專利名稱：并行解碼的數字信源解碼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字視頻解碼器，特別涉及一種用于各種數字視頻設備的并行解碼的數字信源解碼器。
數字信源解碼器是數字視頻領域的重要設備，其通用國際標準為MPEG-2標準，它由ISO/IEC 13818文件描述。由于MPEG-2標準中所規定的視頻解碼過程十分復雜，如果采用串行解碼，解碼工作頻率將會很高，而且隨著被解碼圖像清晰度的提高，解碼工作頻率還會進一步提高。因此，為了降低解碼工作頻率，提高系統穩定性，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部分，每一部分圖像的視頻碼流由一個解碼單元進行解碼，在同一時間內由幾個解碼單元共同完成對整個圖像視頻碼流的解碼，并最終恢復出全部視頻圖像數據。
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標準，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以下結構，如Macroblock和Block都沒有開始碼，若想找到其準確的開始位置，必須經過變長解碼。由于變長解碼是視頻解碼過程中較為復雜的解碼方法，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結構，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結構進行碼流劃分，而且每個水平條最多只同與之相鄰的兩個水平條有數據交換，便于運動矢量過界問題的解決，因此本發明采用垂直方向上分成水平條的劃分方法。
本發明的目的是提供一種并行解碼的數字信源解碼器，該解碼器用于降低數字信源解碼器工作頻率，提高系統穩定性；同時，通過附加存儲器來很好地解決運動矢量過界問題，實現解碼后圖像的無縫連接。
根據上述目的，本發明并行解碼的數字信源解碼器，包括解復用單元，將符合MPEG-2系統層標準的TS流解碼為視頻PES流、音頻PES流和輔助數據PES流；系統控制單元，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Slice開始碼后的垂直位置(8bit)的值，將每幀視頻碼流分成幾個部分，再與各種解碼參數一起分別送到幾個核心解碼板上；核心解碼單元，該單元由多塊核心解碼板組成，各核心解碼板根據各種解碼參數，分別對送到板上的視頻碼流進行同步解碼，最終得到視頻YUV數據；顯示緩存單元，將YUV數據重新合并為整幀圖像，并按顯示送出；后處理單元，對顯示緩存單元輸出的視頻YUV數據進行色度內插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號輸出到顯視器，此時顯示器上顯示出復原的數字視頻圖像。
為解決由并行解碼帶來運動矢量過界問題，本發明的核心解碼單元的各核心解碼板上增加了附加存儲器，用于對各板上的參考幀存進行擴展，以解決運動矢量過界問題，從而實現解碼后圖像的無縫連接。
本發明具有下列優點1、本發明采用了并行解碼，可降低解碼工作頻率，提高系統的穩定性；2、本發明通過附加存儲器對各核心解碼板上的參考幀存進行擴展，很好地解決了運動矢量過界問題；3、本發明的各核心解碼板的結構完全相同，工作同步，從而減少了系統底板上的數據傳送，便于系統硬件調試。
本發明的上述目的和其它優點在參照附圖和具體實施例的詳細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表示本發明并行解碼的數字信源解碼器方框圖；圖3表示本發明的各核心解碼板上的附加存儲器的結構方框圖；圖4表示本發明一個實施例的并行解碼的數字HDTV信源解碼器的方框圖；圖5表示數字HDTV信源解碼器中核心解碼板上附加存儲器的結構方框圖。
圖2表示本發明的并行解碼的數字信源解碼器的方框圖。在圖2中，該數字信源解碼器包括解復用單元1、系統控制單元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器組成。解復用單元1對符合MPEG-2系統層標準的TS流進行解碼，將其分解為視頻PES流、音頻PES流和輔助數據PES流，并將它們分別送到各自接口。系統控制單元2將完成對視頻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部分，然后與各種解碼參數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各種解碼參數，分別對送到板上的視頻碼流進行同步解碼，并最終得到視頻YUV數據。這些視頻YUV數據除送到顯示緩存單元4外，如果當前幀是I幀或P幀，則YUV數據還將寫入各自板上的參考幀存器，作為隨后的P幀或B幀的預測幀。送到顯示緩存的視頻YUV數據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對視頻YUV進行色度內插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號輸出到監視器6，此時監視器6上顯示出復原的數字視頻圖像。
采用并行解碼可以降低解碼工作頻率，提高系統穩定性，但也會帶來運動矢量過界問題，即在各板的交界處，由于垂直方向運動矢量的原因，本板上的參考數據需從相鄰的核心解碼板的參考幀存器中獲得。如果不解決運動矢量過界問題，在各板解碼圖像的交界處會出現錯塊，無法實現圖像的無縫連接，從而影響圖像質量。為了解決上述問題，在本發明中，在每塊核心解碼板(1……n)上都增加了附加存儲器，對各板上的參考幀存進行了擴展，使得每塊核心解碼板(1……n)解出的I/P幀視頻數據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幀數據，使得隨后P/B幀做運動補償時所需的參考數據在本板的參考幀存內可以找到，從而解決了運動矢量過界的問題。各核心解碼板上附加存儲器的結構方框圖如圖3所示。
本發明中，由于核心解碼單元3所使用的核心解碼板(1……n)在硬件結構上可以完全相同，因此各板可以完全同步地進行工作，每塊板上輸出數據的時序也可以完全一致。這樣，各板之間的數據交換只需傳送解碼后的視頻YUV數據，而完全兼容的寫入地址和使能等控制信號則無需互相傳送。所以，在系統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器將參考幀存適當地擴大，即可解決運動矢量過界的問題，實現解碼后圖像的無縫連接。
圖4表示本發明一個實施例的并行解碼的數字HDTV信源解碼器的方框圖，在本實施例中，數字HDTV的輸入視頻格式為1440×1152(MP&H1440L)。本數字HDTV信源解碼器的核心解碼單元由九塊核心解碼板組成。整個數字HDTV信源解碼器的輸入為符合MPEG-2系統層標準的TS流。解復用單元41先將TS流分解為視頻PES流、音頻PES流和數據PES流，并將視頻PES流送到系統控制單元42。系統控制單元42對視頻PES流進行解碼，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Slice分成9等份，第1-8個Slice送入核心解碼板1，第9-16個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各種解碼參數同步地完成8個Slice的解碼，然后分別將各自解出的YUV數據送到顯示緩存單元44，顯示緩存單元44將9塊板的視頻YUV數據合成整幀數據，并按照顯示順序將它們送到后處理單元45。后處理單元45對視頻YUV數據進行色度內插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號輸出到監視器46，此時監視器上將可以看到恢復出的數字HDTV圖像。
一般情況下，數字HDTV的垂直運動矢量搜索范圍為-64-+63.5，這樣，其附加存儲器的結構圖如圖5所示。每塊核心解碼板除了將自己解出的I/P幀的8個Slice數據存入參考幀存外，還將在附加存儲器中分別存儲上、下兩塊與之相鄰的核心解碼板解出的各4個Slice數據。這樣可以保證隨后P/B幀做運動補償時能夠找到所需要的參考幀數據，從而解決運動矢量過界問題。
權利要求
1.一種用于各種數字視頻設備的并行解碼的數字信源解碼器，其特征在于，該解碼器包括解復用單元，將符合MPEG-2系統層標準的TS流解碼為視頻PES流、音頻PES流和輔助數據PES流；系統控制單元，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部分，再與各種解碼參數一起分別送到幾個核心解碼板上；核心解碼單元，該單元由多塊核心解碼板組成，各核心解碼板根據各種解碼參數，分別對送到板上的視頻碼流進行同步解碼，最終得到視頻YUV數據；顯示緩存單元，將YUV數據重新合并為整幀圖象，交按照顯示順序送出；后處理單元，對顯示緩存單元輸出的視頻YUV數據進行色度內插、矩陣變換和D/A變換，最后將模擬RGB信號輸出到監視器，以使顯示器顯示出復原的數字視頻圖像。
2.根據權利要求1的并行解碼的數字信源解碼器，其特征在于，核心解碼單元得到的視頻YUV數據，如果當前解碼幀是I幀或P幀，則YUV數據還將寫入各自板上的參考幀存器，作為隨后的P幀或B幀的預測值。
3.根據權利要求1的并行解碼的數字信源解碼器，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器，用于各板上的參考幀存進行擴展，以解決運動矢量過界問題，從而實現解碼后圖像的無縫連接。
全文摘要
本發明提供了一種用于各種數字視頻設備的并行解碼的數字信源解碼器。本發明采用并行解碼,降低了數字信源解碼器工作頻率,提高了系統穩定性,便于系統的硬件實現。在本發明中,使用幾塊核心解碼板對輸入視頻碼流實施并行解碼;同時,通過每塊板上的附加存儲器,很好地解決了運動矢量過界問題,使并行處理后的圖像可以實現無縫連接。本發明并行解碼的數字信源解碼器完全可以適用于各種清晰度的數字視頻設備,結構合理,控制靈活。
文檔編號H04N5/14GK1224299SQ9812527
公開日1999年7月28日 申請日期1998年12月15日 優先權日1998年12月15日
發明者王承寧, 周萍, 杜安學, 向暉, 褚晶輝 申請人:國家科學技術委員會高技術研究發展中心