CN100394398C - 一种avs视频解码验证方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种AVS视频解码验证方法和装置，涉及信息处理领域，特别涉及信源编码与信道编码。方法包括以下步骤：A.确定AVS视频解码的系统架构设计和对算法编程仿真优化；B.对各功能模块进行编程；C.利用系统设计工具将各功能模块连接；D.在系统设计平台上完成视频解码功能的仿真；E.将用程序语言描述的模块转用硬件描述语言来描述，完成模块的寄存器传输级(RTL)代码，进行仿真验证。装置包括：中央处理器(CPU)、可编程逻辑器(FPGA)、数字视频接口和显示器。本发明可以有效地实现对AVS视频解码验证和测试，并根据其结果来评价AVS软件算法的性能。本发明使用方便，适用于多种不同应用环境，基于其原理设计很容易移植到专用集成电路上，可大大缩短AVS编解码芯片的开发周期。

Description

一种AVS视频解码验证方法和装置
技术领域
本发明涉及信息处理领域，特别涉及信源编码与信道编码。
背景技术
数字视音频编解码技术是数字广播电视、DVD、多媒体电脑与网络、宽带网络通信产业的关键技术。中国目前已经成为数字存储媒体(DSM)产品的生产和消费大国，下一步将成为数字电视(DTV)的生产和消费大国。中国于2002年6月成立了数字音视频编解码技术标准工作组(即AVS标准工作组)。AVS标准是“信息技术先进音视频编码”(Audio and Video coding StandardWorkgroup of China)系列标准的简称，包括系统、视频、音频等三个主要标准和一致性测试等支撑标准，这是基于中国创新技术和公开技术制定的开放标准，旨在为中国日渐强大的音视频产业提供完整的信源编码技术方案。目前中国对AVS标准的制定工作十分重视。工作组完成了AVS标准的第一部分(系统)和第二部分(视频)的草案最终稿(FCD)，和报批稿配套的验证软件也已完成。AVS工作组证实，AVS标准的编码效率比目前采用的MPEG-2国际标准高2-3倍(高清电视可达3倍或更高)，与正在制定的MPEG-4、AVC和H.264标准编码效率相当，技术方案更简洁，并在一定程度上兼容国际标准。采用AVS标准的数字编解码技术可节省一半以上的无限频谱和有限信道资源，将降低传输和存储的复杂程度，显著降低传输、存储设备与系统的经济投入。
AVS作为一种新的音视频编解码标准，要与现有成熟的视频编码标准的竞争中获得优势，其硬件实现成本将是一个重要因数。在相同的芯片生产工艺流程条件下，芯片的体系结构设计是决定芯片成本的关键，仿真与验证是芯片设计中最复杂、最耗时的环节之一。这样需要一种AVS视频解码验证方法，能够简单有效地实现对AVS标准视频解码算法验证、测试和研究分析，并根据其结果来评价AVS软件算法的性能，这有利于开发出具有自主知识产权的AVS解码优化算法及芯片。直至目前为止，尚未有针对AVS视频解码硬件验证的装置和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用方便的AVS视频解码硬件验证装置和方法。
为实现上述目的，设计一种AVS视频解码验证方法，包括以下步骤：
A、确定AVS视频解码的系统架构设计和对算法编程仿真优化，完成系统级设计；
B、对各功能模块进行编程仿真，完成模块级的设计；
C、利用系统设计工具将各功能模块连接，构建解码实现的事件级模型(TLM)的系统构架，在系统设计平台上完成视频解码功能的仿真；
D、将用程序语言描述的模块转用硬件描述语言来描述，完成模块的寄存器传输级(RTL)代码，进行仿真；
E、将寄存器传输级的模块进行仿真和综合后，下载到可编程逻辑器(FPGA)，以加速整个系统的运行速度，没有下载的部分仍可以用TLM级的模型；
F、整个系统完成软硬件协同验证，实现在系统平台上实时解码验证和实时显示图像。
为实现上述目的，也可以设计一种AVS视频解码验证装置，包括：用于数字信号数据处理的中央处理器(CPU)；用于数字信号数据处理的可编程逻辑器(FPGA)；提供标准视频的数字视频接口；显示画面的显示器；
数字电视信号数据输入中央处理器(CPU)和可编程逻辑器(FPGA)解码处理，解码后的信号数据经数字视频接口至显示器。
本发明可以有效地实现对AVS视频解码验证和测试，并根据其结果来评价AVS软件算法的性能。本发明对开展AVS关键技术及专用芯片设计应用研究、开发出AVS解码算法及芯片和对相关产业的发展具有重要意义。本发明的成本低、使用方便，适用于多种不同应用环境(如HTDV、HD数字摄像机)，基于该平台的原理设计很容易移植到专用集成电路(ASIC)上，可大大缩短AVS编解码芯片的开发周期。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明较佳实施例的示意图。
图3是本发明的功能模块示意图。
具体实施方式
一种AVS视频解码验证方法，包括以下步骤：
A、确定AVS视频解码的系统架构设计和对算法编程仿真优化，完成系统级设计；
B、对各功能模块进行编程仿真，完成模块级的设计；
C、利用系统设计工具将各功能模块连接，构建解码实现的事件级模型(TLM)的系统构架，在系统设计平台上完成视频解码功能的仿真；
D、将用程序语言描述的模块转用硬件描述语言来描述，完成模块的寄存器传输级(RTL)代码，进行仿真；
E、将寄存器传输级的模块进行仿真和综合后，下载到可编程逻辑器(FPGA)，以加速整个系统的运行速度，没有下载的部分仍可以用TLM级的模型；
F、整个系统完成软硬件协同验证，实现在系统平台上实时解码验证和实时显示图像。
步骤A中所述AVS视频解码的系统架构设计基于中央处理器和可编程逻辑器(FPGA)双处理器构架。
数据解码算法中并行度高的算法由可编程逻辑器FPGA处理，串行度高的算法由中央处理器处理，本实施例中，中央处理器为精简指令集计算机中央处理器(RSIC CPU)。中央处理器也可以采用其他类型的中央处理器。
在各功能模块进行编程仿真时，仿真时所述程序语言采用C语言和硬件描述语言。
本发明的验证装置是一个“RISC CPU+FPGA”双处理器构架的系统结构，通过软硬件协同工作的方法实现整个AVS视频解码功能。这样的体系结构应用灵活，能适应各种不同算法实现，便于升级改进。在一个硬件平台上通过不同的软件设计，即可构成兼容多种标准(MPEG-2，MPEG-4等)的编码解码器。系统成本低、适合大批量生产。与传统的纯“硬”的ASIC设计不同，根据AVS各模块算法的不同特点，通过软硬件实现方式的合理配置，如针对DCT、运动估计等算法运算量大但并行度高的特点，可设计专用的硬件电路实现其部分或者全部运算，而对其它一些如熵编码等串行度较高的算法，可通过软件编程由RSIC CPU来实现，以获得硬件资源的最大复用。
如图3所示，所述功能模块包括解复用熵变化模块、反量化和反扫描模块、逆DCT模块、运动补偿模块；
输入信号数据经解复用熵变化模块处理，再由反量化和反扫描模块和逆DCT模块重构图像，运动补偿模块对信号重建进行预测残差补偿，最后输出准确的解码图像。
如图1、图2所示，一种AVS视频解码验证装置，包括，用于数字信号数据处理的中央处理器(CPU)3；用于数字信号数据处理的可编程逻辑器(FPGA)2；提供标准视频的数字视频接口4；显示画面的显示器5；
数字电视信号数据输入中央处理器(CPU)3和可编程逻辑器(FPGA)2解码处理，解码后的信号数据经数字视频接口4至显示器5。
本发明主要由精简指令集计算机中央处理器(RSIC CPU)和可编程逻辑器FPGA器件构成，可以实时验证一个完整的AVS视频解码器软硬件设计。本实施例中RSIC CPU采用32位嵌入式CPU方舟2号，该CPU的工作主频为400MHZ，支持Linux操作系统内核，功耗只有360MW，不需散热片，芯片内集成了PCI、USB端口、以太网MAC、音频AC97等多种接口电路，在一个芯片内几乎集成了除内存外的整个PC主板，十分适合应用于低成本的信息家电产品。系统并配置闪存(Flash)31。方舟还提供了CPU的软核与硬核，在本发明上开发的产品可以方便地移植到专用集成电路ASIC上。可编程逻辑器FPGA采用XILINX最新的低成本大容量现场可编程门阵列(FPGA)器件Spartan-3系列中的XC3S4000，该型FPGA的系统门数达400万。FPGA配置了闪存(Flash)21和同步动态随机存储器(SDRAM)22。可编程逻辑器Spartan-3系列具有低功率、低成本特点。
本发明包含一个DVI标准数字视频接口，DVI接口是目前LCD显示器和等离子体高清彩电的标准视频输入接口配置，传输速率达4Gbps，可将解压后的高清数字视频信号直接输入到LCD显示器或等离子体高清彩电。DVI接口芯片可采用Silicon Image的Sill64或Conexant的CX25894。
本发明还设有提供AVS视频数据流的AVS码流发生器。所述AVS码流发生器包括输入数字视频信号的输入端口，也包括数字电视信道接收设备(tuner)13。所述端口为USB、IEEE1394(12)、HD-SDI(11)、TS流端口之一或一个以上。
RISC CPU芯片上已集成了USB端口，可直接与PC机或USB移动存储设备相连，用以上载/下载压缩视频信号数据。本发明还设有多个子板接口插座，作为可选项，如设计了简单的IEEE1394端口子板和HD-SDI端口子板，可与高清数字摄像机或数字视频采编设备连接，用来捕捉原始高清数字视频信号源。数字视频接口4与显示器5相连，显示器5如LCD显示器或者等离子体彩电，加上一个数字电视信道接受设备(Tuner)，即可构成一个完整的数字电视接收机系统，用以验证原型设计在一个实际的应用环境中的性能。
在使用时首先把AVS码流发生器1经过连接线接到配有FPGA器件2-XC3S4000和CPU3-方舟2号的电路板，电路板与显示器5之间通过DVI标准数字视频接口4相连。连接好后，接通电源，运行配置软件后可以通过显示器5看不同的AVS节目。
本发明可以多标准兼容，应用灵活。通过集成在片内的高速RISC CPU内核与专用视频DSP内核的软硬件协同工作实现整个AVS音视频编解码功能。这样的芯片体系结构应用灵活，能适应各种不同算法的实现，便于升级改进，在一个硬件平台上通过不同的软件设计，即可构成兼容多种标准(包括MPEG-2、MPEG-4等)的编码解码器。

Claims (5)

1.一种AVS视频解码验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、确定AVS视频解码的系统架构设计和对算法编程仿真优化，完成系统级设计；
B、对各功能模块进行编程仿真，完成模块级的设计；
C、利用系统设计工具将各功能模块连接，构建解码实现的事件级模型的系统构架，在系统设计平台上完成视频解码功能的仿真；
D、将用程序语言描述的模块转用硬件描述语言来描述，完成模块的寄存器传输级代码，进行仿真；
E、将寄存器传输级的模块进行仿真和综合后，下载到可编程逻辑器，以加速整个系统的运行速度，没有下载的部分仍可以用TLM级的模型；
F、整个系统完成软硬件协同验证，实现在系统平台上实时解码验证和实时显示图像。
2.根据权利要求1所述的AVS视频解码验证方法，其特征在于：步骤A中所述AVS视频解码的系统架构设计采用基于中央处理器和可编程逻辑器双处理器构架。
3.根据权利要求1或2所述的AVS视频解码验证方法，其特征在于：数据解码算法中并行度高的算法由硬件电路处理，串行度高的算法由中央处理器处理。
4.根据权利要求1所述的AVS视频解码验证方法，其特征在于：所述程序语言为C语言。
5.根据权利要求1所述的AVS视频解码验证方法，其特征在于：所述功能模块包括解复用熵变化模块、反量化和反扫描模块、逆DCT模块、运动补偿模块；
输入信号数据经解复用熵变化模块处理，再由反量化和反扫描模块和逆DCT模块重构图像，运动补偿模块对信号重建进行预测残差补偿，最后输出准确的解码图像。
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