CN1198468C - 用于视频多处理器系统中频道的处理器分配 - Google Patents

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Abstract

一种有效率的譬如，用以转码视频数据的处理系统。在多处理器的具体实施例中，为数据频道分配处理器以使处理器资源的使用可达最大。从每一频道的样本中测量出各频道的复杂度，然后各处理器以其所分配到的频道的复杂度为基础，得出处理器的累积复杂度。频道分配处理器的方式为：最复杂的频道最先分派，具最小累积复杂度的处理器则接收下一个频道的分派。

Description

用于视频多处理器系统中频道的处理器分配
背景技术
本发明涉及譬如，用以转码数字视频信号的具有一或多个处理器的系统。
通常，有必要将有线电视网路或其类似物中所提供至订户终端的数字视频节目的位率加以调整。譬如，第一组信号可能是通过卫星传送，接收在头端。头端的操作者可能会希望在将馈送至订户的所选节目中加入本地资源，像是储存媒体或本地现场馈送里的节目(譬如，广告节目或其它的内容)。另外，常常还需要在整个可供使用的频道频宽中提供节目。
于是，发展出一种统计式再多工器，或转码器，其处理的是已预压缩的视频位流，将之再压缩成特定的位率。相类似的情况，统计式多工器所处理的则是未压缩的视频数据，将其压缩成所希望的位率。
此种系统中，有若干个数据频道，接受着若干个平行配置的处理器的处理，每一个处理器典型地均可接受多个数据频道。但在某些情况中，像需要许多运算的高画质电视的处理，一个频道的数据将会分成几部份，分派至不同的处理器接受处理。
不过，需要一改良的多处理器系统，此种系统应采用若干个转码器，以处理来自于若干个数据频道的数据。该系统应动态地分配各转码器，处理来自于该等频道的视频数据图框。
本发明提供具上述及其它优点的处理器系统。
发明内容
本发明涉及譬如，用以转码数字视频信号的具有一或多个处理器的系统。
多处理器系统根据各频道的预估处理需求，动态地为视频频道分配处理器。此分配行为的目的在于，使处理资源的使用率达到最大，视频品质因接受处理所受到的影响降至最低，处理能力(即转码器的通量)愈强大，品质衰减愈少。
本发明第二多个处理器处理第一多个视频数据频道的特定方法，其所包含的步骤：捕捉每一频道的数据样本；根据各频道的样本，取得各频道的复杂度测量；将每个频道分配给至少一个处理器以接受处理；各频道根据处理器所分配到的频道的复杂度，维持其执行时累积复杂度的平衡。
为频道分派处理器的分派顺序乃依频道的复杂度相反而行，即高复杂度的频道较低复杂度的频道先行分派。
另外，具最低累积复杂度的处理器接受下一次的频道分派。
相对应的装置亦予以呈现。
附图说明
图1是本发明的多处理器系统。
图2说明了在本发明的多转码器系统中分派已压缩数据的频道至转码器的方法。
具体实施方式
本发明涉及譬如，用以转码数字视频信号的具有一或多个处理器的系统。
图1是本发明的多处理器系统100。
已压缩数据的L个频道均供应至一类似于解多工器的开关130。该等频道可能是譬如，有线电视头端通过传输多工所提供。有些频道可能是通过远端分配点，像是通过卫星接收得来，而有些频道则可能是由当地所提供，像是当地所插入的广告节目或其它的本地节目。传统的解调、修饰、缓冲等步骤并未予以显示，但本领域技术人员应明白其存在。
接受控制器155控制的开关130，可为频道选径至M个转码器(譬如，转码器1(160)，转码器2(170)，…，转码器M)的其中之一。
转码完毕的数据则通过总线190输出，在多工器195处接受多工处理，然后通过传送器197传送至譬如有线电视网路中的终端入口。
提供每一频道的样本(譬如，图段)至分析器140，该分析器则使用相关存储器145来储存这些样本并加以分析。分析后的结果会为控制器155所采用，以作为分配转码器160，170，…，180时的依据。该各转码器160，170，…，180也称之为”转码器核心处理元件”或TPE。
当需要重新规划的情况发生时，譬如，当输入频道的情况变更(譬如，加入、移除了新频道或某频道遭到取代)时，分配TPE以使其得以处理不同频道中的视频图框的动作就需执行。注意，L可以小于、等于或大于M。这也就是说，一个TPE可以处理不止一个频道，譬如，标准画质的电视(SDTV)频道，或是一个频道可以由不止一个处理器来处理，譬如，计算需求非常大的高画质的电视(HDTV)频道。
TPE会分析频道，将频道中的图像型式(譬如，所知的MPEG标准中的I，P或B图像)解码出来以作处理。
本发明可使转码假影现象降至最低，限制TPE转码每一个图框所需的平均通量使其不超过TPE的处理能力。
将频道分派至转码器核心处理元件(TPEs)。
图2说明了于本发明的多转码器系统中，分派已压缩数据的频道至转码器的方法。
本发明分派技术的目标在于平均地分担各TPE的工作负担，使这些资源的使用(即，TPE的可供使用通量)可达最佳情况。此分派技术在启动期间或重规划期间由分析器140执行。启动是自发的。当该多处理器100中有一或多个频道加入、删除或遭到取代时则进入重规划期。
一旦执行完分派技术后，其结果就会传送至控制器155。
方块200，转码器接受初始化，相关的累积复杂度值及累积分辨度值均重置为零。分派法则每重新执行时，此初始化动作即做一次。
方块210，位流分析器140从每一视频频道(方块210)的输入位流中捕捉样本，存入相关存储器145中。此图段最好是一图像组(GOP)的最小单位。已可成功地使用一秒时间长度的样本(30个图框)。该位流分析器140根据图像的型式(I，B或P)及其所捕捉样本中图框的分辨度，来估算频道的处理周期需求(譬如，以下将会讨论的复杂度(Comp[i])；该分辨度的定义为，该输入串流中每秒平均的巨区块数(即，巨区块的平均速率)。该等图像的高、宽及图框率信息均提供在MPEG位流的表头中。有了这些参数，就可得出巨区块率，具体地，巨区块率＝(图像宽/16)*(图像高/16)*图框率，图框率改变或视频分辨度改变时(这在MPEG位流中不常发生)，巨区块率将随之改变。
假设所捕捉到的样本可适度地表现出该输入位流的特征。因此可假设每一频道的复杂度与根据其样本所计算得来的复杂度相同。根据本发明，每一个第i频道的复杂度是B图框数及分辨度(方块220)的函数。具体地，可以使用下列的复杂度测定格式，但其它的测定法也是可以使用。
Comp[i]＝F(M[i])*Res[i]*U[i]*GCBR(输入位率[i]-输出位率[i])，
其中M[i](M＝1，2，3或更高)等于1加上该图段中B图框数(”#”)与P及I图框数的比(即，1+#B/(#P+#1))；Res[i]，该频道的分辨度，是区巨块每秒的平均数目(即，平均的巨区块率)；U[i]则是在有需要时，可设定该频道优先顺序的使用者控制参数。优先顺序较高、平均及较低的频道其U[i]值分别设定为大于1，等于1及小于1。
应注意MPEG标准中各图框的巨区块数目是固定的。不过，不同的视频节目提供者会使用不同的分辨度(譬如，全分辨度，半水平分辨度或3/4水平分辨度)。因为该等输入频道的出处可能各不相同，所以它们的分辨度可能也不一样。
具有相同分辨度及相同GOP结构的频道，其复杂度亦相同。不过，各频道的分辨度及GOP结构时常不尽相同。
若频道的输出入端的位率均是固定的(CBR)，则可再多用上一个因子-GCBR( )，其为输入位率与输出位率的差。分析器140可以使用譬如，位计数器计算出输入位率，而输出位率则是由使用者所设定。
可以使用实验或分析得来的数据来决定函数F( )及GCBR( )。譬如：F(M)：(阿尔发*(M-1)+1)/M，其中阿尔发(譬如，0.75)是B图框名义复杂度与P图框名义复杂度的比。同样地，举例，GCBR(R)＝贝他*R，其中贝他＝0.25每百万bps。
方块230，一旦计算出复杂度估值后，就可以使用迭代的“渴望”法则。以如下的方法将频道分派至TPE。在处理分派的期间，持续地追踪每一个TPE的累积复杂度值，此值为所有分派至TPE的频道其复杂量度的总和(记得一个TPE可以分配到多个频道)。该累积复杂度是每一个TPE在被分派到频道时，其将会消耗的处理周期的指标。选择性地，还可持续追踪累积分辨度，其是一个TPE被分派到的频道的分辨度的总和。
为分派频道至TPE，必须做出一复杂度值阵列，Com[ ]，其排列的顺序乃由大到小。初始，首先将未分派频道中复杂度最高的频道，分派至第一TPE，像是TPE160。第一个接受分派的TPE乃随机选取的，或是以任意预定的方式选取的，这是因为在此时每一个TPE所具有的累积复杂度均相同。
通常，若有多个频道的复杂度值是相同的，则选择具有最高分辨度的频道。若分辨度值再次相同，则选择频道号码较低的那个频道，或者是在这些复杂度值、分辨度值均相同的频道中随机地选取一个。
第一个频道分派过后的TPE挑选，就是选择累积复杂度值最低的那一个。若出现累积复杂度相同的TPE，则选择累积分辨度较低的那一个。若分辨度值仍然相同，则选择该被分派频道数较少的那一个TPE。若被分派的频道数仍然相同，则选择TPE号码较低的那一个TPE。
方块240，检查判断分派该频道之后，是否造成该TPE超载。当该TPE的累积分辨度加上该所选频道的分辨度的和，超过某预定上限(譬如，121,500)时，此超载的情况就会发生。该上限是该TPE处理能力的量化值。譬如，假设一个TPE最多可处理三个全分辨度(720×480个像素)、具有16×16个巨区块的频道，则总分辨度为3*(720/16)*(480/16)*30＝121,500个巨区块。另外，该上限值使得一个TPE所可接受的频道数有了一个最大值，这也就是说，此最大频道数也成了设计TPE时的量化值。
方块250，若判断出将该等未分派频道中具最高复杂度的频道分派之后，会造成超载的情况，则将该频道转分派至具次低累积复杂度的转码器。
若不会造成超载的情况，则将该所分派的频道的复杂度与该接受分派的TPE的累积复杂度相加，以得出该TPE的新累积复杂度(方块260)。同样地，所分派的频道的分辨度亦须与该TPE的累积分辨度相加，以得出该TPE的新累积分辨度。
注意，当有不止一个频道被分派至一TPE时(此处假设的就是这种情况)，则一个TPE的累积复杂度与累积分辨度，在观念上是有关连性的。若只有一个频道被分派至一TPE，则该TPE的累积复杂度及累积分辨度就分别与该所分派频道的复杂度及分辨度相同，因此在TPE的处理能力适于每一个单一频道的假设前提下，就无所谓TPE的超载问题。
方块270，若所有的频道均已分派至转码器，则处理完成，持续等待，直到下一个重规划发生(方块280)，则该处理程序由方块200开始再一次地启动。若尚有其它的频道未被分派，则更处理程序会回到方块230，继续将所剩未分派的频道中具最高复杂度的频道，在不会造成超载的情况下，分派至具最低累积复杂度的TPE。
基本上，该等频道的分派次序是由复杂度高至复杂度低排列的。另外，每一次分派时，所选择接受分派的转码器均是具有最低累积复杂度的转码器。
注意，本例假设一个频道仅由一个TPE处理。当频道的数目小于或等于TPE的数目时，则一个频道分派至一个TPE。亦可以将对本发明扩展到一个频道(譬如，高画质电视频道)需要不止一个TPE来处理的情况。具体地，在方块240处，若高画质电视频道对即使是最低累积复杂度的TPE都造成超载的现象，则该TPE就仅能以其最大的通量处理此频道的一部分(方块230)。然后，再回到方块230，进入下一个分派频道的周期，将该频道的所剩部份，分派至下一个具最低累积复杂度的TPE(如果有必要，则再一次地仅分派该频道的一部份，以避免超载的情况)，直到整个频道均分派完毕为止。
通常，先将高画质电视频道分派出去，会用掉多个TPE。然后再将所剩的TPE通量分给仅需要用掉一部分TPE通量的频道。
注意，所有的频道不必同步(譬如，图框成列)，分析器140使用该样本时，也毋需从图框的边界开始、结束。输入位流的样本应该是够的长，方可正确地代表该频道的统计情况。另外，注意，该分析仅针对位流样本，并非即时的。
于是，可看到本发明提供出一种有效率的视频处理器系统，其中限据频道的复杂度测量，将数据频道分派至处理器以使该处理器的资源使用率达到最大。
虽然要领已以各种较佳具体实施例说明完毕，但应了解，只要定不脱离本专利的权利要求书的范围，均可针对该等具体实施例做各种修改及调整。
譬如，本发明可以使用编码器(编码器可编码未压缩的原始数据)及转码器：譬如，在编码器的应用中，人们可以使用输入视频中移动的量来估算频道的“复杂度”，然后再使用此处所说明的分派法则，将分派处理资源以编码频道。
另外，虽然在所讨论的建置中，各TPE均是相同的，但该分派法则可针对不同处理能力的TPE而修改。具体的，在图的方块130中，人们可以选择使用百分比最低的TPE，而非选择累积复杂度最低的TPE，该使用百分比的定义为(累积复杂度/TPE可处理的最大复杂度)。
虽然此处所讨论的视频的转码及编码具体实施例中，略过了音频数据的处理，但该处理器分派的观念可应用在音频或其它型式的数据上。

Claims (24)

1.一种于第二多个处理器处处理第一多个视频数据频道的方法，包含下列步骤：
捕捉每一频道的数据样本：
根据每一频道的样本，取得每一频道的复杂度测量；
分派每一频道至至少一个该处理器以于该处接受处理；以及
每一处理器根据其所分派的频道的复杂度，维持其累积复杂度的动态结余；其中：
该等频道分派至该等处理器的顺序，根据该等频道的复杂度，使较高复杂度的频道先于较低复杂度的频道分派。
2.如权利要求1所述的方法，其中：该等频道的分派至该等处理器乃使具最低累积复杂度的处理器接收下一频道的分派。
3.如权利要求1所述的方法，其中：该等频道的分派至该等处理器乃使具最低利用部分的处理器接受下一频道的分派。
4.如权利要求1所述的方法，其中：该等处理器包含各自的转码器以将分派至其的频道加以转码。
5.如权利要求1所述的方法，其中：每一个样本均包含多个视频图框。
6.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本的复杂度测量是其图像组(GOP)结构的函数。
7.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本的复杂度测量是其图素分辨度的函数。
8.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本的复杂度测量是其图框率分辨度的函数。
9.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本的复杂度测量是其平均巨区块率的函数。
10.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本的复杂度测量是其频道优先顺序的函数。
11.如权利要求1所述的方法，其中：每一个样本在分派至相关处理器时，具有第一固定位率，而在该相关处理器接受处理时，具有不同的第二固定位率，则其复杂度的测量乃第一及第二固定位率差的函数。
12.如权利要求1所述的方法，其中：每一样本其复杂度的测量乃其B-框数与P及I-图框数比的函数。
13.如权利要求1所述的方法，其中：分派至每一处理器的频道的复杂度，会加入每一处理器其累积复杂度的动态结余。
14.如权利要求1所述的方法，还包含的步骤：若某一频道的分派将造成某一处理器的超载，则可避免将该频道分派至该处理器。
15.如权利要求1所述的方法，其中：该等频道包含至少一需要不止一个处理器处理的特殊频道；以及
将该特殊频道的多个部份分别分派至多个处理器，使至少该等部分的第一个消耗该各处理器其一的最大通量。
16.如权利要求15所述的方法，其中：该特殊频道包含高画质电视(HDTV)数据。
17.如权利要求1所述的方法，其中：该等频道分派至该等处理器的顺序，乃使最高复杂度的频道，或于多个具相同最高复杂度的频道中挑选其一，最先受到分派；而最低复杂度的频道，或于多个具相同最低复杂度的频道中挑选其一，最后受到分派。
18.如权利要求17所述的方法，还包含的步骤：根据每一频道的样本，取得每一频道的分辨度测量；以及
每一处理器根据其所分派的频道的分辨度，维持其累积分辨度的动态结余。
19.如权利要求18所述的方法，其中：在多个具相同最高复杂度的频道中，最高分辨度的频道首先分派。
20.如权利要求18所述的方法，其中：在多个具相同最低复杂度的频道中，最低分辨度的频道最后分派。
21.如权利要求18所述的方法，还包含的步骤：若某一频道的分派将造成(a)接受分派的处理器的累积分辨度与(b)该频道的分辨度的和，超过预定的上限，则避免该频道分派至该处理器。
22.如权利要求17所述的方法，其中：该等频道的分派至该等处理器乃使具最低累积复杂度的处理器接收下一频道的分派。
23.如权利要求22所述的方法，其中：若有多个处理器具相同的累积复杂度，则其中具最低累积分辨度者接收该下一频道的分派。
24.一种于第二多个处理器处处理第一多个视频数据频道的装置，包含：
捕捉每一频道数据样本的装置；
根据频道的样本，取得每一频道的复杂度测量的装置；
分派每一频道至至少一个该处理器以于该处接受处理的装置；以及
根据每一处理器所分派的频道的复杂度，维持每一处理器累积复杂度的动态结余的装置；其中：
该等频道分派至该等处理器的顺序，根据该等频道的复杂度，使较高复杂度的频道先于较低复杂度的频道分派。
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