CN1070010C - 采用sdtv解码asic的hdtv视频解码器及其解码方法 - Google Patents

Abstract

一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器及其解码方法，所说视频解码器包括去复用器(1)，码流分割单元(2)，视频解码单元(3)，后处理单元(4)；码流分割单元(2)以十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辩率小于等于已有的SDTV图象的分辩率，所说视频解码单元包括：n个子解码器(31-1至31-n)，与上述n个子解码器(31-1至31-n)对应的n个帧存储器(33-1至33-n)，以及一个存储器仲裁器32；每个子解码器的核心是一个MPEG-2视频解码ASIC，在运动估算越界时，增加帧存储器仲裁逻辑，以处理不同子解码器的数据通信问题。

Description

采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器及其解码方法

本发明涉及视频解码技术，具体地涉及到采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器及其解码方法。

当前，通用的数字高清晰度电视编码技术是MPEG-2技术。它由ISO/IEC13818文件描述。由于高清晰度电视视频编码器的计算量十分巨大，需要通过并行处理才能达到实时性要求。

鉴于MPEG-2HDTV视频编码器的巨大计算量和计算速度。当前采用将HDTV画面分成若干子图象，对每个子图象用一个视频编码器进行编码，通过多个子编码器协同工作来实时地实现HDTV视频编码的体系结构。同样，在解码端再将码流分割成为多个子图象，分别对子图象进行解码。最后，为了显示高清晰度电视画面，就必须将这些低分辩率的子图象数字视频信号合成为高清晰度电视信号。

例如，美国大联盟(GA)解码器将一个HDTV图象划分为多个水平条，但所划分成水平条的子图象与现有的SDTV图象格式不兼容。因此，需要开发专用的解码芯片，不能充分地利用已有的SDTV解码芯片和系统设备。

因此，本发明的目的是提供一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器及其解码方法。

鉴于HDTV视频解码所需的运算量很大，本发明采用十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辨率小于等于已有的SDTV图象的分辨率。

采用若干片视频解码ASIC并行解码，可以实现本发明提出的HDTV视频解码器。设计芯片时，也可以在芯片中集成若干个SDTV视频解码核，用单片ASIC实现HDTV视频解码。

采用十字划分的方法，每一个子图象均是SDTV级的图象，可以充分复用现有的SDTV级系统设备。同时，也很容易实现HDTV的兼容。

由于多个SDTV解码核，相对独立地并行解码，因而可以同时解码多路SDTV信号，经过后处理，可以很容易地实现各种特殊功能，如多路SDTV同时显示，画中画等。

本发明的实质是对HDTV级的视频码流解析，将单个HDTV视频流分成若干个SDTV级的视频流，由若干个SDTV级的解码ASIC解码后，再合成为一路HDTV视频数据。经过后处理之后，进行显示。对于多个SDTV节目，可由多个SDTV子解码器解码，输出多路SDTV信号。

按照本发明的一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器，它包括去复用器，码流分割单元，视频解码单元，后处理单元；进入视频解码器的是符合MPEG-2标准的高清晰度电视数据码流，其特征在于：

码流分割单元以十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辨率小于等于已有的SDTV图象的分辩率，然后分别送入视频解码单元中的各个子解码器，以对所分割的各个子图象码流进行解码，经解码的数据视频信号再送到后期处理单元，后期处理单元将解码的多路视频信号合成为一路高清晰度电视级视频数据，并进行D/A变换，以变换成模拟高清晰度电视视频信号，最后送到显示单元进行显示。

上述的采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器，其特征在于：所说视频解码单元包括：n个子解码器，与上述n个子解码器对应的n个帧存储器，以及一个存储器仲裁器；每个子解码器的核心是一个MPEG-2视频解码ASIC，在运动估算越界时，增加帧存储器仲裁逻辑，以处理不同子解码器的数据通信问题。

按照本发明的一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的解码方法，所说视频解码器包括包括去复用器，码流分割单元，视频解码单元，后处理单元；其特征在于：

(1)将输入的HDTV码流进行去复用，以分成视频，音频和辅助数据；

(2)采用十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辩率小于等于已有的SDTV图象的分辩率；

(3)将上述所分割的各个子图象分别用SDTV解码ASIC解码；

(4)将上述所解码的各个子图象数据合成为一路解码的HDTV图象数据。

按照上述的采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的解码方法，其特征在于：

如果运动矢量估算不越界，则每个子图象最大为720×576象素(SDTV标准)；

如果运动矢量估算越界，则每个子图象加上运动估算范围不超过720×576象素，即：

H-SIZE+HMV≤720(边缘子图象)

H-SIZE+2HMV≤720(中央子图象)

V-SIZE+VMV≤560(边缘子图象)

V-SIZE+2VMV≤560(中央子图象)其中，H-SIZE表示子图象水平象素数，HMV表示水平运动估算范围，V-SIZE表示子图象的垂直象素数，VMV表示垂直运动估算范围，对于不够720×560象素大小的子图象再补充一此空宏块/SLICE，以扩充至720×576。

按照上述的采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的解码方法，其特征在于：

如果运动补偿在本原始子图象内，子解码器读帧存储器时，帧存储器仲裁不作干预；如果运动补偿越界，帧存储器仲裁发生作用。

下面将结合附图对本发明的最佳实施例进行描述。

图1显示了按照本发明的视频解码方法的子图象划分方法的一个例子；

图2为按照本发明的采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的方框图；

图3为图2中视频解码单元的结构方框图；

本发明采用十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辩率小于等于已有的SDTV图象的分辩率。比如将一个HDTV图象划分成n个子图象，比如4,6，或9个子图象。如图1A所示的是9个子图象的情况。

本发明的子图象划分原则是：如果运动矢量估算不越界，则每个子图象最大为720×576象素(SDTV标准)；如果运动矢量估算越界，则每个子图象加上运动估算范围不超过720×576象素，即：

H-SIZE+HMV≤720(边缘子图象)

H-SIZE+2HMV≤720(中央子图象)

V-SIZE+VMV≤560(边缘子图象)

V-SIZE+2VMV≤560(中央子图象)其中，H-SIZE表示子图象水平象素数，HMV表示水平运动估算范围，V-SIZE表示子图象的垂直象素数，VMV表示垂直运动估算范围，如图1B所示。

具体地，对于MP@H1440L图象，分辩率为1440×1152，在运动估算不越界的情况下，分成四路720×576子图象。对于MP@HL图象，分辩率为1920×1080，分为6路，在运动估算范围小于±48×±36的情况下，每个子图象原始大小分别为：水平672,576,672；垂直540,540，对于每个子图象再分别补充一些空宏块/SLICE，以扩充至720×576。

按照本发明所提出的采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器见图2。所说HDTV视频解码器由以下几大部分组成：去复用器1，码流分割单元2，视频解码单元3，后处理单元4等。

在图2中，进入视频解码器的是高清晰度电视数据码流，它符合MPEG-2标准。首先去复用器1对该HDTV码流进行去复用，以将该码流分成视频，音频和辅助数据。并分三路输出，即向码流分割单元2输出视频流，向音频解码端(未显示)输出音频流，向辅助数据口输出辅助数据流。因为视频流是高清晰度级的，所以在进入视频解码器前先利用码流分割单元2对码流进行分割，以降低解码所需的计算量和速度，然后分别送入视频解码单元3中的各个子解码器31-1至31-n(参见图3)，以对所分割的各个子图象码流进行解码，经解码的数据视频信号再送到后期处理单元4，后期处理单元4将解码的多路视频信号合成为一路高清晰度电视级视频数据，并进行D/A变换，以变换成模拟高清晰度电视视频信号，最后送到显示单元(未显示)进行显示。

具体地说，上述的解码器接收的是MPEG-2TS码流。去复用器1将该TS码流划分成视频PES，音频PES和辅助数据。如果输入的是HDTV码流，则输出单路HDTVPES给码流分割单元；另一方面，如果输入的是多节目SDTV码流，则可选择输出多路SDTVPES给视频解码单元。码流分割单元2将单路HDTVPES分成多路MP@MLPES。对于PES头和Picture头，所作的修改包括：PES-packet-length,horizontal-size,Vertical-size,bit rate,VBV-buffer-size,VBV-delay,profile-and-level-indication，使之符合MPEG-2MP@ML语法规范。在SLICE层修改slice-veritcal-posi-tion和macroblock-address-increment。为了实现子图象划分，要求编码器在编码时，每个待划分的子图象边界都有SLICE头。如果运动矢量越界，如图1B所示，原始子图象大小为H-SIZE×V-SIZE。它们需要扩充至720×576，那么在运动估算边界处补充SLICE或宏块，使之扩充至720×576。补充SLICE/宏块的方法是：依照MPEG-2规定，如果能补充跳跃的宏块，则补充跳跃的宏块。否则，补充一个很简单的宏块，其交流系数全为0，运动矢量也全为0。

下面将结合图3来描述上述视频解码器中的视频解码单元。它包括：n个子解码器31-1至31-n，与上述n个子解码器31-1至31-n对应的n个帧存储器33-1至33-n，以及一个存储器仲裁器32。每个子解码器的核心是一个MPEG-2视频解码ASIC，每片ASICE有自己的存储器，作为通道缓冲器帧存储器等。在运动估算越界时，增加帧存储器仲裁逻辑，以处理不同子解码器的数据通信问题。该解码单元有三种工作方式：

1，多路SDTV，这时每片解码器都有自己的存储器，各个独立工作。

2，HDTV，不越界，这时等同于1，

在1,2两种情况下，不需要帧存储器仲裁。

3,HDTV越界，帧存储器仲裁发生作用。

视频帧存储器位于片外存储器中。参考帧每一个MB放在什么位置均已知。如果运动补偿在本原始子图象内，解码器读帧存储器时，帧存储器仲裁不作干预；如果运动补偿越界，待取的参考帧数据在其余解码器的帧存储器内。当解码器取参考帧数据时，根据地址可判断出这种情况。这时帧存储器仲裁发生作用，不到该解码器的帧存储器内取数据，而是生成地址到其余解码器的帧存储器内，取出正确的参考帧数据，从而实现运动补偿越界。

回到图2，在后处理单元4中，对输入的视频数据进行处理。它可以：(1)将输入的多路SDTV级视频数据合成一路HDTV级视频数据，并进行HDTV级的D/A。(2)对多路SDTV视频数据进行处理。根据需要，可以进行多路SDTV级的D/A，输出多路SDTV级的视频信号；也可进行画中画等处理。进行单路SDTV级D/A，输出单路SDTV级视频信号；或者简单地选择一路作SDTV级D/A，输出一路SDTV级视频信号。

Claims (3)

1．一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器，它包括去复用器(1)，码流分割单元(2)，视频繁解码单元(3)，后处理单元(4)，进入视频解码器的是符号MPEG-2标准的高清晰度电视数据码流，其特征在于：

码流分割单元(2)以十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辩率小于等于已有的SDTV图象的分辩率，然后分别送入视频解码单元(3)中的各个子解码器(31-1至31-n)，以对所分割的各个子图象码流进行解码，经解码的数据视频信号合成为一路高清晰度电视视频数据，并进行D/A变换，以变换成模拟高清晰度电视视频信号，最后送到显示单元进行显示；

所说视频解码单元包括：n个子解码器(31-1至31-n)，与上述n个子解码器(31-1至少1-n)对应的n个帧存储器(33-1至少33-n)以及一个存储器仲裁器(32)；每个子解码器的核心是一个MPEG-2视频解码ASIC，在运动估算越界时，增加帧存储器仲裁逻辑，以处理不同子解码器的数据通信问题。

2．一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的解码方法，所说视频解码器包括包括去复用器(1)、码流分割单元(2)、视频解码单元(3)、后处理单元(4)；其特征在于：

(1)将输入的HDTV码流进行去复用，以分成视频，音频和辅助数据；

(2)采用十字划分的方法，将HDTV图象在水平和垂直方向上都进行划分，使每个子图象的分辩率小于等于已有的SDTV图象的分辩率；

(3)将上述所分割的各个子图象分别用SDTV解码ASIC解码；

(4)将上述所解码的各个子图象数据合成为一路解码的HDTV图象数据；

如果运动矢量估算不越界，则每个子图象最大为720×576象素(SDTV标准)；

如果运动矢量估算越界，则每个子图象加上运动估算范围不超过720×576象素，即：

H_SIZE+HMV≤720(边缘子图象)

H_SIZE+2VMV≤720(中央子图象)

V_SIZE+HMV≤560(边缘子图象)

V_SIZE+2VMV≤560(中央子图象)其中，H_SIZE表示子图象水平象素数，HMV表示水平运动估算范围，V_SIZE表示子图象的垂直象素数，VMV表示垂直运动估算范围，对于不够720*560象素大小的子图象再补充一些空宏块/SLICE，以扩充至720*576。

3．按照权利要求2的一种采用SDTV解码ASIC的HDTV视频解码器的解码方法，其特征在于：如果运动补偿在本原始子图象内，子解码器读帧存储器时，帧存储器仲裁不作干预；如果运动补偿越界，帧存储器仲裁发生作用。

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