使用循环缓存存储器以曲折扫描顺序处理数据阵列制造技术

本发明专利技术涉及特别适用于数据处理设备（７００）的数据缓存设备（６００），其以曲折方式顺序提供数据结构的二维阵列。数据缓存设备（６００）包含具有数个存储单元和缓存控制单元的循环缓存存储器，其用于以周期性的方式为当前输入的数据结构的索引对分配指针值集合中的写指针值。一个写指针分配周期包括：－第一写指针分配阶段，期间第一索引以所述第一曲折方向逐步遍历第一索引值集合，所述写指针以所述指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值，－第二写指针分配阶段，期间所述第一索引值以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，－第三写指针分配阶段，期间所述第一索引以所述第一曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针以和所述第一旋转方向相反的第二旋转方向逐步遍历指针值，以及－第四写指针分配阶段，期间所述第一索引值以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针以所述第二旋转方向逐步遍历指针值。本发明专利技术在视频处理领域尤其有益，其中运动估算器以曲折方式提供运动向量的二维阵列，由具有非曲折扫描顺序的运动补偿器使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及数据缓存设备，其包含连续接收由索引对组织的数据结构的二维阵列的输入单元，第一索引以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值。本专利技术进一步涉及数据缓存方法，以及数据处理方法和设备。 处理数据结构的二维阵列是普遍存在的任务，在图像处理和视频处理领域尤其重要。随着如高清晰度电视(HDTV)这样的新数字电视信号标准的到来，以及如视频会议CIF这样的低端视频格式的广泛使用，不同视频标准间转换不仅成为传媒业专业工作室的任务，也成为消费电子设备的需求。例如，图像率转换现在由场频(fieldrate)高达100Hz的增强电视显示器、计算机工作站和DVD播放器执行。 图像率转换技术的一个分支使用运动补偿方法。已知的运动补偿方法基于如下原理视频序列中物体的运动信息可以在两帧连续视频图像间插值图像数据。插值生成的图像数据用于生成显示的中间图像，从而增加了图像率。视频序列中的物体运动由运动估算技术确定。典型的运动估算算法，如US2003/0103567A1中描述的方法，应用基于块的方法，其中，为选择的像素块(如包含8x8像素的像素块)定义围绕后面图像中的像素块的搜索区域，选择的像素块置于搜索区域中心。运动估算算法的输出是二维运动向量阵列，每个运动向量赋给各个像素块。运动向量是运动轨迹在图像平面上的投影。运动轨迹是连接视频图像序列中相同图像部分的线。 因此，为视频图像像素块分配的一组运动向量形成数据结构的二维阵列。运动补偿处理过程将为各个像素块分配的运动向量作为输入。因为所有显示设备都自左至右、自上而下的扫描图像，所以运动补偿方法也采用这种预定的标准扫描顺序。 US2003/0161403A1描述了转换扫描格式的设备，其中，运动估算器提供运动向量给运动补偿器。运动估算器包含存储运动向量的缓存存储器，运动补偿器读取所述运动向量。 最近显示，在运动估算处理中使用曲折(meandering)扫描顺序可以增加插值视频图像的图像质量。使用曲折扫描顺序时，运动估算过程以相反方向扫描连续像素块行，例如，自左至右扫描第一像素块行，自右至左扫描相邻的第二像素块行，然后自左至右扫描下一第三像素块行，以此类推。类似的，曲折扫描顺序也可以基于列进行，例如，自上而下扫描视频图像的第一像素块列，自下而上扫描相邻的第二像素块列，然后又自上而下扫描下一第三像素块列，以此类推。通常来说，曲折扫描顺序表明索引对(描述像素块的排列)的一个索引交替以第一方向和相反的第二方向逐步遍历索引值的有序集合，预定边界索引值标志转折点。在每个转折点，第二索引值以预定方向改变一个步长。 在运动估算和运动补偿算法中使用不同的扫描顺序使缓存运动估算器的输出更加困难。不同的运动向量需要在缓存中保留不同的时间跨度，直到它们由运动补偿器读取为止。显然，这个问题可以通过提供足够大的缓存存储器来解决，该存储器能够保存整个曲折周期的运动向量。但是，为了补偿不同扫描顺序而提供更大的缓存存储器对于芯片面积和能耗来说都是昂贵的。此外，缓存大量运动向量增加了运动估算器和运动补偿器两个处理过程间的延迟。运动补偿器落后运动估算器一个完整曲折周期，例如两像素块行。 本专利技术的目的是提供数据缓存方法和设备，使得可以减少形成二维阵列的数据结构的存储容量，所述二维阵列由第一处理以曲折顺序提供，且由以非曲折扫描顺序进行的第二过程读出其中的内容。 本专利技术的另一目的是提供数据处理设备以及数据缓存设备，其具有以曲折方式顺序提供数据结构的二维阵列的第一处理单元，其允许减少由第二处理单元以非曲折扫描顺序进行的读取访问的缓存存储器的存储容量。 根据本专利技术的第一方面，提供一种数据缓存设备，包括 —输入单元，用于顺序接收由索引对组织的数据结构的二维阵列，第一索引以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值， —循环缓存存储器，具有通过指针值的有序集合可寻址的预定数量的存储单元， —缓存控制单元，其与所述循环缓存存储器和所述输入单元相连，用于以周期性的方式为当前输入的数据结构的索引对分配所述指针值集合中的写指针值，并将所述当前输入的数据结构写入相应存储单元；一个写指针分配周期包含 —第一写指针分配阶段，期间第一索引以所述第一曲折方向逐步遍历第一索引值集合，所述写指针以所述指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值， —第二写指针分配阶段，期间所述第一索引值以所述第二曲折方向改变，所述写指针以所述第一旋转方向逐步遍历指针值， —第三写指针分配阶段，期间所述第一索引以所述第一曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针以和所述第一旋转方向相反的第二旋转方向逐步遍历指针值，以及 —第四写指针分配阶段，期间所述第一索引值以所述第二曲折方向改变，所述写指针以所述第二旋转方向逐步遍历指针值。 本专利技术的数据缓存设备使用具有预定数量存储单元的循环缓存存储器。循环缓存是公知的用于临时保存顺序得到的数据的存储器结构。尽管循环缓存由有限数量的存储单元构成，它看起来拥有无限大小，因为自身其进行循环。当数据被保存在循环缓存中的连续存储单元时，最终会达到该缓存的物理末端。此时，此缓存继续接收数据且在它的另一物理末端开始的位置保存数据。 下面将通过例子示出循环缓存的基本操作。顺序保存输入的数据结构的循环缓存的缓存控制单元对于每个新的数据结构，增加指向相应存储单元的写指针值。写指针最终会到达指针值集合的上边界。此时，例子中的循环缓存可以使用最低值的写指针值进一步保存输入的数据结构，然后接着增加该指针值。以前保存在这些存储单元中的数据被覆盖。因此，缓存控制单元执行的存储单元寻址是无尽头的周期模式，可以看成是循环。指针值的增加或减少可以看成指针值沿相反旋转方向改变。 本专利技术的循环缓存存储器内的存储单元大小可以根据要在此循环缓存存储器中保存的数据结构的大小决定。存储单元的容量应该至少能够保存一个完整的接收到的数据结构。因此存储单元通常包含多个存储单元。根据给定的指针值寻址循环缓存存储器各个存储单元在本领域是公知技术。 本专利技术的数据缓存设备的缓存控制单元周期性执行写指针分配。指针分配的周期性质和从缓存设备的输入端接收的各个数据结构的二维阵列分配的索引值的改变相关。一个写指针分配周期有四个写指针分配阶段。在这四个阶段中的每个阶段，为输入的数据结构分配的索引对中的一个索引逐步遍历该索引的给定索引值集合。每个输入数据结构中的哪个索引进行改变取决于该数据结构二维阵列的接收是基于行还是基于列。通常在每个写指针分配阶段，该索引会在覆盖预定的索引值范围。但是在每个阶段方向会改变，从而就该二维阵列而言在输入单元得到曲折的接收模式。 第一写指针分配阶段的特点是，索引以第一曲折方向改变，写指针以指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值。在第二写指针分配阶段，第一索引值改变曲折方向，而写指针分配的旋转方向保持不变。在第三写指针分配阶段，曲折方向再次改变，写指针分配的旋转方向也改变。最后，在第四写指针分配阶段，指针分配旋转方向保持不变而曲折方向再次改变。 为了说明，输入的数据结构可以形成一组运动向量，其从形成视频图像中的像素块中通过运动估算器的辅助计算得到。假设将相应的运动向量矩阵逐行提供给本专利技术的缓存设备，完整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据缓存设备（６００），包含：　　　　－输入单元（６０６），用于顺序接收由索引对（ｉ，ｊ）组织的数据结构（１００、２００、３００）的二维阵列，第一索引（ｊ）以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值，　　　　－循环缓存存储器（４００、６０２），具有通过指针值的有序集合可寻址的预定数量的存储单元（１至８），　　　　－缓存控制单元（６０４），其与所述循环缓存存储器（４００、６０２）和所述输入单元（６０６）相连，用于以周期性的方式为当前输入的数据结构的索引对（ｉ，ｊ）分配所述指针值集合中的写指针值（Ｗ１至Ｗ７），并将所述当前输入的数据结构写入相应存储单元（１至８）；一个写指针分配周期包含：　　　　－第一写指针分配阶段，期间第一索引（ｊ）以所述第一曲折方向逐步遍历第一索引值集合，所述写指针（Ｗ０、Ｗ１；Ｗ４、Ｗ５）以所述指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值，　　　　－第二写指针分配阶段，期间所述第一索引值（ｊ）以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针（Ｗ１、Ｗ２；Ｗ５、Ｗ６）以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，　　　　－第三写指针分配阶段，期间所述第一索引（ｊ）以所述第一曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针（Ｗ２、Ｗ３；Ｗ６、Ｗ７）以和所述第一旋转方向相反的第二旋转方向逐步遍历指针值，以及　　　　－第四写指针分配阶段，期间所述第一索引值（ｊ）以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针（Ｗ３、Ｗ４；Ｗ７）以所述第二旋转方向逐步遍历指针值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-3-21 05102241.61.一种数据缓存设备(600)，包含-输入单元(606)，用于顺序接收由索引对(i，j)组织的数据结构(100、200、300)的二维阵列，第一索引(j)以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值，-循环缓存存储器(400、602)，具有通过指针值的有序集合可寻址的预定数量的存储单元(1至8)，-缓存控制单元(604)，其与所述循环缓存存储器(400、602)和所述输入单元(606)相连，用于以周期性的方式为当前输入的数据结构的索引对(i，j)分配所述指针值集合中的写指针值(W1至W7)，并将所述当前输入的数据结构写入相应存储单元(1至8)；一个写指针分配周期包含-第一写指针分配阶段，期间第一索引(j)以所述第一曲折方向逐步遍历第一索引值集合，所述写指针(W0、W1；W4、W5)以所述指针值集合中定义的第一旋转方向逐步遍历指针值，-第二写指针分配阶段，期间所述第一索引值(j)以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针(W1、W2；W5、W6)以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，-第三写指针分配阶段，期间所述第一索引(j)以所述第一曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针(W2、W3；W6、W7)以和所述第一旋转方向相反的第二旋转方向逐步遍历指针值，以及-第四写指针分配阶段，期间所述第一索引值(j)以所述第二曲折方向逐步遍历所述第一索引值集合，所述写指针(W3、W4；W7)以所述第二旋转方向逐步遍历指针值。2.根据权利要求1的数据缓存设备，其中所述缓存控制单元(604)用于接收对所述循环缓存存储器(400、602)的读请求，以根据非曲折读模式读取所述循环缓存存储器(400、602)中的所述二维阵列中的数据结构，这样所述第一索引以固定的读方向重复遍历所述第一索引值集合。3.根据权利要求2的数据缓存设备，其中所述缓存控制单元(604)用于为数据结构的每个索引对(i，j)分配读指针值(R1至R7)，读请求指向该数据结构，所述读指针值等于将对相应的数据结构保存至所述循环缓存存储器(400、602)时赋与相应索引对(i，j)的所述写指针(W1至W7)值。4.根据权利要求3的数据缓存设备，其中所述循环缓存存储器(400、602)中的可寻址存储单元(1至8)的数量比第一索引值的数量多一，以及其中所述缓存控制单元(604)用于以周期性的方式为当前输入的读请求的索引对(i，j)分配所述指针值集合中的读指针值(R1至R7)，一个读指针分配周期包含-第一读指针分配阶段，其与所述第二写指针分配阶段同时发生，其中，所述读指针(R1、R2；R5、R6)以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，所述读指针(R1、R2；R5、R6)在所述第一旋转方向上与所述写指针(W1、W2；W5、W6)有一步指针值的偏移，并且在最后分配步骤中从所述第一旋转方向变成所述第二旋转方向，-第二读指针分配阶段，其与所述第三写指针分配阶段同时发生，其中，所述读指针(R2、R3；R6、R7)以所述第二旋转方向逐步遍历指针值，所述读指针(R2、R3；R6、R7)在所述第二旋转方向与所述写指针(W2、W3；W6、W7)有一步指针值的偏移，-第三读指针分配阶段，其与所述第四写指针分配阶段同时发生，其中，所述读指针(R3、R4；R7)以所述第二旋转方向逐步遍历指针值，所述读指针(R3、R4；R7)在所述第二旋转方向与所述写指针(W3、W4；W7)有一步指针值的偏移，并且在最后分配步骤中从所述第二旋转方向变成所述第一旋转方向，以及-第四读指针分配阶段，其与下一写指针分配周期的第一写指针分配阶段同时发生，其中所述读指针(R4、R5)以所述第一旋转方向逐步遍历指针值，并且在所述第一旋转方向上与所述写指针(W4、W5)有一步指针值的偏移。5.一种数据处理设备(700)，包括第一处理单元(702)和连接到所述第一处理单元(702)的根据权利要求1的数据缓存设备(600)，所述第一处理单元(702)用于提供由两个索引(i，j)组织的数据结构的二维阵列(100、200、300)，每个索引采用相应的有序索引值集合中的索引值，其中，对于每个提供的数据结构，第一索引(j)以第一和第二曲折方向定义的曲折方式逐步遍历第一索引值集合中第一索引值。6.根据权利要求5的数据处理设备，包括第二处理单元(704)，其与所述数据缓存设备(600)相连，用于顺序提供对所述循环缓存存储器(400、602)的读请求，以根据非曲折读模式读取所述循环缓存存储器(400、602)中的所述二维阵列(100、200、300)中的数据结构，这样所述第一索引(j)以固定的读方向重复遍历所述第一索引值集合。7.根据权利要求5的数据处理设备，其中所述第一处理单元(702)用于执行运动估算算法，向所述循环缓存存储器(400、602)顺序提供分配给相应像素数据块的二维阵列的运动向量的二维阵列，所述像素数据块形成视频图像的子阵列。8.根据权利要求7的数据处理设备，其中所述第一处理单元(702)用于以水平曲折顺序提供运动向量的二维阵列，以第一曲折方向遍历所述阵列的第一行，以所述第二曲折方向遍历所述阵列的下一行，以所述第一曲折方向遍历再下一行，以此类推。9.根据权利要求7的数据处理设备，其中所述第二处理单元(704)用于执行运动补偿算法，以及从所述循环缓存存储器(400、602)顺序读取所述运动向量的二维阵列。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贝里克，R塞瑟拉曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]