CN1211136A - Hdtv视频编码器中用于子图象间数据传输的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的装置及其方法,其中:n个子编码器(1—4)分别对n个子图象进行编码;每个子编码器(1—4)的输入端都经过一个输入FiFo存储器连接到附加数据总线(6),并且每个子编码器(1—4)的输出端都经过一个输出FiFo存储器连接到附加数据总线(7);附加通信控制单元(5)按照事先编程的程序通过附加控制总线(7)对各个子编码器的输入与输出进行控制。各子编码器一边编码子图象,一边进行数据传送,而不必在编码完成后的场逆程时间里传送数据;输出的数据按需要通过总线被一个或多个子编码器接收;何时由哪个子编码器输出数据,又由哪几个子编码器接收数据,均由附加通信控制单元通过附加控制总线来实现。
Description
本发明涉及视频编码技术，具体地涉及到HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的装置及其方法。
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-2 HDTV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。
如图3A-3D所示，常见的子图象划分方法水平划分(图3A)，垂直划分(图3B)，十字4分(图3C)和交叉6分(图3D)。由于子图象按图3C和图3D所示的划分方法有利于利用现成的MPEG-2 MP@ML编码ASIC来组成HDTV视频编码器，有它特有的优点，在今后设计单片HDTV视频编码器芯片时也可以用现有的MPEG-2 MP@ML编码芯片的核做为新设计的基础。因此图3C和图3D所示的划分方法虽然复杂，但有其实用价值。
对于子图象的划分，运动估算有二种处理方法：1)不作过界运动估算来运动补偿。这样会造成编码效率的少量损失。2)若芯片设计或硬件设计能力较强，追求更高的编码效率，就必须做子图象间的过界运动补偿。这就要求子图象间进行高速数据传输。
在上述情况下，由于要求传输的数据的流向比较复杂。以图3C为例，在子图象B2向子图象B1,B3和B4传送数据的同时，子图象B1也要向子图象B2,B3和B4传送数据。这就容易产生时间上的冲突。
因此，本发明的目的是提供一种HDTV视频编码器中用于子图象间传输数据的装置及其方法，它能以有效的方式组织子图象之间的数据传输，所提出的方法和装置结构简单，与子图象形状无关；可以一边编码一边传送，用不高的总线速度实现所需的边界块数据的传送。
按照本发明的一种HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的装置，其特征在于：n个子编码器，用于分别对n个子图象进行编码；每个子编码器的输入端都经过一个输入FiFo存储器连接到附加数据总线，而每个子编码器的输出端都经过一个输出FiFo存储器连接到附加控制总线；附加通信控制单元按照事先编程的程序通过附加控制总线对各个子编码器的输入与输出进行控制。
按照本发明的一种HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的方法，其特征在于：
1)每个子编码器都通过一个输入FiFo和一个输出FiFo和双向的附加数据总线相连；
2)各子编码器一边编码子图象，一边进行数据传送，而不必在编码完成后的场逆程时间里传送数据；
3)输出的数据按需要通过总线被一个或多个子编码器接收；
4)何时由哪个子编码器输出数据，又由哪几个子编码器接收数据，均由附加通信控制单元通过附加控制总线来实现。
下面将结合附图对本发明的最佳实施例进行描述。
图1为高清晰度电视系统的结构方框图；
图2为n个子编码器并行工作的高清晰度电视编码器的方框图；
图3A-3D为四种不同子图象划分方法的示意图；
图4为说明按照图3C所示子图象划分方法过界运动补偿的示意图；
图5为按照本发明实施例的HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的装置的结构方框图。
图1为高清晰度电视系统的结构方框图。它主要由信源编码部分1，信道编码与调制单元6，信道7，解调与信道解码单元8，以及信源解码单元10组成。信源编码单元包括视频编码器2，音频编码器3，数据接口4，以及复用器5。视频编码器2，音频编码器3和数据接口4分别接收视频输入，音频输入(多声道)和数据输入。视频编码器2，音频编码器3和数据接口4的输出都送到复用器5。由复用器5复用的视频，音频和数据输出到信道编码与调制单元6，以在其中进行编码与调制。经过编码与调制的复合信号经过信道7送到接收侧的解调与信道解码单元8，在此进行与信道编码与调制单元相反的解调与信道解码，并输出经解调和信道解码的复合信号到信源解码单元10中的去复用器11，去复用器11将输入的复合信号分解成编码的视频信号，编码的音频信号和数据信号，并将它们分别送到视频解码器12，音频解码器13和数据接口14。然后，视频编码器2，音频编码器3和数据接口4，分别产生视频输出，音频输出和数据输出。
MPEG-2的视频编码技术要求十分巨大的计算量，对于高清晰度电视视频编码，由于画面的高分辩率，所要求的计算量更加巨大。故实时实现高清晰度电视视频编码需要极高的处理速度和高速数据传输能力。这给硬件系统的设计带来了困难。通常，为实现这种大量数据的复杂运算需采用并行处理技术。即将一个高清晰度电视画面划分成几个子块。一个高清晰度电视编码编码器由若干个子编码器构成，每个子编码器负责对一个子块进行实时编码，这些子编码器的并行协同工作即可实时地完成对高清晰度画面的实时编码。子图象的形状可由设计者选定，如：块状，垂直条，或水平条。
图2是由n个子编码器并行协同工作构成的高清晰度电视视频编码器的方框图。在图2中，高清晰度的视频输入信号在图象采集单元(模块)21进行数字化，即进行模数(A/D)转换。然后在子图象划分单元(模块)22中分成n个子图象。在图2中，子编码器21-1至21-n分别对相应的子图象进行MPEG-2实时编码。它们输出的各子图象的MPEG-2码流在码流合成单元(模块)24中进行码流合成。合成成为一个高清晰度的MPEG-2码流。它的格式符合MPEG-2。其图象分辩率等于输入的高清晰度图象的分辩率，即输出码流不直接反映它是由n个子编码器并行工作而得来的特征。在该图中，图象采集单元21，子图象划分单元22，子编码器21-1至21-n，以及码流合成单元24都由系统控制单元控制。
对于较复杂的子图象划分方案，如图3C和图3D所示的划分方案，为充分提高编码效率，应进行过界运动补偿，即需在硬件结构设计时考虑到子图象之间的相互通信问题。以实现每个子图象与其它子图象之间边界数据的相互通信。从而需要一个简单，有效的硬件结构及数据通信控制方式，以有效地完成子图象之间复原图象边界数据的通信。
对于图3C和3D所示的划分方案，各子图象要向相邻子图象传送的数据量和数据的排列方式不同，而且此数据需同时向几个子图象传送，简单的子图象间连接数据线的方式显然不能适应这种要求。例如，如图4所示，数据块a对应的数据应从子编码器1向子编码器2传送，而不必向了编码器3和4传送。而数据块b应同时向子编码器2,3,4传送。
本发明采用在子图象间加上附加总线的方式解决这种子图象间通信的问题。采用这种方案以后，子图象形状对通信复杂性没有影响。
木发明的实施例的HDTV视频编码器中用于子图象间传输数据的装置的硬件结构示于图5。在本实施例中，增加了附加数据总线6和附加控制总线7，附加通信控制单元5通过附加控制总线7对各个子编码器1-4进行控制。各个子编码器的输入和输出都经过一个FiFo存储器进行缓冲。数据在子编码器之间的通信过程如下：
1)每个子编码器通过一个输入FiFo和一个输出FiFo和双向的附加数据总线相连。一般情况下，总线宽度为8位。
2)一般情况下，数据总线或者不传输数据，或者只由一个子编码器输出数据。由于每个子编码器有输出FiFo作缓冲，故可以一边编码一边进行数据传送。而不必在编码完成后的场逆程时间里传送数据。因而所要求的传输速率可以明显下降。
3)输出的数据按需要可通过总线被一个或多个子编码器接收。有很大的灵活性。
4)何时由哪个子编码器输出数据，哪几个子编码器接收数据，均由附加通信控制单元5通过附加控制总线来实现。从而避免了数据传输时占用总线资源的冲突。这种控制完全可以事先设定。因而可简单的可编程器件实现。
5)由于各子编码器接收的数据要到下一帧才需要使用，因而在正程编码期间，各子编码器的复原帧存储器只需与输出FiFo相连。在帧逆程时才将数据从输入FiFo送到复原帧存储器。因而时间上不发生冲突，控制也很简单。
依图5框图对图3C所示划分方案的1440×1152 HDTV画面作水平过界128象素，垂直过界64象素的数据通信所需的数据总线传输速率进行计算，要求的总线时钟速率小于10MHZ。如果用27MHZ的时钟传输数据，则所需的有效传输时间远小于40ms。可见本发明的实现并不要求高速的附加数据总线或很宽的数据总线。
采用本发明可以简化子图象间的数据传输通道的连线，减少控制难度，防止数据传输时的冲突。减少数据传输时钟速率。使子编码器与子图象间数据传输有关的接口电路和控制大为简化。
对1920×1080分辩率的HDTV画面，用图3D所示划分方案，用6个子编码器并行编码。采用图5方式(6个子编码器进行边界数据通信。用27MHZ,8位深度仍可在40ms内将过界水平128，垂直64象素的边界数据从一个子图象传送到其它所需的多个子图象。
Claims (2)
1，一种HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的装置，其特征在于：n个子编码器(1-4)，用于分别对n个子图象进行编码；每个子编码器(1-4)的输入端都经过一个输入FiFo存储器连接到附加数据总线(6)，而每个子编码器(1-4)的输出端都经过一个输出FiFo存储器连接到附加控制总线(7)；附加通信控制单元(5)按照事先编程的程序通过附加控制总线(7)对各个子编码器的输入与输出进行控制。
2，一种HDTV视频编码器中用于子图象间数据传输的方法，其特征在于：
1)每个子编码器都通过一个输入FiFo和一个输出FiFo和双向的附加数据总线相连；
2)各子编码器一边编码子图象，一边进行数据传送，而不必在编码完成后的场逆程时间里传送数据；
3)输出的数据按需要通过总线被一个或多个子编码器接收；
4)由附加通信控制单元通过附加控制总线来实现控制，即由哪个子编码器输出数据，又由哪几个子编码器接收数据。
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