專利名稱：一種視頻編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種視頻編碼方法。
技術(shù)背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，以視頻為主多媒體技術(shù)得到迅猛 的發(fā)展和普及，數(shù)字視頻編碼系統(tǒng)的需求量越來(lái)越大。視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一 套完整的視頻壓縮編碼算法工具集，是視頻壓縮技術(shù)的核心。世界上已經(jīng)有多家國(guó)際組織和公司提出了自己的視頻壓縮編碼算法，其中H. 264/AVC(以下簡(jiǎn) 為H. 264)是最為先進(jìn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)之一。它不用眾多的選項(xiàng)，獲得比H. 263、 MPEG2好得多的壓縮性能；增強(qiáng)了對(duì)各種信道的適應(yīng)能力，采用"網(wǎng)絡(luò)友好" 的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，有利于對(duì)誤碼和丟包的處理；應(yīng)用范圍較寬，以滿足不同速率、 不同解析度及不同傳輸(存儲(chǔ))場(chǎng)合的需求，同時(shí)保持良好的主、客觀畫面質(zhì)量。采用數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor, DSP)進(jìn)行視頻編碼 是一種高性價(jià)比的視頻編碼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。DSP具有較強(qiáng)的計(jì)算能力，尤其適 用于數(shù)字視頻編碼等計(jì)算密集的實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，較之芯片等硬件實(shí)現(xiàn)具有可升 級(jí)，易擴(kuò)展等眾多優(yōu)點(diǎn)。但是由于凡264算法的復(fù)雜性，單個(gè)DSP往往不能滿足標(biāo)清、高清環(huán)境下 H. 264視頻編碼的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理要求。實(shí)際中經(jīng)常使用兩個(gè)或者多個(gè)DSP進(jìn)行 并行處理，實(shí)現(xiàn)標(biāo)清及至高清的比264實(shí)時(shí)編碼。在這類系統(tǒng)中若并行處理的 調(diào)度方法不當(dāng)，可能會(huì)因原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸和重構(gòu)參考幀數(shù)據(jù)的同步而消耗 大量的DSP的運(yùn)算資源，而且并行處理的DSP越多，每個(gè)DSP的開(kāi)銷也越大， 這會(huì)降低編碼效率，限制系統(tǒng)性能提升，更為嚴(yán)重的可能會(huì)使增加DSP的運(yùn)算與開(kāi)銷相抵，影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種視頻編碼方法，適用于采用多DSP方案的 H.264編碼系統(tǒng)，能夠提高多DSP編碼系統(tǒng)的編碼效率和系統(tǒng)性能，有效地解 決H. 264編碼程序在多DSP系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行的效率問(wèn)題。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種視頻編碼方法，包括以下步驟A、 確定條帶高度，按光柵掃描順序?qū)D像分割為不少于2個(gè)的包含所述 圖像左右垂直邊界的條帶，將所述條帶的數(shù)據(jù)按照編號(hào)順序發(fā)送給相應(yīng)的條帶編碼DSP;B、 所述條帶編碼DSP對(duì)輸入的條帶數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，生成條帶級(jí)比特流， 同時(shí)啟動(dòng)下一幀待編碼圖像對(duì)應(yīng)條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編 碼到上條帶搜索范圍以下時(shí)啟動(dòng)上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；C、 所述條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像 數(shù)據(jù)的傳輸；D、 調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，并轉(zhuǎn)至步驟A，直到所有條帶完成 編碼；E、 對(duì)所有條帶編碼DSP的生成碼流進(jìn)行處理。步驟A中，第一幀圖像和第二幀圖像的條帶高度根據(jù)條帶編碼DSP的個(gè)數(shù) 平均分配，之后圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出=甜"，"+A5^m-1, Ho' iV ，AST/, 0= 0, A5/^,尸16, / e [1,Z/m線iV],/ e
we[O，oo] "e
其中SPU為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm, 為第m幀圖像第n條帶6的高度調(diào)整值，W為圖像的寬度，H為圖像的高度，并可被16整除，N為條帶 編碼DSP的個(gè)數(shù)，Hmb為宏塊高度。計(jì)算出StU后，對(duì)其上下界進(jìn)行限制，公式如下-<formula>formula see original document page 7</formula>其中L為下界值，U為上界值。 步驟B還包括以下步驟如果為第一幀圖像，按由上到下的順序延遲相應(yīng)遲滯時(shí)間逐個(gè)啟動(dòng)條帶編 碼DSP。所述遲滯時(shí)間由以下公式得出<formula>formula see original document page 7</formula>其中n為條帶序數(shù)，TD。,n為第n條帶對(duì)應(yīng)的遲滯時(shí)間，SH。,。為圖像的第n 條帶的高度，W為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線帶寬。步驟B中，如果當(dāng)前圖像用做參，考幀，且當(dāng)前條帶存在上相鄰條帶，在完 成上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的編碼后，啟動(dòng)上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸， 所述參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸優(yōu)先級(jí)高于原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸。步驟C中，如果當(dāng)前圖像用做參考幀，且當(dāng)前條帶存在下相鄰條帶，在完 成當(dāng)前條帶數(shù)據(jù)的編碼后，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，步驟D中， 下一幀待編碼圖像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出<formula>formula see original document page 7</formula>其中TE^為第m幀圖像第n條帶的編碼時(shí)間，T&為第m幀圖像中所有條帶編碼時(shí)間的平均值。所述條帶編碼DSP由主控CPU進(jìn)行調(diào)度，主控CPU與條帶編碼DSP采用 PCI總線方式連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊。所述條帶編碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同 一時(shí)間內(nèi)的編碼條帶屬于同一幀圖像。所述條帶編碼DSP對(duì)每個(gè)宏塊編碼的同時(shí)，逐個(gè)宏塊或逐個(gè)宏塊行進(jìn)行去 塊濾塊處理，每個(gè)條帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以 內(nèi)。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以控制兩個(gè)或者多個(gè)DSP聯(lián)合工作，減少甚 至消除多個(gè)DSP編碼時(shí)因數(shù)據(jù)傳輸和同步而導(dǎo)致的等待時(shí)間開(kāi)銷，能夠動(dòng)態(tài)調(diào) 整每個(gè)DSP的負(fù)載，確保每個(gè)DSP都能發(fā)揮其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)時(shí)進(jìn)行 H.264編碼，提高了多DSP編碼系統(tǒng)的性能。


圖l是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中視頻編碼的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。 多DSP編碼系統(tǒng)包括主控CPU、圖像采集DSP和若干個(gè)的條帶編碼DSP， 以及PCI總線和圖像采集總線等數(shù)據(jù)通訊通道。主控CPU控制外設(shè)、輸出編碼數(shù)據(jù)及完成人機(jī)交互功能。圖像采集DSP 及條帶編碼DSP組成編碼子系統(tǒng)，接受主控CPU的控制，完成原始音視頻信號(hào) 的采集、多DSP調(diào)度和編碼輸出等功能。主控CPU、圖像采集DSP和條帶編碼 DSP之間通過(guò)PCI總線連接，進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳送，以保證系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信的充足帶寬和擴(kuò)展性。PCI總線上還提供擴(kuò)展插槽，能過(guò)PCI擴(kuò)展板可以靈 活地增減條帶編碼DSP的數(shù)量。主控CPU和每個(gè)DSP都在內(nèi)存中設(shè)消息區(qū)和數(shù)據(jù)共享區(qū)，通過(guò)PCI可以互 相訪問(wèn)，其中消息區(qū)又分為命令區(qū)和應(yīng)答區(qū)，CPU/DSP定時(shí)査詢本地的命令區(qū)， 根據(jù)命令的發(fā)出者和優(yōu)先級(jí)做出響應(yīng)，并返回應(yīng)答到命令發(fā)送者的應(yīng)答區(qū)。DSP 的數(shù)據(jù)區(qū)有參考圖像區(qū)和編碼圖像區(qū)，圖像采集DSP承擔(dān)一部分條帶編碼工作 并兼有圖像數(shù)據(jù)采集和分發(fā)的功能，條帶編碼DSP只用做條帶編碼，主控CPU 數(shù)據(jù)共享區(qū)為碼流組裝區(qū)。每個(gè)條帶編碼DSP上運(yùn)行相同的編碼程序，負(fù)責(zé)一個(gè)條帶數(shù)據(jù)的編碼，條 帶編碼參數(shù)由第一個(gè)條帶編碼DSP(在本系統(tǒng)中是圖像采集DSP)計(jì)算后發(fā)送給 每個(gè)DSP，編碼數(shù)據(jù)直接發(fā)送到主控CPU的數(shù)據(jù)共享區(qū)中進(jìn)行組裝。DSP的PCI傳輸采用DMA方式，可以在編碼的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖l是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中視頻編碼的流程圖。如圖1所示，視頻編碼流 程包括以下步驟步驟IOI、圖像采集DSP通過(guò)視頻輸入設(shè)備采集一幀待編碼的原始圖像，按 光柵掃描順序劃分若干個(gè)的包含圖像左右垂直邊界的條帶并計(jì)算條帶高度，通 過(guò)PCI總線開(kāi)始將各個(gè)條帶的原始圖像數(shù)據(jù)按照編號(hào)順序發(fā)送給相應(yīng)的條帶編 碼DSP。初始給每個(gè)條帶編碼DSP分配相同高度條帶，之后根據(jù)此前編碼時(shí)間動(dòng)態(tài) 調(diào)整條帶的高度，以平衡每個(gè)DSP的負(fù)載達(dá)到最優(yōu)的調(diào)度效果。因開(kāi)始第二幀 編碼時(shí)只能得到第一個(gè)條帶編碼時(shí)間數(shù)據(jù)，所以第二幀的和帶劃分與第一幀相 同。本步驟中圖像采集DSP通過(guò)PCI總線采用乒乓方式向條帶編碼DSP的編碼圖 像區(qū)中寫入原始的條帶數(shù)據(jù)，首先寫入l區(qū)，開(kāi)始編碼l區(qū)條帶后，下一幀待編 碼條帶放入2區(qū)，如此循環(huán)切換，采用乒乓存儲(chǔ)方式可以減小等待輸入圖像的時(shí)間。步驟102、如果是第一幀圖像，圖像采集DSP計(jì)算每個(gè)條帶編碼DSP啟動(dòng) 的遲滯時(shí)間，并延遲相應(yīng)的時(shí)間逐個(gè)啟動(dòng)條帶編碼DSP。延遲一定時(shí)間是為了 在當(dāng)前條帶編碼結(jié)束前，所需要的上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)傳輸完畢，無(wú)等待 地直接開(kāi)始下一條帶數(shù)據(jù)的編碼。只在啟動(dòng)時(shí)延遲一定時(shí)間，之后編碼完畢立 即進(jìn)行下一條帶編碼，通過(guò)調(diào)整條帶高度自動(dòng)進(jìn)行遲滯時(shí)間的調(diào)整。遲滯時(shí)間由以下公式得出<formula>formula see original document page 10</formula> 其中n為條帶序數(shù)，TD。,。為第n條帶對(duì)應(yīng)的遲滯時(shí)間，SH。.n為圖像的第n 條帶的高度，W (以像素為單位)為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線 帶寬。步驟103、計(jì)算下一幀圖像的條帶高度的調(diào)整值。為達(dá)到最優(yōu)的調(diào)度效果， 需平衡每個(gè)DSP的運(yùn)算負(fù)載，使不同的條帶編碼DSP編碼同一幀圖像的每個(gè)條帶 的時(shí)間基本相同，這里采用調(diào)整條帶高度的方式調(diào)整DSP的運(yùn)算負(fù)載。因在當(dāng) 前條帶編碼結(jié)束前，下一條帶原始圖像數(shù)據(jù)己經(jīng)傳送完畢，所以需要使用上一 幀圖像每個(gè)條帶的編碼時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算下一幀圖像的條帶的高度調(diào)整值。圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出<formula>formula see original document page 10</formula> 其中Sl為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm. 為第m幀圖像第n條帶 的高度調(diào)整值，W (以像素為單位)為圖像的寬度，H (以像素為單位)為圖像 的高度，并可被16整除，N為條帶編碼DSP的個(gè)數(shù)，Hmb為宏塊高度。計(jì)算出SIi,n后，對(duì)其上下界進(jìn)行限制，公式如下"y 離(，"6)x16, U,7(豐 "6)x16 ， 其中L為下界值，U為上界值。步驟104、啟動(dòng)下一條帶原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行乒乓輪換。步驟105，當(dāng)前條帶在編碼到上相鄰條帶搜索范圍以下后，因上相鄰條帶 搜索范圍內(nèi)的參考圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)生成，立即啟動(dòng)參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，DSP則 繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前條帶內(nèi)數(shù)據(jù)的編碼。由于整幀圖像劃分為若干個(gè)條帶分給不同的DSP進(jìn)行處理，每個(gè)條帶編碼 DSP對(duì)應(yīng)一個(gè)條帶，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)搜索時(shí)需要其他條帶的參考圖像數(shù)據(jù)，每個(gè)DSP 使用不同的內(nèi)存，無(wú)法直接得到其他條帶的參考圖像數(shù)據(jù)，若限制條帶邊緣的 宏塊搜索范圍，會(huì)造成碼流增大，圖像質(zhì)量下降，甚至解碼后會(huì)看出條帶邊界。 對(duì)不同條帶的參考圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同步后，就能解決這些問(wèn)題。步驟106、當(dāng)前條帶編碼結(jié)束，如果當(dāng)前圖像用做參考幀，且當(dāng)前條帶存 在下相鄰條帶，在完成當(dāng)前條帶數(shù)據(jù)的編碼后，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù) 的傳輸，下一幀待編碼圖像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出A5凡 = 16xcez7(7^-2'"—x!)r(2 16WAMwe[O,iV-l], me [2,oo]其中TEm.n為第m幀圖像第n條帶的編碼時(shí)間，TAm為第m幀圖像中所有條帶編碼時(shí)間的平均值。同時(shí)每個(gè)條帶編碼DSP將各自條帶編碼生成的比特流，開(kāi)始寫入主控CPU 的共享內(nèi)存區(qū)的碼流組裝區(qū)中。主控CPU將收到的所有條帶級(jí)比特流按照順序 輸出。條帶編碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同一時(shí) 間內(nèi)的編碼條帶屬于同一幀圖像。條帶編碼DSP對(duì)每個(gè)宏塊編碼的同時(shí)，逐個(gè)宏塊或逐個(gè)宏塊行進(jìn)行去塊濾 塊處理，每個(gè)條帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以內(nèi)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變 化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該 以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種視頻編碼方法，其特征在于，包括以下步驟A、確定條帶高度，按光柵掃描順序?qū)D像分割為不少于2個(gè)的包含所述圖像左右垂直邊界的條帶，將所述條帶的數(shù)據(jù)按照編號(hào)順序發(fā)送給相應(yīng)的條帶編碼DSP；B、所述條帶編碼DSP對(duì)輸入的條帶數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，生成條帶級(jí)比特流，同時(shí)啟動(dòng)下一幀待編碼圖像對(duì)應(yīng)條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編碼到上條帶搜索范圍以下時(shí)啟動(dòng)上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；C、所述條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；D、調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，并轉(zhuǎn)至步驟A，直到所有條帶完成編碼；E、對(duì)所有條帶編碼DSP的生成碼流進(jìn)行處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟A中， 第一幀圖像和第二幀圖像的條帶高度根據(jù)條帶編碼DSP的個(gè)數(shù)平均分配，之后 圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出-<formula>formula see original document page 2</formula>其中SFU為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm.n為第m幀圖像第n條帶 的高度調(diào)整值，W為圖像的寬度，H為圖像的高度，并可被16整除，N為條帶 編碼DSP的個(gè)數(shù)，Hmb為宏塊高度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，計(jì)算出SPU 后，對(duì)其上下界進(jìn)行限制，公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中L為下界值，U為上界值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟B還包 括以下步驟如果為第一幀圖像，按由上到下的順序延遲相應(yīng)遲滯時(shí)間逐個(gè)啟動(dòng)條帶編 碼DSP。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述遲滯時(shí) 間由以下公式得出<formula>formula see original document page 3</formula>其中n為條帶序數(shù)，TD。,n為第n條帶對(duì)應(yīng)的遲滯時(shí)間，SH。,。為圖像的第n 條帶的高度，W為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線帶寬。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟B中， 如果當(dāng)前圖像用做參考幀，且當(dāng)前條帶存在上相鄰條帶，在完成上相鄰條帶參 考圖像數(shù)據(jù)的編碼后，啟動(dòng)上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，所述參考圖像數(shù) 據(jù)的傳輸優(yōu)先級(jí)高于原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟C中， 如果當(dāng)前圖像用做參考幀，且當(dāng)前條帶存在下相鄰條帶，在完成當(dāng)前條帶數(shù)據(jù) 的編碼后，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，步驟D中，下一幀待編碼圖 像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出<formula>formula see original document page 3</formula>其中TE^為第ra幀圖像第n條帶的編碼時(shí)間，TA 為第m幀圖像中所有條 帶編碼時(shí)間的平均值。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP由主控CPU進(jìn)行調(diào)度，主控CPU與條帶編碼DSP采用PCI總線方式連接， 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同一時(shí)間內(nèi)的編碼 條帶屬于同一幀圖像。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP對(duì)每個(gè)宏塊編碼的同時(shí)，逐個(gè)宏塊或逐個(gè)宏塊行進(jìn)行去塊濾塊處理，每 個(gè)條帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種視頻編碼方法，將圖像分割為不少于2個(gè)條帶，將條帶的數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的條帶編碼DSP；條帶編碼DSP對(duì)輸入的條帶數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，生成條帶級(jí)比特流，同時(shí)啟動(dòng)下一幀待編碼圖像對(duì)應(yīng)條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編碼到上條帶搜索范圍以下時(shí)啟動(dòng)上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動(dòng)下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，對(duì)所有條帶編碼DSP的生成碼流進(jìn)行處理。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠提高多DSP編碼系統(tǒng)的編碼效率和系統(tǒng)性能，有效地解決H.264編碼程序在多DSP系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行的效率問(wèn)題。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101272497SQ20081010599
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者余曉建, 欣 李, 鄒箭宇 申請(qǐng)人:北京數(shù)碼視訊科技股份有限公司