CN100584025C - 一种基于内容自适应的算术解码系统及装置 - Google Patents

一种基于内容自适应的算术解码系统及装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于视频通信领域,提供了一种基于内容自适应的算术解码系统及装置,所述系统包括硬件解码单元,用于对宏块层的所有语法元素进行解码;软件控制单元,用于对所述硬件解码单元的解码过程进行控制;以及接口单元,用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信息。本发明将CABAC解码的语法元素全部用硬件来实现,使得软硬件功能划分明确,接口清晰,解码过程易于控制,解码效率大幅提高,能够满足实时和高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。

Description

一种基于内容自适应的算术解码系统及装置

技术领域

本发明属于视频通信领域,尤其涉及一种基于内容自适应的算术解码系统 及装置。

背景技术

CAB AC ( Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding,基于上下文的 自适应算术编码)是国际视频编码标准H.264中所采用的两套熵编码方案之一。 与另外一套熵编码方案CAVLC (Context-based Adaptive Variable Length Coding,基于上下文的自适应变长编码)相比,CABAC有更好的压缩效率, 但是也具有更高的实现复杂度。

熵编码器的功能在于依照MB (macro-blocks,宏块)扫描顺序将每个宏块 中所有的语法元素的值按固定次序依次编码到码流中。宏块是视频图像编码的 基本单元块,每幅图像都被划分成为宏块后再进行编码。

CABAC算术解码是基于递归间隔划分的原则来工作的,在解码当前bin 时,需要知道当前bin出现0或1的概率值,用p来表示,这个概率是由当前 bin所对应的内容概率模型(内容概率模型)来决定的。首先区分大概率事件 (MPS )和小概率事件(LPS ),分别对应0或1。小概率事件值LPS (valLPS ) 和大概率事件值MPS(valMPS)用0和1来表示,体现在解码当前bin所对应的 内容概率模型中。当前的bin对应的大概率值如果用p (0 )来表示,那么小概 率值p(lhl-p(O)。

二元化的概率的空间范围就是(0, 1),整个空间用codlRange的值来确 定。通过解码当前bin所对应的概率值p来计算子区间大小,计算的方法为: 大概率空间的范围对应p(0)*codIRange, 'j、概率空间的范围对应的是codlRangep(0)*codIRange。确定概率空间以后,就可以才艮据codIOffset的值选定解码当 前bin概率落到了哪个子区间,如果落到了小概率空间,那么解码当前bin的值 就对应到了小概率事件值(valLPS),如果落到了大概率空间,那么解码当前 bin的值就对应到了大概率事件值(valMPS)。如果落在大概率空间中,那么 解码下一个bin时就4巴大概率空间p(0)*codIRange的值作为整个概率空间 codIRange ,继续参与空间划分和解码,以上仅是CAB AC解码的原理性描述, 关于CABAC解码的具体和详细描述参见H.264协议,本发明全部引用,不再 赘述。

例如在概率内容概率模型的维护中,概率评估通过一组有限状态机来完成, 这组有限状态机是基于一个涵盖64个不同的概率事件的概率状态表: {pLPS(pStateldx) | 0<=pStateIdx<64}

表中的每个值对应的是小概率事件的一个值pLPS。表的组织方式是随着 pStateIdx值的增加,LPS的值逐渐减小,pStateldx = 0时对应的小概率值为0.5。

CABAC算法是2003年JVT( ITU-T国际视频组织ISO的MPEG联合小组) 会议上正式成形推出的,迄今发展的时间很短,已提出的完整解码实现结构很 少,尤其是高速、高吞吐量的实时解码处理器。

目前已经公开的CABAC硬件解码单元主要是软件解码以及软件解码与硬 件解码相结合的结构。

CABAC软件硬件解码单元可参考JVT提供的jm95软件。软件解码按照 算法流程在PC机上执行解码过程,由软件负责全部CABAC解码任务,解码 速度极慢,无法满足实时应用场合的需要。

Osorio, R.R.; Bruguera, J.D. "Arithmetic coding architecture for H.264/AVC CABAC compression system", Digital System Design, 2004. DSD 2004. Euromicro Symposium on , 31 Aug,3 Sept. 2004 Page62-69中提出了 一种软硬件结合的硬件 解码单元结构,采用硬件加速的实现方式,把解码过程中占主要工作量的系数 语法元素解码用硬件力o速结构来实现,其他语法元素如mb—type、 sub—mb—type、 CBP (Coded Block Patterns,已编码块标志)、dquant、亮度预测模式、色度预测模式、MVD (Motion Vector Data,动态矢量数据)以及参考帧索引等语法元 素解码全部用软件来实现,这种解码结构比软件硬件解码单元的解码效率有很 大提高,但仍然存在不足之处:

(1)这个方案实际上是硬件仅仅解码宏块层中的一种语法元素,即系数 coefficient的解码,其他语法元素的解码全部交给软件去完成,软件和硬件的交 互不仅仅是周边块信息的交互,还要把CABAC解码过程中产生的Range和 Offset变量在软件和硬件解码过程中不停交互,导致软硬件功能划分不明确, 交互过程相对复杂,效率低下。

(2 )软件参与除系数之外的所有语法元素的解码,硬件仅负责系数部分的 解码,在一定程度造成了资源浪费,没有使系统的性能得到更大的提升。

综上所述,在现有技术中,由软件承担了宏块层全部或者大部分语法元素 的解码工作,导致CABAC解码效率低,实现复杂,难以满足实时和高清的应 用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中由软件承担宏块层全部或者大部分语法 元素的解码工作,导致CABAC解码效率^f氐,实现复杂,难以满足实时和高清 的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求的问题。

为了实现发明目的,本发明提供了 一种基于内容自适应的算术解码系统, 所述系统包括硬件解码单元、软件控制单元和接口单元:

所述硬件解码单元,用于对宏块层的所有语法元素进行解码,将所述解码 后的语法元素组装后发送给所述软件控制单元;

所述软件控制单元,用于通过接口单元向所述硬件解码单元发送解码控制 信号和需要解码的码流数据,对所述硬件解码单元的解码过程进行控制;以及

所述接口单元,用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信

自为了更好地实现发明目的,本发明进一步提供了 一种基于内容自适应的解 码装置,所述解码装置通过硬件实现,包括解码控制单元、码流管理模块、内

容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解 码单元以及重组bin单元,其中:

所述解码控制单元,用于接收所述解码控制信号,对所述基于内容自适应 的解码装置的解码过程进行控制;

所述码流管理模块,用于接收码流数据,将所述码流数据输入至所述单bin 解码单元;

所述内容概率模型存储器,用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型, 所述内容概率模型为399个;

所述周边块信息维护4莫块,用于维护解码当前块的周边块信息;

所述内容概率模型选择模块,用于根据所述周边块信息维护模块提供的周 边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型,向 所述内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号;

所述单bin解码单元,用于根据所述内容概率模型存储器提供的内容概率 模型,对所述码流管理模块输入的码流数据进行解码,并将解码结果输出至所 述重组bin单元;

所述重组bin单元,用于将所述单bin解码单元输入的单bin解码结果组装 成语法元素,并经所述接口单元将所述语法元素输入到所述软件控制单元,同 时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至所述周边块信息维护模块。

本发明将CABAC解码的语法元素全部用硬件来实现,使得软硬件功能划 分明确,接口清晰,解码过程易于控制,解码效率大幅提高,能够满足实时和 高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。

附图说明图l是本发明提供的解码系统的结构图;

图2是本发明提供的解码系统中硬件解码单元的结构图;

图3是本发明中硬件解码单元解码的语法元素构成图;

图4是本发明中硬件解码单元解码mb—layer层语法元素的状态示意图;

图5是本发明提供的优选实施例中硬件解码单元的结构图;

图6是本发明实现P、 B帧宏块解码的流程图;

图7是本发明实现I帧宏块解码的流程图;

图8是本发明提供的解码系统中接口单元的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实 施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

在本发明中,在计算解码当前bin的内容概率模型的值时,会用到相邻块 或者是相邻块的bin的值,再通过一定的运算规则从存储内容概率模型的RAM (Random-Access Memory,随机存取存储器)中选择出对应的内容概率模型的 值,再利用上述计算规则得到解码当前bin的值后,更新当前bin出现0或1 的概率,即更新当前bin所对应的内容概率模型的值,并回写到对应的RAM空 间中,这个过程也正体现出CABAC编码是基于内容的算术编码,这个"基于 内容,,实质上就是根据以往已经解码得到的语法元素的值,去判断接下来要编 码的语法元素可能的值,如果命中,就可以用很少甚至不消耗bit就可以对当前 的语法元素实行编码,达到了提高码流压缩比的目的。

根据上述方案,本发明提供了一种釆用硬件方式实现的CABAC解码装置, 用于解码CABAC的全部语法元素,解码过程中需要的相互关联的CABAC解 码特性的参数range、 offset以及每个bin解码过程中需要不断更新维护的内容 概率模型等变量完全由解码装置自身来维护。在本发明提供的CABAC解码系统中,通过相应的软件对解码装置的解码 过程进行控制,但软件不参与任何CABAC解码本身的数据维护和解码过程, 仅提供周边块信息、码流数据和控制信号。软件和硬件的交互变为基于宏块层 的码流数据交互、配置信息交互和解码后的结果数据获取。

图1示出了本发明提供的CABAC解码系统的结构,整个系统由三部分组 成,分别是负责CABAC解码的硬件解码单元100,负责对硬件解码单元100 进行配置和控制的软件控制单元200以及接口单元300。软件控制单元200通 过访问总线与接口单元300交换数据,控制硬件解码单元IOO进行解码。硬件 解码单元100是CABAC解码系统的主体部分,实现一个宏块层所有语法元素 的解码。软件控制单元200通过接口单元300向硬件解码单元100发送解码控 制信号和需要解码的码流数据,硬件解码单元100通过接口单元300将解码完 成的数据传送给软件控制单元200。

图2示出了本发明提供的硬件解码单元100的结构,在具体实现上,单bin 解码单元106和内容概率模型选择模块105通过组合电路来实现,其他模块单 元通过时序电路来实现,整个硬件解码单元100采用数字电路来实现,集成在 一块集成电路芯片上。

解码控制单元101负责控制硬件解码单元100中其他各组成模块的解码过 程,向各模块发送解码控制信号,来协调各个模块的工作。解码控制单元101 内部包含着控制状态机,通过对对各个解码状态的控制来实现解码整个mb层 语法元素的目的。

图3示出了硬件解码单元控制单元101中的三个解码控制过程,分别是控 制skip状态解码过程,控制field状态解码过程和控制mb layer状态解码过程。 图3中包含了 H.264协议main profile中釆用CABAC编解码的全部语法元素, 其中:

(1) Skip表示P帧中宏块是否被跳过解码信号;

(2) End一slice表示当前宏块是否为slice层中最后一个宏块的标志信号;(3) mb—type表示当前宏块的类型信号,sub—mb—type表示的是宏块中包 含的4个8 x 8块的类型信号;

(4 ) Intra_pre_mode表示当前宏块为intra块时,解码4x4类型时的亮度 预测模式信号以及色度预测模式信号;

(5) Cbp表示当前宏块的系数存在指示信号;

(6 ) Dquant表示当前宏块的quant参差信号;

(7) Mvd表示当前宏块的运动相量参差信号;

(8) Reframe表示当前宏块的参考帧信号;

(9) Coeff表示当前宏块的系数信号;

(10) Field表示当前宏块的场标志信号;

本发明将解码skip,解码field这两个部分从mb—layer层的解码中分离出来, 有助于提高解码的效率,把软硬件交互的开销降为最小。解码skip,解码field 和解码mb—layer三个部分可以独立接受软件控制单元200的控制,完成对应语 法元素的解码。

解码mbjayer部分包括9种语法元素的解码,是CABAC解码的主体。在 mb一layer层中,9种语法元素是按照一定的顺序来解码的,这个顺序和H.264 协议相关,参见JVT-G050, "Draft ITU-T Recommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10 AVC" in JVT of ISO/IEC doc, T.Wig,Ed.,Pattaya, Thailand, Mar.2003,本发明全部引用,不再赘述。解码skip过程中如果得到的skip值为 1,则解码enctslice语法元素,然后结束;如果得到的skip的值为0,则直接 结束,硬件解码单元IOO进行下一步解码操作。

在本发明中,把skip解码过程单独列出来没有并入整个mb—layer层解码过 程是因为对于skip解码过程的配置信息很少,而mb—layer层需要的配置信息很 多,当宏块是skipmb时,mb—layer解码过程是不需要被启动的,那么就可以 用很少的配置信息就可以解码完成整个宏块的解码过程,这是很经济的。

field解码是可选的,把这个语法元素拿出来作为单独的解码搡作过程是因为这个语法元素的相邻块的选取在某些特殊的情况下和mb skip语法元素以及 mb—layer层中的语法元素的相邻块选取是不同的,所以有必要单独拿出来采用 独立的软硬件交互模式来操作。

作为本发明的另一个实施例,当然也可以把解码skip与解码field合并到解 码mb一layer过程中,也可以把mb一layer层中某些语法元素的解码从解码 mbjayer中分离出去,单独接受软件控制单元200的控制。

图4示出了解码控制单元101控制硬件解码单元100对mb layer层语法元 素进行解码的详细状态控制过程。在mb—layer层语法元素进行解码的过程中, 硬件解码单元100的初始状态为空闲状态,当接收到有效的mb layer解码启动 信号(CI)后,硬件解码单元100执行mb—type解码。

硬件解码单元100对mb—type解码完毕后,如果是P宏块或B宏块解码, 并且宏块划分不是4个8x8块的形式(C2),则依次继续进行refframe解码、 mvb解码、cbp和dqp解码、coeff解码;如果是I宏块解码并且不是I—PCM模 式解码(C3),则依次进行cbp和dqp解码、coeff解码;如果是I宏块解码并 且是1—PCM才莫式解码,则回到空闲状态;如果是P宏块或B宏块解码,并且 宏块划分成4个8x8块的形式,则依次执行sub—mb—type解码、refframe解码、 mvb解码、cbp和dqp解码、coeff解码。

在coeff解码完毕后,如果处于mbaff解码模式下,并且当前解码的宏块号 为偶数(C5),则回到空闲状态;如果处于非mbaff解码模式下,或mbaff解 码模式下,但当前解码的宏块号为奇数,则执行send—slice解码,解码完成后 回到空闲状态。

码流管理模块102接收码流数据,并将码流数据输入到单bin解码单元106。 码流管理模块102中包含有码流存储器1021,用来向单bin解码单元106提供 码流数据。当码流存储器1021内的码流要被消耗完毕时,码流管理模块102 向软件控制单元200 "R出码流载入的请求。

在宏块解码的过程中,如杲码流存储器1021中的码流消耗完毕,码流管理模块102可以向软件控制单元200发出码流填充请求,此时码流管理模块102

中断解码过程,直到软件控制单元200把需要的码流填充完毕才重新恢复解码。

周边块信息维护模块103维护周边块信息。周边块信息包括上相邻块以及

左相邻块中的相关信息;周边块信息维护模块103包含两组寄存器1031、 1032,

分别为存储左相邻块信息和上相邻块信息。相邻块信息包括相邻块是否有效、

相邻块是否为skip、相邻块的帧场模式以及相邻的已经解码完的语法元素。解

码当前块中的语法元素时,语法元素中的第一个bin往往会需要利用周边块中

已经解码完成的语法元素来判断如何选4奪概率模型,此时周边块信息维护模块

103需要向内容概率模型选择模块105提供选择概率模型时所需要的周边块信 台

作为本发明的一个实施例,对于当前宏块的周边宏块信息,完全由软件控

制单元200来维护,解码到当前的宏块的时候,由软件控制单元200将周边宏 块信息通过接口单元300传递到周边块信息维护模块103,但这种方案中软硬 件解码的交互过程比较复杂。

在本发明的另 一个实施例中,周边宏块的语法元素信息也可以完全由硬件 解码单元100中的周边块信息维护模块103来维护,这样软硬件交互过程筒单, 但周边块信息维护模块103需要维护左边宏块的信息以及维护上面一排宏块的 信息,资源消耗过大。

作为本发明的优选实施例,由软件控制单元200维护上宏块中语法元素的 信息,周边块信息维护模块103维护左宏块语法元素的信息,这样软硬件交互 过程简单了,硬件消耗的资源也仅仅是维护左面一个或两个(在mbaff模式中) 宏块中语法元素的信息。

内容概率模型存储器104是一个存储所有语法元素所需要的概率模型的 RAM。内容概率模型存储器104中存储的概率模型一共有399个,这是解码整 个mb层所有语法元素所需要的全部概率模型信息。

内容概率模型选捧模块105包含了所有语法元素的所有bin的概率模型选择策略,确定解码当前语法元素中的每个bin所需要的概率模型。内容概率模 型选择模块105输出的结果类似一个指针,指示单bin解码单元106在解码当 前的语法元素中的每个bin时从内容概率模型存储器104所提供的概率模型中 该选择哪个概率模型。确定选择概率模型的原则 一是当前解码的是哪个语法元 素,二是解码该语法元素中的是哪个bin,三是周边块对应的该语法元素的值。 确定选择概率模型的规则在H.264协议进行了描述,参见JVT-G050, "Draft ITU-T Recommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10 AVC" in JVT of ISO/IEC doc, T.Wig,Ed.,Pattaya, Thailand, Mar.2003,本发明全部引用,不再赘述。

单bin解码单元106用来解码每个语法元素的bin,解码方式采用H.264协 议规定的标准CABAC算术解码方式,参见JVT-G050, "Draft ITU-T Recommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10 AVC" in JVT of ISO/IEC doc, T.Wig,Ed.,Pattaya, Thailand, Mar.2003,本发明全部引用,不再赘述。解码过程 中需要的码流数据从码流管理模块102中获得,解码过程中需要的概率模型从 内容概率模型緩存器108中获得。单bin解码单元106解码后的结果送到重组 bin单元107,用来做语法元素的重建。

由于单bin解码单元106仅仅是解码某个语法元素中的一个bin,要从解码 bin的结果中恢复出解码最终的语法元素,还要有一个重组bin的过程,使之成 为最后需要的语法元素,重组bin单元107完成语法元素的组装。每个语法元 素的组装方式是不同的,组装的依据是解码的当前语法元素的类型,组装规则 按照H.264协议规定来完成。完成语法元素的组装后,重组bin单元107把解 码得到的语法元素发送给软件控制单元200,同时将后续解码所需要的周边块 信息的语法元素输入至周边块信息维护模块103中,作为解码后续语法元素的 参考信息。

在上述实施例中,单bin解码单元106从内容概率模型存储器104中直接 选择,由于受到RAM读取的限制,选择和更新概率模型会大大影响解码的效 率。作为本发明的一个优选实施例,如图5所示,把解码某一类语法元素所需要的概率模型读到内容概率模型緩存器108中,内容概率模型缓存器108是一

个高速緩存器(Cache),为单bin解码单元106调用内容概率模型提供高速緩 存,以提高选择和更新内容概率模型的效率。当收到内容概率模型选择模块105 提供的指示信号后,内容概率模型緩存器108将对应的概率模型送到单bin解 码单元106。

解码每个bin都要对相应的内容概率模型进行更新,为了避免反复从内容 概率模型存储器104中载入模型并且回写更新后的的内容概率模型,内容概率 模型緩存器108设置了 44个7bits寄存器。所有的内容概率模型根据它们可能 的调用顺序分组。解码一个宏块的过程中,每组内容概率模型仅被载入寄存器 组一次,全部使用完更新完毕后回写一次,每组的内容概率模型总个数不超过 44个内容概率才莫型。

作为本发明的一个实施例,才艮据语法元素的调用顺序,所有内容概率模型 被分为如下18组:

第1组:mb—skip—flag;

第2组:mb_field—decoding_flag;

第3组:mb—type for SI slice;

第4組:mb一type for I slice;

第5组:mb一type for P slice;

第6组:mb_type for B slice;

第7组:sub_mb—type for P slice;

第8组:sub—mb—type for B slice;

第9组:syntax elements for intra prediction mode, including prev—inrta4x4_pred—mode—flag, rem—intra4x4jpred一mode, intra—chromajpred—mode;

第IO组:ref—idx;

第11组:abs—mvd;第12组:coded—block_pattern; 第13组:mb—dq_delta;

第14组:解码DC系数intral6*16模式coded—block_flag, significant—coeff—flag, last—significant—coeff—flag, coeff—abs—level—minus 1;

第15组:解码AC系数intral6*16模式coded—block_flag, significant—coeff—flag, last—significant—coeff—flag, coeff—abs—level—minus 1;

第16组:解码系数非intral 6*16模式coded—block_flag, significant_coeff—flag: last_significant—coeff—flag, coeff—abs—level—minus 1;

第17组:解码DC系数色度模式coded_block—flag, significant_coeff_flag, last—significant—coeff—flag, coeff—abs—level—minus 1;

第18组:解码AC系数色度模式coded—block_flag, significant_coeff_flag, last—significant—coeff—flag, coeff—abs—level—minus 1 。

需要说明的是,上述内容概率模型的分组方式是灵活可变的,只要能保证 解码当前的某一类语法元素所需要的内容概率模型都能通过内容概率模型緩存 器108访问到即可。

软件控制单元200是对硬件解码单元100的CABAC解码过程进行配置和 控制的计算机程序,装载在CPU (Central Processing Unit,中央处理器)或者 DSP (Digital Signal Processor,数字信号处理器)等中运行,通过接口单元300 实现对硬件解码单元100的解码配置和控制,具体包括:

(1) 对硬件解码单元100进行系统初始化;

(2) 配置CABAC解码过程中所需要的周边块信息以及码流数据; (3 ) 乂人硬件解码单元100中读出解码得到的结果数据;

(4)发出控制信号,控制硬件解码单元100执行CABAC解码过程。 在本发明的一个实施例中,对宏块解码之前,软件控制单元200检查硬件 解码单元100是否有填充码流的需要,如果有首先把需要填充的码流填充完毕, 然后再启动宏块的解码流程。图6、图7分别示出了软件控制单元200控制硬件解码单元100解码P、 B 帧以及I帧的实现流程。

整个流程可以分为两个部分, 一部分是软件控制单元200对硬件解码单元 100的配置,即软件控制单元200向硬件解码单元100写入配置数据、码流数 据以及控制数据;另一部分是软件控制单元200从硬件解码单元100中读出数 据,读出的数据指的是硬件解码单元100通过软件控制单元200的配置和控制 解码得到的相应的语法元素。

软件控制单元200对硬件解码单元100的配置过程包括配置解码skip信息、 配置解码field信息、配置解码mb—layer信息和load码流。软件控制单元200 从硬件解码单元100中读出数据的过程包括读取skip信息、读取field信息、读 取mb—layer层解码信息以及读取end—slice信息。

从图6、图7中可以看出,解码P、 B帧和解码I帧的区别在于在软件控制 单元200对硬件解码单元100的配置上多了 一个对skip解码的控制过程,如果 解码得到的skip的值为1,则完成整个宏块层的解码,否则继续解码宏块层的 语法元素,这个过程和解码I帧的控制过程相同。

以下以P帧和B帧的解码过程进行描述:

步骤S601中,软件控制单元200对硬件解码单元100配置解码skip语法 元素所需要的周边块信息,然后发出skip解码启动信号;

步骤S602中,石更件解码单元100接受到启动信号后开始解码skip这个语 法元素;

步骤S603中,软件控制单元200读出硬件解码单元100解码得到的skip 的结果值;

步骤S604中,软件控制单元200判断如果skip的值是否为1,是则对整个 宏块的解码结束,否则继续执行步骤S605;

步骤S605中,软件控制单元200判断是否需要解码field这个语法元素, 即dec—field—flag是否为1,是则执行步骤S606,否则执行步骤S609;步骤S606中,软件控制单元200向硬件解码单元100配置解码field所需 要的周边块信息,并发出field解码启动信号。解码field的前提条件是在mbaff 模式中,然后判断当前解码的宏块是否为宏块对中的上宏块,如果是则条件成 立,否则判断上宏块是否skip宏块,如果是条件也成立;

步骤S607中,硬件解码单元100接收到field解码启动信号后,开始进行 field这个语法元素的解码;

步骤S608中,硬件解码单元100解码field完毕后,软件控制单元200读 出field解码得到的结果数据;

步骤S609中,软件控制单元200向硬件解码单元100配置解码mb—layer 解码所需要的周边块信息,并发出mb—layer解码启动信号;

步骤S610中,硬件解码单元100接受到mb—layer解码启动信号后,开始 对mb—layer层语法元素进行解码;

步骤S611中,硬件解码单元100解码完毕后,软件控制单元200读出 mbjayer层解码得到的结果数据;

步骤S612中,硬件解码单元100判断load—bits—flag是否为1,即是否需要 向硬件解码单元100中填充码流数据,如果是则执行步骤S613,否则结束;

步骤S613中,硬件解码单元100内部中断,请求软件控制单元200向硬件 解码单元100填充码流,码流填充完毕后,硬件解码单元100自动取消内部中 断,恢复解码。需要说明的是,在mb一layer解码完毕后,软件控制单元200查 询硬件解码单元100内部的码流存储器1021是否为空,如果为空,则软件控制 单元200向硬件解码单元100中填充码流,目的是使得硬件解码单元100内部 的码流存储器1021的码流为满,减少mb—layer解码过程中因为码流耗尽而导 致过多的中断次数,降低硬件解码单元100的解码效率;

步骤S614中,软件控制单元200如果判断mbjayer解码得到的当前宏块 是1—PCM类型,那么软件控制单元200从硬件解码单元100中得到码流被消耗 的信息,然后将硬件解码单元IOO外部的码流对应为I PCM部分直接还原为宏块的图像,再将剩余码流重新填充到硬件解码单元100中,这个码流填充过程

默认为硬件解码单元100中码流存储器1021全部为空;

步骤S615中,硬件解码单元100解码软件控制单元200重新填充的码流的 mb—layer中的语法元素;

步骤S616中,硬件解码单元100解码end—slice语法元素,end_slice语法 元素一般在mb—layer层就已经被解码并且被软件控制单元200读出,但当宏块 为I一PCM类型时是个特例,这时需要在软件控制单元200还原I_PCM数据, 再将码流重新填充到硬件解码单元100之后,由硬件解码单元100完成对 end_slice的解码。硬件解码单元100解码完毕后,由软件控制单元200读出 end—slice语法元素。

图7示出了对I帧的解码过程,其中步骤S701 ~ 712与上述步骤S605 ~ 616 相同,不再赘述。

接口单元300负责硬件解码单元100与软件控制单元200交互信息的传递, 传递硬件解码单元IOO在解码过程中需要配置的码流数据、周边块信息以及控 制信号,其中周边块信息包括:

(1) 相邻块是否存在信号avaible_flag;

(2) 相邻块是否为skip块信号skip—flag; (3 )相邻块帧场模式信号field—flag;

(4)相邻块宏块type信号以及sub—mbjype信号; (5 )相邻块的CBP信号以及CBF信号;

(6) 相邻块是帧内宏块是还是帧间块宏块的信号;

(7) 相邻块色度预测模式信号;

(8) 相邻块dquant的信号;

(9) 相邻块的mvd和参考帧refframe的信息; (10 )当前slice是否mbaff模式的信号;

(11)当前slice类型信号,即判断当前帧是I帧,P帧还是B帧;(12 )当前slice头解石马4寻到的num—refidx0—minus 1, num—refidxl—minus 1 , slice—data_partition以及constrained—intra_predflag 4言,包'。

接口单元300包含了 一系列寄存器和一组存储器RAM。接口单元300为每 一个寄存器和RAM中的每一个数据段设定地址,软件控制单元200通过访问 这些地址并进行对应地址段的数据读写来完成和接口单元300的交互。

如图8所示,接口单元300包括译码电路301、配置寄存器组302、输出结 果寄存器组303以及输出结果存储器304。

译码电路301完成软件控制单元200到接口单元300的地址译码,从而实 现软件控制单元200对接口单元300的数据读写。

配置寄存器组302存储软件控制单元200通过译码电路301写入的对硬件 解码单元100进行解码控制的配置信息。

硬件解码单元100将解码得到的结果写入到接口单元300中,其中得到的 MVD数据和coeff数据写入到输出结果存储器304中,其他的语法元素直接写 入到输出结果寄存器组303中。软件控制单元200通过读取对应地址空间中的 数据就可以将硬件解码单元100解码得到的结果数据读出来。

需要说明的是,在本发明中,接口单元300对相邻块的配置方法有多种, 可以配置完备的上相邻块信息和左相邻块信息;也可以只配置上相邻块信息, 不配置左相邻块信息,左相邻块信息由硬件解码单元100自身维护;也可以只 配置控制信号,其他的参考的语法元素信息全部由硬件解码单元100来维护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (13)

1、一种基于内容自适应的算术解码系统,其特征在于,所述系统包括硬件解码单元、软件控制单元和接口单元: 所述硬件解码单元,用于对宏块层的所有语法元素进行解码,将所述解码后的语法元素组装后发送给所述软件控制单元; 所述软件控制单元,用于通过接口单元向所述硬件解码单元发送解码控制信号和需要解码的码流数据,对所述硬件解码单元的解码过程进行控制;以及 所述接口单元,用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信息。
2、 根据权利要求1所述的解码系统,其特征在于,所述硬件解码单元包括 解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、 周边块信息维护^^莫块、单bin解码单元以及重组bin单元,其中:所述解码控制单元,用于接收所述解码控制信号,对所述硬件解码单元的 解码过程进行控制;所述码流管理模块,用于接收码流数据,将所述码流数据输入至所述单bin 解码单元;.所述内容概率模型存储器,用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型, 所述内容概率模型为399个;所述周边块信息维护模块,用于维护解码当前块的周边块信息;所述内容概率模型选择模块,用于根据所述周边块信息维护模块提供的周 边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型,向 所述内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号;所述单bin解码单元,用于根据所述内容概率模型存储器提供的内容概率 模型,对所述码流管理模块输入的码流数据进行解码,并将解码结果输出至所 述重组bin单元;所述重组bin单元,用于将所述单bin解码单元输入的单bin解码结果组装成语法元素,并经所述接口单元将所述语法元素输入到所述软件控制单元,同 时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至所述周边块信息维护模 块。
3、 如权利要求2所述的解码系统,其特征在于,所述硬件解码单元进一步 包括内容概率模型緩存器,用于緩存解码语法元素所需要的内容概率模型,根 据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型 发送到单bin解码单元;同时,接收单bin解码单元更新后的内容概率模型,并 将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
4、 如权利要求2所述的解码系统,其特征在于,内容概率模型緩存器进一 步包括一个寄存器组,所述寄存器组包括多个寄存器,用于緩存单bin解码单 元所需要的内容概率模型。
5、 如权利要求2或3所述的解码系统,其特征在于,所述码流管理模块进 一步包括码流存储器,用于存储码流数据并向单bin解码单元提供码流数据;当所述码流存储器存储的码流数据要被消耗完毕时,码流管理模块向所述 软件控制单元提出码流载入的请求。
6、 如权利要求3所述的解码系统,其特征在于,所述周边块信息维护模块 具体包括:第一组寄存器,用于存储左相邻块信息; 第二组寄存器,用于存储上相邻块信息。
7、 如权利要求1所述的解码系统,其特征在于,所述接口单元具体包括: 译码电路,用于对所述软件控制单元到所述接口单元读写数据进行地址译码;配置寄存器组,用于存储所述软件控制单元通过译码电路写入的解码配置 信息;以及输出结果存储器和输出结果寄存器组,用于存储所述单bin解码单元输入 的解码结果。
8、 如权利要求1所述的解码系统,其特征在于,所述交互信息包括码流数据、周边块信息以及解码控制信号,所述解码控制信号包括解码skip的开启信 号、解码field的开启信号以及解码mb一layer的开启信号。
9、 一种基于内容自适应的解码装置,其特征在于,所述解码装置通过硬件 实现,包括解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率 模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解码单元以及重组bin单元,其中:所述解码控制单元,用于接收所述解码控制信号,对所述基于内容自适应 的解码装置的解码过程进行控制;所述码流管理模块,用于接收码流数据,将所述码流数据输入至所述单bin 解码单元;所述内容概率模型存储器,用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型, 所述内容概率模型为399个;所述周边块信息维护模块,用于维护解码当前块的周边块信息;所述内容概率模型选择模块,用于根据所述周边块信息维护模块提供的周 边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型,向 所述内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号;所述单bin解码单元,用于根据所述内容概率模型存储器提供的内容概率 模型,对所述码流管理;漠块输入的码流数据进行解码,并将解码结果输出至所 述重组bin单元;所述重组bin单元,用于将所述单bin解码单元输入的单bin解码结果组装 成语法元素,并经所述接口单元将所述语法元素输入到所述软件控制单元,同 时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至所述周边块信息维护模 块。
10、 如权利要求9所述的解码装置,其特征在于,所述硬件解码单元进一 步包括内容概率模型緩存器,用于緩存解码语法元素所需要的内容概率模型, 根据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型发送到单bin解码单元;同时,接收单bin解码单元更新后的内容概率模型, 并将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
11、 如权利要求IO所述的解码装置,其特征在于,内容概率模型缓存器进 一步包括一个寄存器组,所述寄存器组包括多个寄存器,用于緩存单bin解码 单元所需要的内容概率模型。
12、 如权利要求9或IO所述的解码装置,其特征在于,所述码流管理模块 进一步包括码流存储器,用于存储码流数据并向单bin解码单元提供码流数据;当所述码流存储器存储的码流数据要被消耗完毕时,码流管理模块向所述 软件控制单元提出码流载入的请求。
13、 如权利要求9所述的解码装置,其特征在于,所述周边块信息维护模 块具体包括:第一组寄存器,用于存储左相邻块信息; 第二组寄存器,用于存储上相邻块信息。
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