CN1295920C - 视频解码和显示的同步控制装置及同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种视频解码和显示的同步控制装置及同步方法，TS多路分离器从数据流中提取时间标记PTS、程序参考时钟PCR和视频基本流，分别存到相应缓冲区中；解码器解析编码视频基本流缓冲区中的图像，并将可显示的解码图像地址送到显示图像缓冲队列FIFO，判断显示图像缓冲队列状态，若不满，比较PTS和PCR，计算获得需要重复显示帧数，并向FIFO发送图像地址，如满，解析下一图像，显示控制器显示解码器发送来的显示帧，同时，显示图像缓冲区队列更新。本发明可以动态控制解码图像缓冲区的大小，有效解决了解码系统流中视频解码速度与显示速度的同步和音视频同步的问题。
Description
技术领域
本发明属于数字图像处理技术领域，特别是涉及一种数字图像的编解码技术，具体地说，是涉及一种视频解码和显示的同步控制装置及同步方法。
背景技术
目前，流行的视频编解码标准几乎都采用一种混合编码/解码方式，例如运动图象专家组标准MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4及国际电信联盟最新视频编解码标准H.26x。这种编码/解码结构采用了时间及空间的预测、变换、量化和熵编码方法，这将导致视频解码速度因不同的视频内容而有所变化，使视频解码速度不均匀，而此时显示频率是一定的，这便产生了视频解码速度和显示速度不匹配的现象。
解决这个问题的一个办法是增加解码缓冲区的大小，但是一方面，因视频场景的不确定性给缓冲区大小的确定带来困难，缓冲区小将会产生上溢，太大则会出现浪费；另一方面，在解码芯片增加缓冲区大小将增大芯片的代价。
除了解码结构本身带来的视频解码和显示的不同步问题之外，解码系统流中的音视频也要求进行同步。一个系统流由多个分组单元流(PES)数据包组成，解码时间标记(DTS)和显示时间标记(PTS)信息包含在PES数据包标题中，而且不能在每个图像下传输。如果实现了传输，则对应于一个帧内编码的I图像和一个前向预测的P图像传输该PTS和DTS信息，由于该PTS和DTS相同，因此对应于一个双向预测编码的B帧图像，只传输PTS。PTS表示用于显示被解码的图像的时间，而DTS表示用于对一个码流进行解码的起始时间。因此它们的结合使用可以保证在一定大小的缓冲区下视频解码与显示的同步。但是，因为PTS和DTS并不是每帧都存在，因此还是需要增加缓冲区来缓存解码图像。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种视频解码和显示的同步控制装置及同步方法，实现解码速度快时降低速度，并且借助最少量的解码缓冲区实现解码和显示的同步。
本发明的另一个目的是提供一种视频解码和显示的同步控制装置及同步方法，以实现视频和音频的同步。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用的技术方案是：一种视频解码和显示的同步控制装置，包括数据流多路分离器、程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、编码视频基本流缓冲区、内嵌解码图像缓冲区的视频解码器及其控制器、显示图像缓冲队列、显示控制器，数据流多路分离器连接程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、编码视频基本流缓冲区，用于将输入的数据流中的基本流存放到编码视频基本流缓冲区中，将数据流中提取出的时间标记放置到时间标记缓冲区中，将取出的或者按照原来的程序参考时钟的计数时钟更新程序参考时钟寄存器，视频解码器一端连接编码视频基本流缓冲区，另一端连接显示图像缓冲队列，用于解码编码视频基本流缓冲区中的数据，解码控制器同时连接程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、视频解码器和显示图像缓冲队列，用于控制视频解码器解码，显示图像缓冲队列为先进先出队列，一端连接视频解码器，另一端连接显示控制器，所述显示图像缓冲队列状态输出信号端连接解码控制器。
所述显示图像缓冲队列深度为2。
一种视频解码和显示的同步方法，包括以下步骤：
步骤1、数据流多路分离器从输入的数据流中提取出时间标记、程序参考时钟和编码视频基本流，并将分离出的时间标记放置到时间标记缓冲区中，将提取出的或者按照原来的程序参考时钟的计数时钟更新程序参考时钟寄存器，将编码视频基本流放置到编码视频基本流缓冲区中；
步骤2、解码控制器判断是否获得了编码视频基本流缓冲区中图像的头信息，是则从时间标记缓冲区中获取时间标记，并更新该帧的时间标记信息，对该帧数据进行解码，否则，视频解码器直接解析编码视频基本流缓冲区中的图像；
步骤3，计算获得可显示的解码图像地址，并送到显示图依缓冲队列；
步骤4、判断显示图像缓冲队列的状态，若满，则继续检测队列状态，并通知视频解码器等待，否则比较时间标记PTS和程序参考时钟PCR，若PTS小于PCR，则直接进入下一帧图像的解码，若PTS不小于PCR，则根据来自编码码流的帧率比framerate及系统SysClock获得一帧图像显示时间间隔DeltaPTS，通过公式：
DeltaPTS＝(SysClock/300)/framerate
RepNum＝(PTS-PCR)/DeltaPTS
计算获得需要重复显示帧数，然后向FIFO发送前一显示帧的地址，直到发送完RepNum个显示帧的地址；
步骤5、向显示图像缓冲队列发送当前PTS对应的显示帧地址，并继续进行下一帧图像的解码；
步骤6、显示控制器显示解码器发送来的显示帧，同时，显示图像缓冲区队列更新。
所述步骤3中的计算获得可显示的解码图像地址具体是指：若当前解码图像是I图像或者P图像，则获得其前面仍未显示的I图像或者P图像地址，否则获得当前解码图像的地址。
所述步骤4中计算需要重复显示帧数是通过计数器实现的。
本发明应用显示图像缓冲队列来控制解码速度，有效解决了解码系统流中视频解码速度和显示速度的同步和音视频同步的问题，本发明通过调整显示图像缓冲队列FIFO深度可以动态控制解码图像缓冲区的大小，不但节省了缓冲区的使用，也增强了缓冲区控制的灵活性，从两个方面实现了解码速度和显示速度的同步控制，一是考虑音视频同步，通过PTS控制解码速度，二是使用显示图像缓冲队列来控制解码速度。因此具有显著的优点和技术效果。
附图说明
图1是本发明的功能框图；
图2是本发明的主流程图；
图3是本发明一个实施例基于AVS1.0视频解码标准的同步方法功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参阅图1，本发明的视频解码和显示的同步控制装置，包括数据流TS多路分离器1、程序参考时钟寄存器2、时间标记缓冲区3、编码视频基本流缓冲区4、内嵌解码图像缓冲区的视频解码器5及其控制器6、显示控制器7、显示图像缓冲队列8，主要装置及其功能如下：
1、数据流多路分离器1。数据流多路分离器1连接程序参考时钟寄存器2、时间标记缓冲区3、编码视频基本流缓冲区4，数据流多路分离器1负责从输入的数据流ts分离一个所期望节目的分组单元流(PES)数据包数据，若该PES包中有解码显示时间PTS信息，则继续分解PES包，提取PTS，置入时间标记缓冲区3中。同时，若程序参考时钟PCR存在，则从PES包中提取新的程序参考时钟PCR。否则TS多路分离器1继续原来的程序参考时钟PCR计数，并更新程序参考时钟寄存器2。最后将该PES中提取获得的编码视频基本流(ES流)放入编码视频基本流缓冲区4中。
2、视频解码器5。视频解码器5一端连接编码视频基本流缓冲区4，另一端连接显示图像缓冲队列8，它的解码速度由解码控制器6进行控制，若控制器6发出允许解码信号，则该模块正常进行一帧图像的解码，否则一直在未解码帧的开始等待；在一帧解码结束时，若下一显示帧可以被显示，则负责将可显示帧的解码缓冲区地址发送到显示图像缓冲区队列(FIFO)8中，然后在解码下一帧之前检测解码控制器6发过来的控制信号以决定是否继续解码。
3、解码控制器6。解码控制器6同时连接程序参考时钟寄存器2、时间标记缓冲区3、视频解码器6和显示图像缓冲队列8，它控制视频解码器解码，是整个装置的控制中心，解码速度与显示速度的同步控制主要由它来完成。
4、显示图像缓冲队列8。显示图像缓冲队列8为先进先出队列，一端连接视频解码器6，另一端连接显示控制器7，其状态输出信号端连接解码控制器5。它接收来自视频解码器5的可显示图像的地址，并根据显示控制器6的请求输出最先来的显示图像的地址，同时将FIFO的状态信号发送给解码控制器6，缓冲队列的深度为2-8，最佳为2；
5、显示控制器7。它控制解码图像的显示。它始终按照固定的显示频率获取显示数据，并将其按照一定的格式输出给显示器(CRT/TV)9。若FIFO为空时，显示控制器7将控制CRT/TV9重复显示前一帧图像。
解码后的数据在显示控制器7控制下送入CRT9显示。
请参阅图2本发明的主流程图。本发明的视频解码和显示的同步方法包括以下步骤：
步骤1、数据流TS多路分离器从输入的数据流TS中提取出PTS、程序参考时钟程序PCR和编码视频基本流，并将分离出的PTS放置到PTS缓冲区中，将提取出的或者按照原来PCR得到的计数时钟更新程序参考时钟PCR寄存器，将编码视频基本流放置到编码视频基本流缓冲区中；
步骤2、解码控制器判断是否获得了编码视频基本流缓冲区中图像的头信息，是则从PTS缓冲区中获取PTS，并更新该帧的PTS信息，对该帧数据进行解码，否则，视频解码器直接解析编码视频基本流缓冲区中的图像；
步骤3，按照图像编码类型计算获得可显示的解码图像地址，即若当前解码图像是I图像或者P图像，则是其前面仍未显示的I图像或者P图像地址，否则是当前解码图像地址进行显示，并送到显示图像缓冲队列；
步骤4、判断显示图像缓冲队列的状态，若满，则继续检测队列状态，并通知视频解码器等待，否则比较PTS和程序参考时钟PCR，若PTS小于PCR，则直接进入下一帧图像的解码，否则根据来自编码码流的帧率framerate及系统时钟SysClock获得一帧图像显示时间间隔deltaPTS，进而计算获得需要重复显示帧数RepNum，公式如下：
DeltaPTS＝(SysClock/300)/framerate
RepNum＝(PTS-PCR)/deltaPTS
计算获得需要重复显示帧数，然后向FIFO发送前一显示帧的地址，直到发送完RepNum个显示帧的地址；
步骤5、显示控制器显示解码器发送来的显示帧，同时，显示图像缓冲区队列更新。
实施例：基于AVS1.0标准的视频解码和显示的同步控制装置及同步方法。AVS1.0标准的是中国正在推出的AVS视频编解码标准，系统层与Mpeg-2系统层类似。视频解码框架与H.264相仿。它完全与其他视频的国际标准兼容，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4，特别是与H.26x兼容。
AVS1.0标准采用最大两个前向参考帧，包括帧内编码即I帧、前向预测编码即P帧和双向预测编码即B帧三种主要的帧编码模式。I帧在编码时不参考其它任何帧，主要用于视频的随机访问。P帧可以最多参考它前面的两帧已解码I帧或P帧。B帧只能参考它前面的一个和后面的一个已解码I帧或P帧。因此，为了实现解码的流水作业，至少需要2帧显示缓冲区，本发明的实施例采用4帧解码缓冲区，两帧用于存放参考帧，剩下的两帧空间用于解码与显示的流水。因为码流中的PTS对应下一解码帧，因此为了使之一致，视频解码器需要在图像头解析前获取PTS。
如图3所示，基于AVS1.0标准的视频解码和显示的同步控制装置及同步方法的功能框图，同步方法的具体实施步骤如下：
步骤1、输入的数据流TS经过数据流TS多路分离器1提取出PTS及程序参考时钟PCR，并将分离出的PTS放置到PTS缓冲区3中，以及用更加新的程序参PCR或者以前的PCR计数时钟实时更新PCR寄存器。
步骤2、数据流TS多路分离器1将编码视频基本流提取出来放置到编码视频基本流缓冲区4中；
步骤3、视频解码器5从编码视频基本流缓冲区4中解析序列头信息和图像头头信息，解析序列头信息和图像头头信息，构成是编码流解析模块10，若不是图像头，则一直解析获得必要的控制参数，直到是图像头为止；
步骤4、从PTS缓冲区3中获取PTS，如果存在，则更新该帧的PTS信息，继续进行该帧数据的解码直至本帧解码结束；
步骤5、判断显示图像缓冲队列8的状态，若满，则一直检测其状态，否则比较PTS和PCR；
步骤6、若PTS小于PCR，则直接进入下一帧图像的解码，否则根据来自编码码流的帧率framerate及系统时钟SysClock获得一帧图像显示时间间隔deltaPTS，进而计算获得需要重复显示帧数RepNum，公式如下：
DeltaPTS＝(SysClock/300)/framerate
RepNum＝(PTS-PCR)/DeltaPTS
然后向FIFO发送前一显示帧的地址即显示图像缓冲区地址并返回步骤5继续判断显示图像缓冲队列8的状态，直到发送完RepNum个地址后，计算需要重复显示帧数是通过计数器实现的，RepNum与解码得到的PTS与PCR有关；
步骤7、解析的图像进行熵解码后，再进行反量化和反变换，经运动补偿、帧内预测和滤波，将解码图像发送到位于视频解码器中的解码图像缓冲区中，熵解码、反量化、反变换、运动补偿、帧内预测和滤波构成基本的宏块解码模块11，解码控制器6向显示图像缓冲队列8中发送当前PTS对应的显示帧地址，并继续进行下一帧图像的解码；
步骤8、显示控制模块将按照显示频率，根据显示设备及解码图像格式控制图像的显示，并更新FIFO状态。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (5)
1、一种视频解码和显示的同步控制装置，其特征在于，该装置包括数据流多路分离器、程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、编码视频基本流缓冲区、内嵌解码图像缓冲区的视频解码器及其控制器、显示图像缓冲队列、显示控制器，数据流多路分离器连接程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、编码视频基本流缓冲区，用于将输入的数据流中的基本流存放到编码视频基本流缓冲区中，将数据流中提取出的时间标记放置到时间标记缓冲区中，将取出的或者按照原来的程序参考时钟的计数时钟更新程序参考时钟寄存器，视频解码器一端连接编码视频基本流缓冲区，另一端连接显示图像缓冲队列，用于解码编码视频基本流缓冲区中的数据，解码控制器同时连接程序参考时钟寄存器、时间标记缓冲区、视频解码器和显示图像缓冲队列，用于控制视频解码器解码，显示图像缓冲队列为先进先出队列，一端连接视频解码器，另一端连接显示控制器，所述显示图像缓冲队列状态输出信号端连接解码控制器。
2、根据权利要求1所述的视频解码和显示的同步控制装置，其特征在于，所述显示图像缓冲队列深度为2。
3、一种视频解码和显示的同步方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、数据流多路分离器从输入的数据流中提取出时间标记、程序参考时钟和编码视频基本流，并将分离出的时间标记放置到时间标记缓冲区中，将提取出的或者按照原来的程序参考时钟的计数时钟更新程序参考时钟寄存器，将编码视频基本流放置到编码视频基本流缓冲区中；
步骤2、解码控制器判断是否获得了编码视频基本流缓冲区中图像的头信息，是则从时间标记缓冲区中获取时间标记，并更新该帧的时间标记信息，对该帧数据进行解码，否则，视频解码器直接解析编码视频基本流缓冲区中的图像；
步骤3，计算获得可显示的解码图像地址，并送到显示图像缓冲队列；
步骤4、判断显示图像缓冲队列的状态，若满，则继续检测队列状态，并通知视频解码器等待，否则比较时间标记PTS和程序参考时钟PCR，若PTS小于PCR，则直接进入下一帧图像的解码，若PTS不小于PCR，则根据来自编码码流的帧率framerate及系统时SysClock获得一帧图像显示时间间隔DeltaPTS，通过公式：
DeltaPTS＝(SysClock/300)/framerate
RepNum＝(PTS-PCR)/DeltaPTS
计算获得需要重复显示帧数，然后向FIFO发送前一显示帧的地址，直到发送完RepNum个显示帧的地址；
步骤5、向显示图像缓冲队列发送当前PTS对应的显示帧地址，并继续进行下一帧图像的解码；
步骤6、显示控制器显示解码器发送来的显示帧，同时，显示图像缓冲区队列更新。
4、根据权利要求3所述的视频解码和显示的同步方法，其特征在于，所述步骤3中的计算获得可显示的解码图像地址具体是指：若当前解码图像是I图像或者P图像，则获得其前面仍未显示的I图像或者P图像地址，否则获得当前解码图像的地址。
5、根据权利要求3所述的视频解码和显示的同步方法，其特征在于，所述步骤4中计算需要重复显示帧数是通过计数器实现的。
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Application publication date: 20050302 Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Assignor: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd. Contract record no.: X2021110000008 Denomination of invention: Synchronous control device and synchronous method for video decoding and display Granted publication date: 20070117 License type: Exclusive License Record date: 20210317 |
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Effective date of registration: 20221025 Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech park, Spreadtrum Center Building 1, Lane 2288 Patentee after: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Address before: 101399 Building 8-07, Ronghui Garden 6, Shunyi Airport Economic Core Area, Beijing Patentee before: Xin Xin finance leasing (Beijing) Co.,Ltd. |