專利名稱：并行解碼的數(shù)字信源解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字視頻解碼器，特別涉及一種用于各種數(shù)字視頻設(shè)備的并行解碼的數(shù)字信源解碼器。
數(shù)字信源解碼器是數(shù)字視頻領(lǐng)域的重要設(shè)備，其通用國際標(biāo)準(zhǔn)為MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，它由ISO/IEC 13818文件描述。由于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的視頻解碼過程十分復(fù)雜，如果采用串行解碼，解碼工作頻率將會(huì)很高，而且隨著被解碼圖像清晰度的提高，解碼工作頻率還會(huì)進(jìn)一步提高。因此，為了降低解碼工作頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，必須采用并行解碼。并行解碼是指將被解碼圖像按照一定方式劃分為幾個(gè)部分，每一部分圖像的視頻碼流由一個(gè)解碼單元進(jìn)行解碼，在同一時(shí)間內(nèi)由幾個(gè)解碼單元共同完成對(duì)整個(gè)圖像視頻碼流的解碼，并最終恢復(fù)出全部視頻圖像數(shù)據(jù)。
并行解碼常見的劃分方式主要有3種“十字”劃分、按水平方向劃分為垂直條和按垂直方向劃分為水平條，如

圖1所示。按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，在起始碼的最小頭信息為Slice頭，即可以通過開始碼很容易地在碼流中找到Slice頭。但Slice以下結(jié)構(gòu)，如Macroblock和Block都沒有開始碼，若想找到其準(zhǔn)確的開始位置，必須經(jīng)過變長解碼。由于變長解碼是視頻解碼過程中較為復(fù)雜的解碼方法，也是解碼過程中速度的瓶頸，不宜在碼流劃分時(shí)采用。因此，較為簡單易行的碼流劃分方法是按Slice劃分。由于按水平方向上分成垂直條和“十字”劃分都必須破壞Slice結(jié)構(gòu)，或者只能適用于特殊編碼器，因此，這兩種方法都不能采用。而在垂直方向上分成水平的幾條，如圖1(C)所示，可以完全按照Slice結(jié)構(gòu)進(jìn)行碼流劃分，而且每個(gè)水平條最多只同與之相鄰的兩個(gè)水平條有數(shù)據(jù)交換，便于運(yùn)動(dòng)矢量過界問題的解決，因此本發(fā)明采用垂直方向上分成水平條的劃分方法。
本發(fā)明的目的是提供一種并行解碼的數(shù)字信源解碼器，該解碼器用于降低數(shù)字信源解碼器工作頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；同時(shí)，通過附加存儲(chǔ)器來很好地解決運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，實(shí)現(xiàn)解碼后圖像的無縫連接。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明并行解碼的數(shù)字信源解碼器，包括解復(fù)用單元，將符合MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)的TS流解碼為視頻PES流、音頻PES流和輔助數(shù)據(jù)PES流；系統(tǒng)控制單元，將輸入的視頻PES流解碼為視頻基本流，然后，將被解碼至Slice層，根據(jù)Slice開始碼后的垂直位置(8bit)的值，將每幀視頻碼流分成幾個(gè)部分，再與各種解碼參數(shù)一起分別送到幾個(gè)核心解碼板上；核心解碼單元，該單元由多塊核心解碼板組成，各核心解碼板根據(jù)各種解碼參數(shù)，分別對(duì)送到板上的視頻碼流進(jìn)行同步解碼，最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)；顯示緩存單元，將YUV數(shù)據(jù)重新合并為整幀圖像，并按顯示送出；后處理單元，對(duì)顯示緩存單元輸出的視頻YUV數(shù)據(jù)進(jìn)行色度內(nèi)插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號(hào)輸出到顯視器，此時(shí)顯示器上顯示出復(fù)原的數(shù)字視頻圖像。
為解決由并行解碼帶來運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，本發(fā)明的核心解碼單元的各核心解碼板上增加了附加存儲(chǔ)器，用于對(duì)各板上的參考幀存進(jìn)行擴(kuò)展，以解決運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，從而實(shí)現(xiàn)解碼后圖像的無縫連接。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用了并行解碼，可降低解碼工作頻率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2、本發(fā)明通過附加存儲(chǔ)器對(duì)各核心解碼板上的參考幀存進(jìn)行擴(kuò)展，很好地解決了運(yùn)動(dòng)矢量過界問題；3、本發(fā)明的各核心解碼板的結(jié)構(gòu)完全相同，工作同步，從而減少了系統(tǒng)底板上的數(shù)據(jù)傳送，便于系統(tǒng)硬件調(diào)試。
本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點(diǎn)在參照附圖和具體實(shí)施例的詳細(xì)描述中將變得顯而易見。其中圖1表示并行解碼常見的劃分方式；圖2表示本發(fā)明并行解碼的數(shù)字信源解碼器方框圖；圖3表示本發(fā)明的各核心解碼板上的附加存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)方框圖；圖4表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的并行解碼的數(shù)字HDTV信源解碼器的方框圖；圖5表示數(shù)字HDTV信源解碼器中核心解碼板上附加存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2表示本發(fā)明的并行解碼的數(shù)字信源解碼器的方框圖。在圖2中，該數(shù)字信源解碼器包括解復(fù)用單元1、系統(tǒng)控制單元2、核心解碼單元3、顯示緩存單元4和后處理單元5等。其中核心解碼單元3由多塊核心解碼板(1……n)組成，每塊核心解碼板由視頻解碼電路和附加存儲(chǔ)器組成。解復(fù)用單元1對(duì)符合MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)的TS流進(jìn)行解碼，將其分解為視頻PES流、音頻PES流和輔助數(shù)據(jù)PES流，并將它們分別送到各自接口。系統(tǒng)控制單元2將完成對(duì)視頻PES流的解碼，將其解碼為視頻基本流，并送入輸入緩存器。從輸入緩存器輸出的視頻碼流將被解碼至Slice層，并根據(jù)Slice開始碼后的垂直位置(8bit)值，將每幀的視頻碼流劃分成幾個(gè)部分，然后與各種解碼參數(shù)一起分別送到幾塊核心解碼板(1……n)上。核心解碼單元3中的幾塊核心解碼板根據(jù)各種解碼參數(shù)，分別對(duì)送到板上的視頻碼流進(jìn)行同步解碼，并最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)。這些視頻YUV數(shù)據(jù)除送到顯示緩存單元4外，如果當(dāng)前幀是I幀或P幀，則YUV數(shù)據(jù)還將寫入各自板上的參考幀存器，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測幀。送到顯示緩存的視頻YUV數(shù)據(jù)將重新合并為整幀圖像，并按照顯示順序送到后處理單元5，后處理單元5對(duì)視頻YUV進(jìn)行色度內(nèi)插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號(hào)輸出到監(jiān)視器6，此時(shí)監(jiān)視器6上顯示出復(fù)原的數(shù)字視頻圖像。
采用并行解碼可以降低解碼工作頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但也會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，即在各板的交界處，由于垂直方向運(yùn)動(dòng)矢量的原因，本板上的參考數(shù)據(jù)需從相鄰的核心解碼板的參考幀存器中獲得。如果不解決運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，在各板解碼圖像的交界處會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)塊，無法實(shí)現(xiàn)圖像的無縫連接，從而影響圖像質(zhì)量。為了解決上述問題，在本發(fā)明中，在每塊核心解碼板(1……n)上都增加了附加存儲(chǔ)器，對(duì)各板上的參考幀存進(jìn)行了擴(kuò)展，使得每塊核心解碼板(1……n)解出的I/P幀視頻數(shù)據(jù)除寫入本板上的參考幀存器外，還將寫入相鄰核心解碼板的參考幀存(附加存儲(chǔ)器)中。這樣每塊核心解碼板上的參考幀存器中都有相鄰核心解解碼板解出的I/P幀數(shù)據(jù)，使得隨后P/B幀做運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)所需的參考數(shù)據(jù)在本板的參考幀存內(nèi)可以找到，從而解決了運(yùn)動(dòng)矢量過界的問題。各核心解碼板上附加存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)方框圖如圖3所示。
本發(fā)明中，由于核心解碼單元3所使用的核心解碼板(1……n)在硬件結(jié)構(gòu)上可以完全相同，因此各板可以完全同步地進(jìn)行工作，每塊板上輸出數(shù)據(jù)的時(shí)序也可以完全一致。這樣，各板之間的數(shù)據(jù)交換只需傳送解碼后的視頻YUV數(shù)據(jù)，而完全兼容的寫入地址和使能等控制信號(hào)則無需互相傳送。所以，在系統(tǒng)底板上不用增加太多的總線，只需在每塊解碼板上通過附加存儲(chǔ)器將參考幀存適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大，即可解決運(yùn)動(dòng)矢量過界的問題，實(shí)現(xiàn)解碼后圖像的無縫連接。
圖4表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的并行解碼的數(shù)字HDTV信源解碼器的方框圖，在本實(shí)施例中，數(shù)字HDTV的輸入視頻格式為1440×1152(MP&H1440L)。本數(shù)字HDTV信源解碼器的核心解碼單元由九塊核心解碼板組成。整個(gè)數(shù)字HDTV信源解碼器的輸入為符合MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)的TS流。解復(fù)用單元41先將TS流分解為視頻PES流、音頻PES流和數(shù)據(jù)PES流，并將視頻PES流送到系統(tǒng)控制單元42。系統(tǒng)控制單元42對(duì)視頻PES流進(jìn)行解碼，將得到視頻碼流送入輸入緩存器。從輸入緩存器輸出的視頻碼流被解碼到Slice層，然后按照Slice開始碼后面的垂直位置(8bit)的值，將72個(gè)Slice分成9等份，第1-8個(gè)Slice送入核心解碼板1，第9-16個(gè)Slice送入核心解碼單元43的核心解碼板2，以此類推，將65-72Slice送到第9塊核心解碼板。每塊核心解碼板將根據(jù)各種解碼參數(shù)同步地完成8個(gè)Slice的解碼，然后分別將各自解出的YUV數(shù)據(jù)送到顯示緩存單元44，顯示緩存單元44將9塊板的視頻YUV數(shù)據(jù)合成整幀數(shù)據(jù)，并按照顯示順序?qū)⑺鼈兯偷胶筇幚韱卧?5。后處理單元45對(duì)視頻YUV數(shù)據(jù)進(jìn)行色度內(nèi)插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號(hào)輸出到監(jiān)視器46，此時(shí)監(jiān)視器上將可以看到恢復(fù)出的數(shù)字HDTV圖像。
一般情況下，數(shù)字HDTV的垂直運(yùn)動(dòng)矢量搜索范圍為-64-+63.5，這樣，其附加存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。每塊核心解碼板除了將自己解出的I/P幀的8個(gè)Slice數(shù)據(jù)存入?yún)⒖紟嫱?，還將在附加存儲(chǔ)器中分別存儲(chǔ)上、下兩塊與之相鄰的核心解碼板解出的各4個(gè)Slice數(shù)據(jù)。這樣可以保證隨后P/B幀做運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)能夠找到所需要的參考幀數(shù)據(jù)，從而解決運(yùn)動(dòng)矢量過界問題。
權(quán)利要求
1.一種用于各種數(shù)字視頻設(shè)備的并行解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，該解碼器包括解復(fù)用單元，將符合MPEG-2系統(tǒng)層標(biāo)準(zhǔn)的TS流解碼為視頻PES流、音頻PES流和輔助數(shù)據(jù)PES流；系統(tǒng)控制單元，將輸入的視頻PES流解碼為視頻基本流，然后，將被解碼至Slice層，根據(jù)Slice開始碼后的垂直位置(8bit)的值，將每幀的視頻碼流分成幾個(gè)部分，再與各種解碼參數(shù)一起分別送到幾個(gè)核心解碼板上；核心解碼單元，該單元由多塊核心解碼板組成，各核心解碼板根據(jù)各種解碼參數(shù)，分別對(duì)送到板上的視頻碼流進(jìn)行同步解碼，最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)；顯示緩存單元，將YUV數(shù)據(jù)重新合并為整幀圖象，交按照顯示順序送出；后處理單元，對(duì)顯示緩存單元輸出的視頻YUV數(shù)據(jù)進(jìn)行色度內(nèi)插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號(hào)輸出到監(jiān)視器，以使顯示器顯示出復(fù)原的數(shù)字視頻圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的并行解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，核心解碼單元得到的視頻YUV數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前解碼幀是I幀或P幀，則YUV數(shù)據(jù)還將寫入各自板上的參考幀存器，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的并行解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，核心解碼單元的各核心解碼板上都增加了附加存儲(chǔ)器，用于各板上的參考幀存進(jìn)行擴(kuò)展，以解決運(yùn)動(dòng)矢量過界問題，從而實(shí)現(xiàn)解碼后圖像的無縫連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于各種數(shù)字視頻設(shè)備的并行解碼的數(shù)字信源解碼器。本發(fā)明采用并行解碼,降低了數(shù)字信源解碼器工作頻率,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,便于系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中,使用幾塊核心解碼板對(duì)輸入視頻碼流實(shí)施并行解碼;同時(shí),通過每塊板上的附加存儲(chǔ)器,很好地解決了運(yùn)動(dòng)矢量過界問題,使并行處理后的圖像可以實(shí)現(xiàn)無縫連接。本發(fā)明并行解碼的數(shù)字信源解碼器完全可以適用于各種清晰度的數(shù)字視頻設(shè)備,結(jié)構(gòu)合理,控制靈活。
文檔編號(hào)H04N5/14GK1224299SQ9812527
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月15日
發(fā)明者王承寧, 周萍, 杜安學(xué), 向暉, 褚晶輝 申請(qǐng)人:國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)高技術(shù)研究發(fā)展中心