CN1110205C - 并行解码的数字信源解码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于各种数字视频设备的并行解码的数字信源解码器。本发明采用并行解码，降低了数字信源解码器工作频率，提高了系统稳定性，便于系统的硬件实现。在本发明中，使用几块核心解码板对输入视频码流实施并行解码；同时，通过每块板上的附加存储器，很好地解决了运动矢量过界问题，使并行处理后的图像可以实现无缝连接。本发明并行解码的数字信源解码器完全可以适用于各种清晰度的数字视频设备，结构合理，控制灵活。
Description
本发明涉及一种数字视频解码器，特别涉及一种用于各种数字视频设备的并行解码的数字信源解码器。
数字信源解码器是数字视频领域的重要设备，其通用国际标准为MPEG-2标准，它由ISO/IEC 13818文件描述。由于MPEG-2标准中所规定的视频解码过程十分复杂，如果采用串行解码，解码工作频率将会很高，而且随着被解码图像清晰度的提高，解码工作频率还会进一步提高。因此，为了降低解码工作频率，提高系统稳定性，必须采用并行解码。并行解码是指将被解码图像按照一定方式划分为几个部分，每一部分图像的视频码流由一个解码单元进行解码，在同一时间内由几个解码单元共同完成对整个图像视频码流的解码，并最终恢复出全部视频图像数据。
并行解码常见的划分方式主要有3种“十字”划分、按水平方向划分为垂直条和按垂直方向划分为水平条，如图1所示。按照MPEG-2标准，在起始码的最小头信息为Slice头，即可以通过开始码很容易地在码流中找到Slice头。但Slice以下结构，如Macroblock和Block都没有开始码，若想找到其准确的开始位置，必须经过变长解码。由于变长解码是视频解码过程中较为复杂的解码方法，也是解码过程中速度的瓶颈，不宜在码流划分时采用。因此，较为简单易行的码流划分方法是按Slice划分。由于按水平方向上分成垂直条和“十字”划分都必须破坏Slice结构，或者只能适用于特殊编码器，因此，这两种方法都不能采用。而在垂直方向上分成水平的几条，如图1(C)所示，可以完全按照Slice结构进行码流划分，而且每个水平条最多只同与之相邻的两个水平条有数据交换，便于运动矢量过界问题的解决，因此本发明采用垂直方向上分成水平条的划分方法。
本发明的目的是提供一种并行解码的数字信源解码器，该解码器用于降低数字信源解码器工作频率，提高系统稳定性；同时，通过附加存储器来很好地解决运动矢量过界问题，实现解码后图像的无缝连接。
根据上述目的，本发明并行解码的数字信源解码器，包括：解复用单元、系统控制单元、核心解码单元、显示缓存单元、后处理单元等，其特征在于，所述的系统控制单元，根据视频Slice的垂直位置，解码器的系统控制单元将视频码流分成几个部分，并与各种解码参数一起分别送到相应的几个核心解码板上，进行同步的并行解码和处理。所述的核心解码单元由多块核心解码板组成，各核心解码板根据各种解码参数，分别对送到板上的视频码流进行并行同步解码，最终得到视频YUV数据。核心解码单元的各核心解码板上都附加了存储器，用于各板上参考帧存的扩展，从而解决了视频图像的运动矢量过界问题，实现了解码后图像的无缝连接，附加存储器的作用是用来存储相邻两个核心解码板上输出的参考帧数据，为随后该板上的P帧和B帧的解码提供必需的视频预测值，附加存储器的容量可以根据码流的视频格式和参数进行调整。
本发明具有下列优点：1、本发明采用了并行解码，可以降低解码工作频率，提高系统的稳定性；2、本发明通过附加存储器对各核心解码板上的参考帧存进行扩展，很好地解决了运动矢量过界问题；3、本发明的各核心解码板的结构完全相同，工作同步，从而减少了系统底板上的数据传送，便于系统硬件调试。
本发明的上述目的和其它优点在参照附图和具体实施例的详细描述中将变得显而易见。其中：
图1表示并行解码常见的划分方式；
图2表示本发明并行解码的数字信源解码器方框图；
图3表示本发明的各核心解码板上的附加存储器的结构方框图；
图4表示本发明一个实施例的并行解码的数字HDTV信源解码器的方框图；
图5表示数字HDTV信源解码器中核心解码板上附加存储器的结构方框图。
图2表示本发明的并行解码的数字信源解码器的方框图。在图2中，该数字信源解码器包括：解复用单元1、系统控制单元2、核心解码单元3、显示缓存单元4和后处理单元5等。其中核心解码单元3由多块核心解码板(1……n)组成，每块核心解码板由视频解码电路和附加存储器组成。解复用单元1对符合MPEG-2系统层标准的TS流进行解码，将其分解为视频PES流、音频PES流和辅助数据PES流，并将它们分别送到各自接口。系统控制单元2将完成对视频PES流的解码，将其解码为视频基本流，并送入输入缓存器。从输入缓存器输出的视频码流将被解码至Slice层，并根据Slice开始码后的垂直位置(8bit)值，将每帧的视频码流划分成几个部分，然后与各种解码参数一起分别送到几块核心解码板(1……n)上。核心解码单元3中的几块核心解码板根据各种解码参数，分别对送到板上的视频码流进行同步解码，并最终得到视频YUV数据。这些视频YUV数据除送到显示缓存单元4外，如果当前帧是I帧或P帧，则YUV数据还将写入各自板上的参考帧存器，作为随后的P帧或B帧的预测帧。送到显示缓存的视频YUV数据将重新合并为整帧图像，并按照显示顺序送到后处理单元5，后处理单元5对视频YUV进行色度内插、矩阵变换和D/A变换，最后将模拟RGB信号输出到监视器6，此时监视器6上显示出复原的数字视频图像。
采用并行解码可以降低解码工作频率，提高系统稳定性，但也会带来运动矢量过界问题，即在各板的交界处，由于垂直方向运动矢量的原因，本板上的参考数据需从相邻的核心解码板的参考帧存器中获得。如果不解决运动矢量过界问题，在各板解码图像的交界处会出现错块，无法实现图像的无缝连接，从而影响图像质量。为了解决上述问题，在本发明中，在每块核心解码板(1……n)上都增加了附加存储器，对各板上的参考帧存进行了扩展，使得每块核心解码板(1……n)解出的I/P帧视频数据除写入本板上的参考帧存器外，还将写入相邻核心解码板的参考帧存(附加存储器)中。这样每块核心解码板上的参考帧存器中都有相邻核心解解码板解出的I/P帧数据，使得随后P/B帧做运动补偿时所需的参考数据在本板的参考帧存内可以找到，从而解决了运动矢量过界的问题。各核心解码板上附加存储器的结构方框图如图3所示。
本发明中，由于核心解码单元3所使用的核心解码板(1……n)在硬件结构上可以完全相同，因此各板可以完全同步地进行工作，每块板上输出数据的时序也可以完全一致。这样，各板之间的数据交换只需传送解码后的视频YUV数据，而完全兼容的写入地址和使能等控制信号则无需互相传送。所以，在系统底板上不用增加太多的总线，只需在每块解码板上通过附加存储器将参考帧存适当地扩大，即可解决运动矢量过界的问题，实现解码后图像的无缝连接。
图4表示本发明一个实施例的并行解码的数字HDTV信源解码器的方框图，在本实施例中，数字HDTV的输入视频格式为1440×1152(MP&H1440L)。本数字HDTV信源解码器的核心解码单元由九块核心解码板组成。整个数字HDTV信源解码器的输入为符合MPEG-2系统层标准的TS流。解复用单元41先将TS流分解为视频PES流、音频PES流和数据PES流，并将视频PES流送到系统控制单元42。系统控制单元42对视频PES流进行解码，将得到视频码流送入输入缓存器。从输入缓存器输出的视频码流被解码到Slice层，然后按照Slice开始码后面的垂直位置(8bit)的值，将72个Slice分成9等份，第1-8个Slice送入核心解码板1，第9-16个Slice送入核心解码单元43的核心解码板2，以此类推，将65-72Slice送到第9块核心解码板。每块核心解码板将根据各种解码参数同步地完成8个Slice的解码，然后分别将各自解出的YUV数据送到显示缓存单元44，显示缓存单元44将9块板的视频YUV数据合成整帧数据，并按照显示顺序将它们送到后处理单元45。后处理单元45对视频YUV数据进行色度内插、矩阵变换和D/A变换，最后将模拟RGB信号输出到监视器46，此时监视器上将可以看到恢复出的数字HDTV图像。
一般情况下，数字HDTV的垂直运动矢量搜索范围为-64-+63.5，这样，其附加存储器的结构图如图5所示。每块核心解码板除了将自己解出的I/P帧的8个Slice数据存入参考帧存外，还将在附加存储器中分别存储上、下两块与之相邻的核心解码板解出的各4个Slice数据。这样可以保证随后P/B帧做运动补偿时能够找到所需要的参考帧数据，从而解决运动矢量过界问题。
Claims (3)
1.一种用于各种数字视频设备的并行解码的数字信源解码器，包括：解复用单元、系统控制单元、核心解码单元、显示缓存单元、后处理单元等，其特征在于，所述的系统控制单元根据视频Slice的垂直位置，解码器的系统控制单元将视频码流分成几个部分，并与各种解码参数一起分别送到相应的几个核心解码板上，进行同步的并行解码和处理。
2.根据权利要求1的并行解码的数字信源解码器，其特征在于所述的核心解码单元由多块核心解码板组成，各核心解码板根据各种解码参数，分别对送到板上的视频码流进行并行同步解码。最终得到视频YUV数据。
3.根据权利要求1的并行解码的数字信源解码器，其特征在于，核心解码单元的各核心解码板上都附加了存储器，用于各板上参考帧存的扩展，从而解决了视频图像的运动矢量过界问题，实现了解码后图像的无缝连接，附加存储器的作用是用来存储相邻两个核心解码板上输出的参考帧数据，为随后该板上的P帧和B帧的解码提供必需的视频预测值，附加存储器的容量可以根据码流的视频格式和参数进行调整。
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