C.§119(e)的优先权。2006年7月17日递交的序列号 为60/831,614并且题为“Parallel Processing Apparatus of Video Compression”的临时专利申请的全部内容也通过引用被结合于此。

技术领域

本发明涉及视频压缩领域。更具体地，本发明涉及利用并行处理器的 视频压缩。

背景技术

视频序列包括多个图像，这些图像通常称作帧。连续的帧十分类似， 因此从一帧到下一帧包含大量冗余信息。在经由信道被有效传输或者被存 储在存储器中之前，视频数据被压缩以节约带宽和存储器二者。目的在于 去除冗余信息以得到更好的压缩比。第一种视频压缩方法是从给定帧中减 去基准帧以生成相对差。压缩后的帧包含比基准帧更少的信息。可以以更 低的比特率来编码相对差而质量不变。解码器通过将相对差与基准帧相加 来重构原始帧。

一种更复杂的方法是逼近视频序列的整个场景(scene)和对象的运 动。通过以比特流的方式进行编码的参数来描述运动。通过经适当变换的 基准帧像素来逼近所预测帧的像素。该方法提供了一种与简单减法相比有 所改进的预测能力。然而，由运动模型参数所占用的比特率不能过大。

通常，根据许多标准来执行视频压缩，包括诸如MPEG-1、MPEG-2 和MPEG-4之类的运动图像专家组(MPEG)中的用于音频和视频压缩的 一个或多个标准。作为MPEG-4的第10部分标准(也称作H.264或者 AVC(高级视频编码))的一部分，已经作出了附加的增强。根据MPEG 标准，首先对视频数据进行编码(例如，进行压缩)，然后将其存储在视 频系统的编码器一侧上的编码缓冲器中。随后，将经编码的数据传输到视 频系统的解码器一侧，在此，在对其进行解码以使得相应图像可以被查看 之前将其存储在解码缓冲器中。

H.264/AVC项目致力于开发这样一种标准，该标准能够以比先前标准 (例如，MPEG-2、H.263或者MPEG-4的第2部分)所需的比特率低得 多的比特率来提供良好的视频质量。此外，希望作出这些改进而不会因复 杂度的大幅增加致使设计不能实际地实现。一个附加目的是以灵活的方式 来作出这些改变，该灵活的方式将使得标准能够广泛应用于各种应用，从 而使得标准能够既用于低比特率又用于高比特率，并且能够既用于低分辨 率视频又用于高分辨率视频。另一目的是它能够良好地工作于各种网络和 系统上。

H.264/AVC/MPEG-4的第10部分包含许多新特征，这些新特征使其 能够比旧标准更高效地对视频进行压缩，并且能够为各种网络环境提供更 高的应用灵活性。一些关键特征包括：将先前已编码的图像用作基准的多 图像运动补偿，具有大到16×16的像素块以及小到4×4的像素块的可变 分块运动补偿(VBSMC)，用于导出半像素亮度样本预测的六角(six- tap)滤波，宏块对结构，用于运动补偿的四分之一像素精度，加权预测， 环路去块滤波器，精确匹配整数4×4像素空间块变换，对主要空间变换 的“DC”系数执行的二次Hadamard变换(其中Hadamard变换类似于快 速傅立叶变换)，根据用于“帧内”编码的相邻块边缘的空间预测，基于 上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)，基于上下文的自适应可变 长编码(CAVLC)，被称作指数哥伦布编码的、用于多个未经CABAC或 CAVLC编码的语法元素(syntax element)的简单且高度结构化的可变长 编码(VLC)，网络抽象层(NAL)定义，切换条带(switching slice)， 灵活的宏块排序，冗余条带(RS)，附加增强信息(SEI)和视频可用信 息(VUI)，辅助图像，帧编号和图像顺序计数。这些技术以及一些其他 技术使得H.264能够在更多情况下并且在更多环境中明显优于现有标准地 完成任务。通过以一半的比特率或者甚至更少的比特率获得相同的质量， H.264通常比MPEG-2视频更好地完成任务。