CN100407793C - 高度集成的mpeg-4视频解码单元及相关的解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高度集成的MPEG-4视频解码单元，包含有切换电路、解码模块集合、以及存储器。该解码模块集合包含有多个解码模块，其中每一个解码模块都可对多种视频对象平面类型的每一个中的预定信号进行解码。该解码模块可包含有由该切换电路所设定的视频对象平面类型指示标志，故其可以使用正确的查找表对该预定信号进行解码。另外，所需的查找表可以使用电信号方式传递至相对应的解码模块。根据要被解码之视频对象平面的类型，该切换电路可以传送一系列预定的选择信号至多路复用器，以将解码结果储存于该存储器中相对应的存储单元内。

Description

高度集成的MPEG-4视频解码单元及相关的解码方法

技术领域

本发明提供一种视频解码单元，尤指一种高度集成的MPEG-4视频解码单元，以及用来对MPEG-4视频进行解码的相关方法。

背景技术

MPEG-4是由动画专家群组(Motion Picture Experts Group，简称MPEG)所发展出来的一种影音处理标准，可以应用在数字电视、互动图像(interactive graphics)、或是交互式多媒体(interactive multi media)上。异于之前的MPEG-1和MPEG-2标准(这两种标准基本上仅规范了可以连续性地将一系列的画面播放出来的标准)，MPEG-4则提出了集成了多种可能的多媒体对象(multiple media objects)，每一种多媒体对象则可以是真实的对象或是计算机所产生的对象。在对上述的多媒体对象进行描述以及同步化(synchronize)的工作时，则是使其可以组合成复合的视听画面(audiovisual scene)，以让其能轻易地通过一网络进行传输。

MPEG-4定义了数层不同的视频编码阶层(video coding hierarchy)。最上层称为一视频对象序列(video object Sequence，简称为VS)，包含有所有可构成完整视频画面的媒体对象。接下来则是一视频对象(VO)，代表在一画面中的其中一个媒体对象。至于在视频对象之下则是一视频对象层(VOL)，提供了可变长度的编码(scalable coding)以及一完整MPEG-4标头的VOL或是一简短MPEG-4标头的VOL。在视频对象层之下则是一视频对象平面(VOP)，其系为视频对象于一时间点上的一个样本，包含有移动(motion)、形状(shape)，以及影像纹理(texture)的信息，必须经过适当的解码程序后才可产生出一视频画面。

实际上MPEG-4包含有数种不同类型的视频对象平面，分别为I视频对象平面(即I-VOP，亦可称为I画面)、P视频对象平面(即P-VOP，亦可称为P画面)，以及B视频对象平面(即B-VOP，亦可称为B画面)。I视频对象平面系不使用其它视频对象平面的信息所编码出来的画面。P视频对象平面系为使用之前的视频对象平面，加上移动补偿(motion compensation)技术所编码出来的画面。至于B视频对象平面亦使用了移动补偿的技术，但是其则是使用了于一视频数据流(video stream)内，之前以及之后的I视频对象平面或是P视频对象平面所编码得出。另外，MPEG-4还提供了两种额外的视频对象平面的类型。这两种额外的类型除了是数据分区的(Data-partitioned)以外，其余皆类似于P视频对象平面及I视频对象平面。数据分区的I视频对象平面及P视频对象平面中系将移动的信息以及影像纹理的信息分开，以于解码器中将错误局部化(localize)，而得到更佳的影像品质。

对一视频对象平面进行解码的工作是一个复杂的程序，且通常必须针对不同类型的视频对象平面使用不同的解码模块。请参阅第1图，第1图显示了用来对复合视频对象平面(combined VOP)进行解码的第一解码循环10。此处的复合视频对象平面系指非数据分区的(non-Data-partitioned)视频对象平面(即非数据分区的I视频对象平面、非数据分区的P视频对象平面及B视频对象平面)。第1图中的复合视频对象平面第一解码循环10系用来处理与宏区块相关的数据，其包含有一解码模块集合15，解码模块集合15中的每一个解码模块用来针对视频对象平面的宏区块中特定的部分或是特定的信号进行解码，并将解码的结果储存于存储器30中，等待后续的处理工作。

解码模块20用来对信号mcbpc(或是尚未编码的信号mcsel)进行解译(interpret)的工作。信号mcbpc系为一可变长度码(variable lengthcode)，配合使用一查找表，即可解译出色度(chrominance)的宏区块类型以及编码区块型样(coded block pattern)。然后，解码出来的mcbpc(或是mcsel)再被储存于存储器30中的一存储单元32内。解码模块22用来对信号ac_pred_flag及cbpy进行解码。信号ac_pred_flag是一个一位的标志(flag)，用来说明在交流系数(AC coefficient)中的第一列与第一栏何者因内编码宏区块(Intra coded macroblock)而被差动式地编码(differentially coded)。信号cbpy系为一可变长度码，代表了一宏区块中，具有至少一个非内直流转换系数(non Intra DC transform coefficient)的非透明亮度区块(non-transparent luminance block)的型样，需要配合另使用一查找表以进行解译，再将解码出的数据储存于存储器30中的一存储单元34内。

相似的，解码模块24用来对信号dquant进行解码，解码模块26用来对交错(interlaced)的信息进行解码，至于解码模块28则用来对移动向量进行解码，这三个解码模块分别将解码的结果储存在存储单元36、38、及40内。然后，使用其它的查找表即可得出存储器30中所储存的数据进行解译。

接下来请参阅第2图，第2图显示了对复合视频对象平面中区块相关的数据(block-related data)进行解码第二解码循环50。第二解码循环50包含有一解码模块集合45，以及于存储器60中相关的存储单元。很明显的，存储器60与存储器30可以是同一个存储器的不同区块。

解码模块集合45包含有一解码模块52，用来对信号dct_dc_size_lum、dct_dc_size_chrominance、及dct_dc_size_differential进行解码。这三个信号皆为可变长度码，分别用来得出亮度差动直流系数(differential DCcoefficients of luminance)、色度差动直流系数(differential DCcoefficients of chrominance)、以及内编码宏区块的差动直流系数(differential DC coefficients in Intra macroblock)。相似的，配合相对的查找表即可将所需的值求出，再储存于存储器60中的存储单元58内。解码模块集合45另包含有一解码模块54，用来根据第1图中解码模块22的运算结果解码出交流系数(AC coefficient)，解码的结果则储存于存储器60中的存储单元62内。

至于对数据分区的(Data-partitioned)I视频对象平面和P视频对象平面进行解码则各需使用一对解码循环。用来对数据分区的I视频对象平面进行解码的解码循环对如第3图、第4图所示。至于用来对数据分区的P视频对象平面进行解码的解码循环对则如第5图、第6图所示。

于第3图中，第一宏区块解码循环88包含有解码模块集合70，以及存储器80。解码模块72与解码模块20的功能类似，不过两者系使用不同的查找表，其解码结果系储存于存储器80中的存储单元82内。解码模块74与解码模块24的功能类似，不过两者系使用不同的查找表，其解码结果系储存于存储器80中的存储单元84内。解码模块76与解码模块52的功能类似，不过两者系使用不同的查找表，其解码结果系储存于存储器80中的存储单元86内。解码模块集合70另包含有检查模块78，用来检查数据分区的I视频对象平面中的信号dc_marker，信号dc_marker系为不变的二元序列，长度则是19位。

第4图显示了用来对数据分区的I视频对象平面进行解码的第二解码循环90，其包含有解码模块集合92和存储器94。解码模块96与解码模块22具有类似的功能，不过两者系使用不同的查找表，其解码结果系储存于存储器94中的存储单元102内。解码模块集合92另包含有一宏区块数量检查模块。至于解码模块100与解码模块54具有类似的功能，其解码结果则储存于存储器94中的存储单元104内。

接下来请参阅第5图，以下将介绍用来对数据分区的P视频对象平面进行宏区块解码程序的第一解码循环110。相似的，第一解码循环110包含有解码模块集合112及存储器114。解码模块116与解码模块70具有类似的功能(两者使用不同的查找表)，其解码结果则储存于存储器114中的存储单元122内。解码模块118与解码模块28具有类似的功能(两者使用不同的查找表)，其解码结果则储存于存储器114中的存储单元124内。解码模块集合112另包含有一检查模块120，用来检查数据分区的P视频对象平面中的信号motion_marker，信号motion_marker系为不变的序列，长度则是17位。

第6图显示了用来对数据分区的P视频对象平面进行解码的第二解码循环130，其包含有一存储器134和一解码模块集合132。解码模块136与解码模块22具有类似的功能(两者使用不同的查找表)，其解码结果储存于存储器134中的存储单元146内。解码模块138与解码模块52具有类似的功能(两者使用不同的查找表)，其解码结果储存于存储器134中的存储单元148内。在区块的层级上，解码模块144与解码模块54具有类似的功能，可根据之前运算的结果，将交流系数存入存储器134中的存储单元150内。解码模块集合132另包含有一宏区块数量检查模块140。

MPEG-4技术的成功，证明了使用以上简述的六个解码循环、六个解码模块集合、六个存储器存储单元的集合，以及MPEP-4规格的种种规范，即可有效率的处理影像信号。以上所述的各类模块都必需符合MPEG-4的规定。然而，要真正实施以上所述的MPEG-4解码模块，则必需要使用较高的芯片复杂度、较大的芯片大小，以及较高的成本。这不是系统设计者所乐见的情形。

发明内容

因此本发明的目的之一，系在于提供一种高度集成的MPEG-4视频解码单元，以降低成本、芯片复杂度，以及芯片大小。

本发明所公开的视频解码单元包含以下三个部分，分别是一视频对象平面解码切换电路，一解码模块集合，以及一存储器。该解码模块集合包含有多个解码模块，该等解码模块大多可在解码时提供多重的功能。该等多重功能的解码模块可对多种预定的视频对象平面类型中的一预定信号进行解码，并输出一解码结果，该解码结果系明确对应于被解码之视频对象平面的类型。该等预定的视频对象平面类型可至少包含有MPEG-4规格所定义之数据分区的I视频对象平面以及数据分区的P视频对象平面，亦可包含有复合的I视频对象平面(combined I-VOP)、复合的P视频对象平面(combined P-VOP)、以及复合的B视频对象平面(combined B-VOP)。

该视频对象平面解码切换电路可以将一视频对象平面传送至该解码模块集合。根据要被解码之视频对象平面的类型，该视频对象平面解码切换电路可以传送一系列预定的选择信号至多路复用器(multiplexer)，以将解码结果储存于该存储器中相对应的存储单元内，其中该多路复用器系耦合于该解码模块与该存储器之间。

至于本发明所公开的解码模块可储存用来对一种以上类型之视频对象平面中的该预定信号进行解码的查找表。在某些实施例中，该解码模块可包含有由该视频对象平面解码切换电路所设定的一视频对象平面类型指示标志。再对一视频对象平面进行解码时，该解码模块可以根据该视频对象平面类型指示标志的值选择使用正确的查找表。若下一个要被解码的视频对象平面属于不同的类型，则该视频对象平面类型指示标志即被设定为不同的值，以指示该解码模块读取一不同的查找表对下一个要视频对象平面进行解码。

至于在本发明其它的例子中，每一个解码模块皆包含有容量足够的存储器，至少足够用来储存该解码模块可能使用之最大的查找表。当视频对象平面解码切换电路决定出何种类型的视频对象平面要被解码之后，所需的查找表即可被传送至相对应的解码模块。在解码模块收到相对应的查找表后，即可对预定信号进行正确的解码。若下一个要被解码的视频对象平面属于不同的类型(需使用不同的查找表)，则所需的查找表即可再被传送至该解码模块。

本发明提供了一种视频解码单元，用来对多种不同类型的预定视频对象平面进行解码，该视频解码单元包含有：至少一个解码模块，用来对该多种不同类型的预定视频对象平面中的一预定信号进行解码，并输出对应于被解码的视频对象平面的类型的解码结果；以及切换电路，耦合于该解码模块，用来决定该解码模块在对何种类型的视频对象平面进行解码，其中该视频解码单元是根据对应于被解码的视频对象平面的类型的预定查找表，决定出该解码结果。

本发明还提供了一种视频解码单元，包含有：存储器；多个视频解码模块，每一个视频解码模块系用来对一数据分区的I视频对象平面或一数据分区的P视频对象平面或复合的I视频对象平面、复合的P视频对象平面、以及复合的B视频对象平面中的相对应一个以上预定信号进行解码，并根据被解码之视频对象平面的类型输出解码结果；多路复用器，具有多个输入端，分别耦合于该多个视频解码模块的输出端，以及一输出端，耦合于该存储器；以及切换电路，耦合于该多个视频解码模块，用来指示该多个视频解码模块要被解码的视频对象平面属于何种类型，该切换电路并耦合于该多路复用器，用来控制将该多个视频解码模块中其中一个视频解码模块的解码结果传送至该存储器，其中该解码结果是从被解码的视频对象平面的类型所明确对应到的数据之中所决定出来，其中被解码的视频对象平面的类型所明确对应到的数据是从一数据分区的I视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来，或从一数据分区的P视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来，或从一复合的I或P或B视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来。

本发明还提供了一种用来对多种不同类型的MPEG视频对象平面进行解码的方法，该方法包含有：提供解码模块，该解码模块可对该多种不同类型的视频对象平面中的预定信号进行解码；指示该解码模块其要对何种类型的视频对象平面进行解码；以及使用该解码模块读取一查找表以对该预定信号进行解码，其中该查找表系明确地对应到被指示之视频对象平面的类型。

附图说明

第1图为现有技术为用来对复合视频对象平面进行解码的第一解码循环之功能方块图。

第2图为现有技术为用来对复合视频对象平面进行解码的第二解码循环之功能方块图。

第3图为现有技术为用来对数据分区的I视频对象平面进行解码的第一解码循环之功能方块图。

第4图为现有技术为用来对数据分区的I视频对象平面进行解码的第二解码循环之功能方块图。

第5图为现有技术为用来对数据分区的P视频对象平面进行解码的第一解码循环之功能方块图。

第6图为现有技术为用来对数据分区的P视频对象平面进行解码的第二解码循环之功能方块图。

第7图为本发明的MPEG-4视频解码单元的功能方块图。

主要元件符号说明

10、88、110                    第一解码循环

15、45、92、112、132、205      解码模块集合

20、22、24、26、28、52、       解码模块

54、70、72、74、76、96、

100、116、118、136、138、

144、230、235、240、245、

250、255

30、60、80、94、114、134、     存储器

215

32、34、36、38、40、58、       存储单元

62、82、84、86、102、104、

122、124、146、148、150、

270、275

50、90、130                    第二解码循环

78、120                        检查模块

98、140、265                   宏区块数量检查模块

200                            视频解码单元

210                            视频对象平面解码切换电路

220、225                       多路复用器

260                            标志检查模块

具体实施方式

本发明公开了一高度集成的MPEG-4视频解码单元，以及用来对MPEG-4视频进行解码的方法。使用本发明所提出的方法及相关装置，比起现有技术，可以减少解码模块的数量，并且保有原来的功能。

第7图为本发明的MPEG-4视频解码单元200的功能方块图。视频解码单元200大致上包含有三个部分，分别是视频对象平面解码切换电路210，解码模块集合205，以及存储器215，其中存储器215系用来储存解码模块集合205所输出的运算结果。存储器215可以选择性地区分成多个区域，在此实施例中是根据结果类型进行区分成270和275两个区域(然而，这并不限制本发明的范围)。

解码模块集合205包含有多个解码模块，其中大多的解码模块在解码时都可提供多重的功能。解码模块230具有现有技术的解码模块20、72及116三者的功能，通过多路复用器220可将运算的结果传送至存储器215中适当的存储模块270内，以进行后续的处理。解码模块235具有现有技术的解码模块24和74的功能，通过多路复用器220可将运算的结果传送至存储模块270内。解码模块240具有现有技术的解码模块22、96及136三者的功能，通过多路复用器220可将运算的结果传送至存储模块270内。解码模块245具有现有技术的解码模块26、28及118的功能，通过多路复用器220可将运算的结果传送至存储模块270内，用来提供移动信息。解码模块245亦可用来如现有技术的解码模块26进行交错信息的解码(当然，也可以使用一个额外的模块来进行这项工作)。解码模块250具有现有技术的解码模块52、76及138的功能，用来解码亮度、色度、以及差动信号，通过多路复用器225可将运算的结果传送至存储器215中的存储模块275内。解码模块255系用来取代现有技术的解码模块54、100及144的功能，用来解码交流系数，通过多路复用器225可将运算的结果传送至存储模块275内。标志检查模块260用来取代现有技术的检查模块78及120。另外，宏区块数量检查模块265则用来执行现有技术的检查模块98和140的功能。

从第7图可以看出，视频对象平面解码切换电路210可将一视频对象平面传送至解码模块集合205。根据欲解码视频对象平面的类型，视频对象平面解码切换电路210可以传送一系列预定的选择信号给多路复用器220及225，以将适当的解码结果储存于相对应的存储模块270及275中。

如同本份说明文件中对先前技术所做的说明，不同类型的视频对象平面需要使用不同且特定的查找表进行解码。而本发明则提出了至少两种方法，可以减少不必要的解码电路，同时解决上述现有技术所面临的不兼容的问题。

在本发明的一个实施例中，允许将一解码模块所负责的一个以上类型的视频对象平面所对应到之特定解码功能的查找信息储存于该解码模块中。举例来说，解码模块230可储存用来对I视频对象平面中的信号mcbpc进行解码的查找表，以及用来对P视频对象平面中的信号mcbpc进行解码的查找表。使用当下在解码的视频对象平面的类型，即可决定出在解码程序中需要使用哪些查找信息。在此提供一种可行的方式，就是可以使用一个「视频对象平面类型指示标志」(VOP type indicating flag)，该标志可由解码模块230自行设定，或由视频对象平面解码切换电路210进行设定。在对一视频对象平面进行解码的过程中，解码模块230可以根据视频对象平面类型指示标志，选择出正确的查找信息。若是下一个要被解码模块进行解码的视频对象平面属于不同的类型，则视频对象平面类型指示标志就会被设定成相对应的视频对象平面类型，此时解码模块即可正确的使用另一个不同的查找表。

至于本发明的另一个实施例则使用另一种方法来解决现有技术所面临的不兼容的问题。于此一实施例中，解码模块包含有足够的存储器，至少可存放该解码模块所使用到最大的查找表。当视频对象平面解码切换电路210决定出要被解码的视频对象平面之类型后，相对应的查找表就会被传送至相对应的解码模块。至于在解码模块接收到相对应的查找表后，即可顺利对该种信号进行解码。若下一个要被解码的视频对象平面属于不同的类型，需要使用不同的查找表，则相对应的查找表即可被传送至解码模块(当然也可以由解码模块主动自视频对象平面解码切换电路210或是其它的来源提取所需的查找表)。

本发明所公开的高度集成的MPEG-4视频解码单元可提供现有技术的解码单元所有的功能，且同时大量减少所需的硬件结构及相关的系统成本。个别的解码模块是设计用来对视频对象平面中特定的信号进行解码，而根据当下被解码的视频对象平面的类型，即可正确的对上述特定的信号进行解码。另外，亦可使用一切换电路来指示解码模块，何种类型的视频对象平面是要被解码的视频对象平面。除此之外，此一切换电路亦可以连接至一多路复用器，以控制将解码结果自解码电路传送至存储器中一存储单元内的传送工作。很明显的，并非所有的解码模块都需要同时对相同的视频对象平面或是相同的视频对象平面类型进行解码，因此，可以对切换电路做适当的设计，藉由有效地选择并分配视频对象平面给适当的解码单元，以使整体系统的通量(throughput)达到最佳化的程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种视频解码单元，用来对多种不同类型的预定视频对象平面进行解码，该视频解码单元包含有：

至少一个解码模块，用来对该多种不同类型的预定视频对象平面中的一预定信号进行解码，并输出对应于被解码的视频对象平面的类型的解码结果；以及

切换电路，耦合于该解码模块，用来决定该解码模块在对何种类型的视频对象平面进行解码，

其中该视频解码单元是根据对应于被解码的视频对象平面的类型的预定查找表，决定出该解码结果。

2.根据权利要求1所述的视频解码单元，其中该预定查找表是为多个预定查找表中的其中一个，而该多个预定查找表则各自分别对应到该多种不同类型的预定视频对象平面。

3.根据权利要求2所述的视频解码单元，其中该视频解码单元另包含有一多路复用器，具有一输入端，耦合于该解码模块的一输出端，用来选择性地将该解码结果输出至一存储器，以待后续的处理工作。

4.根据权利要求3所述的视频解码单元，其中该多路复用器输出的信号系由该切换电路所决定。

5.根据权利要求2所述的视频解码单元，其中该解码模块包含有视频对象平面类型指示标志。

6.根据权利要求5所述的视频解码单元，其中该视频对象平面类型指示标志是由该切换电路所设定。

7.根据权利要求2所述的视频解码单元，其中对应于被解码的视频对象平面的类型的该预定查找表是自该切换电路传送至该解码模块。

8.一种视频解码单元，包含有：

存储器；

多个视频解码模块，每一个视频解码模块系用来对一数据分区的I视频对象平面或一数据分区的P视频对象平面或复合的I视频对象平面、复合的P视频对象平面、以及复合的B视频对象平面中的相对应一个以上预定信号进行解码，并根据被解码之视频对象平面的类型输出解码结果；

多路复用器，具有多个输入端，分别耦合于该多个视频解码模块的输出端，以及一输出端，耦合于该存储器；以及

切换电路，耦合于该多个视频解码模块，用来指示该多个视频解码模块要被解码的视频对象平面属于何种类型，该切换电路并耦合于该多路复用器，用来控制将该多个视频解码模块中其中一个视频解码模块的解码结果传送至该存储器，

其中该解码结果是从被解码的视频对象平面的类型所明确对应到的数据之中所决定出来，

其中被解码的视频对象平面的类型所明确对应到的数据是从一数据分区的I视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来，或从一数据分区的P视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来，或从一复合的I或P或B视频对象平面所对应的一预定查找表中所选择出来。

9.根据权利要求8所述的视频解码单元，其中明确对应到被解码的视频对象平面的类型的该预定查找表是自该切换电路传送至该解码模块。

10.根据权利要求8所述的视频解码单元，其中每一个解码模块皆包含有视频对象平面类型指示标志。

11.根据权利要求9所述的视频解码单元，其中该视频对象平面类型指示标志是由该切换电路所设定。

12.一种用来对多种不同类型的MPEG视频对象平面进行解码的方法，该方法包含有：

提供解码模块，该解码模块可对该多种不同类型的视频对象平面中的预定信号进行解码；

指示该解码模块其要对何种类型的视频对象平面进行解码；以及

使用该解码模块读取一查找表以对该预定信号进行解码，其中该查找表系明确地对应到被指示之视频对象平面的类型。

13.根据权利要求12所述的方法，其中每一个不同类型的视频对象平面皆对应到一个不同的查找表。

14.根据权利要求12所述的方法，其中该解码模块包含有视频对象平面类型指示标志，该方法另包含有：

设定该视频对象平面类型指示标志，以指示该解码模块其要对何种类型的视频对象平面进行解码。

15.根据权利要求14所述的方法，其中该视频对象平面类型指示标志是由一切换电路所设定。

16.根据权利要求12所述的方法，其中该方法是藉由使用一切换电路将相对应的查找表传送至该解码模块，以指示该解码模块其要对何种类型的视频对象平面进行解码。

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