CN1631042A - 可比例缩放mpeg－2视频系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于对视频系统如MPEG－2视频解码器进行比例缩放的系统和方法，该系统和方法利用改进的数据修剪工具。提供一可比例缩放数据处理系统，包括：用于处理多媒体数据的序列数据通道，包括第一处理模块和第二处理模块；用于对第二处理模块进行比例缩放的可比例缩放应用；和位于第一处理模块之前的数据修剪系统，该系统导致一部分与该比例缩放应用关联的多媒体数据被截断。

Description

可比例缩放MPEG-2视频系统
本发明涉及对被压缩视频信号进行处理，并且更具体地涉及一种用于对MPEG-2视频解码器进行比例缩放(scaling)的系统和方法。
MPEG标准是一套用于视频和音频压缩的不断发展的标准，由移动画面专家组(MPEG)进行开发。MPEG-1设计用于对以大约1.5兆比特每秒的速率传输的渐进图像进行编码。它特别设计用于视频CD和CD-i媒体。MPEG-2设计用于对以4兆比特每秒以上的速率传输的交错图像进行编码。MPEG-2标准被用于不同应用情况，如数字电视(DTV)广播、数字通用盘(DVD)技术和视频存储系统。
依照MPEG-2标准，将视频序列分为一系列GOP(画面组)。每个GOP以内编码画面(I画面)开始，随后安排为前向预测编码画面(P画面)和双向预测编码画面(B画面)。I画面是作为单独静止图像而进行编码的字段或帧。P画面是相对于最近的I或P画面而进行编码并导致前向预测处理的字段或帧。通过使用运动补偿，P画面允许高于I画面的压缩率，并也作为参照用于B画面和将来的P画面。B画面用字段或帧进行编码，该字段或帧使用最接近的过去和将来的I和P画面作为参照并导致双向预测。
随着数字TV市场逐渐开始占领TV市场并且其它视频应用变得更加理想，对于具有高性能的系统的需求变得越来越大，该高性能是用于处理MPEG-2画面的。现有用来处理MPEG-2画面的结构，如在DTV机顶盒和高端数字TV中所发现的，典型地利用一数字信号处理中央处理单元(DSPCPU)、控制处理器、协处理器和软件应用的结合。不幸的是，即使有所有这些资源，高级音频/视频处理功能也趋向于耗费比通常所用的多的计算能力。
MPEG-2处理中的一个关键元件是MPEG-2解码器，它将被压缩MPEG-2数据的比特流转化为像素图像。普通MPEG-2解码器10的主要部件如图1中所示。有四个功能块：可变长度解码器(VLD)12、逆量化(IQ)系统14、反向离散余弦变换系统(IDCT)16和运动补偿(MC)系统18。存储器20用于存储参照帧。加法器将从IDCT16输出的残留误差(通道1)与运动补偿结果(通道2)结合以形成最终视频输出24。不幸的是，这些功能部件每个都耗费极大量的计算能力，使得成本增加并局限了使用MPEG-2技术的数字视频系统的灵活性。相应地，制作高效、有成本效益的解码器仍是所有电子制造商的主要目的之一。一个用于针对MPEG-2解码器的处理需要的解决方案是提供增加计算能力的专门硬件系统。例如，在此引入作为参考的于1999年5月11日授予Ozcelik等的US专利5,903,311对包括用于MPEG-2解码器的专门电路的芯片进行描述。不幸的是，当整个硬件成本继续减少时，设计和构建象这样的专门硬件的过程中所含的成本增加了解码器的费用。
因此优选的解决方案是在软件中实现尽可能多的功能性，这提供了硬件解决方案之上明显的成本和灵活性方面的优点。具体地，软件解决方案减少对贵硬件如协处理器的需要并将允许多路视频功能同时在DSPCPU核心上运行。然而，当需要在计算上加强的解码运算时，软件应用趋向于运行地过慢以至于不能处理偶然事件。相应地，存在提供增强系统的需要，该系统在将视频质量维持在可接受水平时将提供不贵的MPEG-2解码器解决方案。
本发明通过提供一数据处理系统来克服上述及其它问题，该系统包括至少一个比例缩放应用用来有选择地对该数据处理系统进行比例缩放。在第一方面，本发明提供一种可比例缩放视频解码器系统，包括：用于处理视频数据的处理通道，具有以序列方式安排的可变长度解码器(VLD)、逆量化(IQ)系统和反向离散余弦变换(IDCT)系统；用于对至少一个IDCT系统的计算过程进行比例缩放、被引入IDCT系统的比例缩放应用；和驻留在VLD和IQ系统之间的处理通道中的数据修剪系统，该修剪系统导致与至少一个计算过程关联的一种视频数据被截断。
在第二方面，本发明提供一可比例缩放数据处理系统，包括：用于处理多媒体数据的序列数据通道，包括第一处理模块和第二处理模块；用于对第二处理模块进行比例缩放的比例缩放应用；和位于第一处理模块之前的数据修剪系统，导致一部分与该比例缩放应用关联的多媒体数据被截断。
在第三方面，本发明提供一种用于对数据处理系统进行比例缩放的方法，该系统具有以序列方式安排的第一处理模块和第二处理模块，该方法包括步骤：输入数据到数据处理系统中；在第二处理模块中对计算过程进行比例缩放；以及在第一处理模块之前对预定类型的数据进行截断，该模块与第二处理模块中的计算过程关联。本发明的优选示例实施例将在下文中与附图一起描述，图中相同名称表示相同元件，并且：
图1描述普通视频解码器的功能图。
图2描述视频解码器中的可比例缩放IDCT块。
图3描述依照本发明优选实施例的可比例缩放视频解码器。
图4描述依照本发明优选实施例的数据处理通道，该通道包括一可比例缩放系统。
如图1所示，普通MPEG-2解码器10用四个功能块和一加法器对MPEG-2比特流22进行解码。功能块包括可变长度解码器(VLD)12、反向扫描和逆量化(IQ)系统14、反向离散余弦变换(IDCT)系统16和运动补偿(MC)系统18。为了提供较为有效的系统，可潜在地对解码器10中的每个以上功能块进行“比例缩放”以减少具体块的计算需要。已提出不同比例缩放算法或应用以有选择地减少给定功能块的计算需要或复杂度(complexity)。通常，通过减少一个或多个计算过程，例如减少某些处理步骤和/或对某些类型数据进行的处理，比例缩放应用减少功能块的复杂度。用于减少复杂度的代价是，这样的比例缩放应用将通常导致输出质量的一些降低。相应地，必须对比例缩放应用的实施进行适当选择以对计算的减少和输出质量进行平衡。为实现这个目的，可利用本地资源控制器来决定每个功能块的单独可比例缩放度以达到用于解码器的总的所需复杂度。例如，本地资源控制器可决定就对IDCT系统16进行比例缩放以到达用于整个MPEG-2解码器的所需复杂度水平。通过在解码器水平而不是简单地在功能块水平对可比例缩放度进行管理，本发明使得该过程更为有效。以下参照图3对用于实现此目的的示例实施例进行详述。
首先参考图2，示出包含可比例缩放IDCT块26的解码器11。可比例缩放IDCT块26包括数据修剪系统28、比例缩放应用30和本地资源控制器32。在运算中，本地资源控制器32接收来自资源管理器34的命令，该管理器指定用于解码器11的总复杂度需要(即可用于解码器11的计算资源量)。基于这些需要，本地资源控制器32实施一比例缩放策略以满足该需要。在图2中所示的情况下，使用比例缩放应用30对IDCT块26进行比例缩放。另外，作为比例缩放运算的部分，通过使用数据修剪系统28，本地资源控制器32也可导致与比例缩放应用关联的数据被截断。数据修剪系统28对否则由于比例缩放应用30的实施而将被忽略的数据进行消除。例如，数据修剪系统28可对预定数据块(例如那些与B画面关联的)、预定块中发现的数据模式(pattern)或宏块(macroblock)中的数据进行消除。
由于复杂度仅在当数据流到达可比例缩放功能即IDCT块26时开始减少，图2的比例缩放运算就在本地进行。当在其中进行的比例缩放对解码器11的总的可比例缩放度有贡献时，在数据到达IDCT块26之前没有总解码器复杂度的变化。例如，如果可比例缩放IDCT块26仅有其γ％的总资源可用，可比例缩放算法将需要以预定方式对输入数据进行截断以将计算负荷减少到γ％或小于γ％的原始复杂度。就在数据进入IDCT块26之后并在IDCT运算开始之前发生数据截断。作为结果，即使被截断数据与视频输出24无关，VLD12和IQ14也对被截断数据进行处理。
如图3中所示，提供改进的MPEG-2解码器13，通过将数据修剪系统38移到包含可比例缩放IDCT块40的处理通道中的一较早点，该解码器进一步减少总复杂度。具体地，已将数据修剪系统38移到VLD12之后和IQ14之前的一点上。由于VLD12将输入数据22转换为整个处理通道中维持的宏块(MB)格式，数据修剪系统38优选地位于VLD12之后。通过将数据修剪系统38放在VLD12之后，存在用于到达数据修剪系统38的数据和到达IDCT块40的数据两者的相应格式，由此使得对需要截断的数据进行识别是有可能的。
在数据修剪系统中截断数据的过程包括对宏块(MB)头部进行识别的步骤。然后，对于给定MB，可对每个关联块进行检查并基于来自本地资源控制器36的指令可对预定数据模式进行截断。截断过程可包括对整个预定类型的数据块、块中的数据模式或数据的任何其它专门部分或类型进行截断。类似于图2中所示的解码器11的数据修剪运算，通过如由本地资源控制器36所选择的相应比例缩放应用，对数据截断进行驱动。这样对于任何给定的比例缩放应用，可消除数据的关联类型或模式。
将图2的解码器11与图3的改进解码器13进行比较，可以看到解码器13提供较为有效的途径。具体地，通过如图3中所示对数据修剪系统38进行重新放置，由于IQ14将处理较少数据，所以当实施可比例缩放IDCT块时，IQ14的计算要求被减少。相应地，通过将数据修剪系统从IDCT块40移到IQ14系统之前的一点，实现复杂度的额外节省。通过使用该可比例缩放IDCT块作为实例，复杂度分析如以下所示。假定C代表解码器的复杂度，而Cn代表不同功能块的复杂度，即n＝{VLD，IQ，IDCT，MC，和}。则图1的普通MPEG-2解码器10的总复杂度为：
C＝CVLD+CIQ+CIDCT+CMC+C，
假定IDCT块是图2的MPEG-2解码器中的唯一可比例缩放块。如果IDCT块的复杂度水平被设为γ％，用于解码器11的复杂度计算为：
C2＝CVLD+CIQ+γ％·CIDCT+CMC+C。
如图3中所示，如果将数据修剪移动到IQ14的一点上，复杂度进一步减少为：
C3＝CVLD+β％·CIQ+γ％·CIDCT+CMC+C。
其中β％代表根据数据修剪运算由CIQ所需要的复杂度百分比。相应地，相对于图2的解码器11，通过图3的解码器13实现节省CIQ-(β％·CIQ)的复杂度。
尽管以上描述是参照只有可比例缩放的IDCT块的解码器13而进行的，应理解本发明可应用于任何在其中利用序列安排的可比例缩放模块的数据处理系统。参考图4，用于对输入52(例如多媒体数据)进行接收和对输出54(例如已处理的多媒体数据)进行输出的普通数据处理通道50被示出。通道50包括n个序列安排的处理模块56、58和60，并且每个模块具有相应的比例缩放应用57、59和61，该应用可被激活以减少模块的复杂度。提供本地资源控制器62以视必要性而激活每个或任何比例缩放应用57、59和61。另外，提供数据修剪系统64以对与被激活比例缩放应用关联的数据进行截断。与比例缩放应用关联的数据可包括例如将不被处理的数据或否则将被该比例缩放应用消除的数据。
这样，例如，如果知道比例缩放应用61将消除预定数据类型的处理，本地资源控制器62将导致数据修剪系统64在数据进入处理通道50之前对所有情况的预定数据类型进行截断。相应地，与每个先前处理模块即模块56和58关联的复杂度将被减少。这个概念可在任何数据处理系统包括多媒体解码器或编码器中实现。
应理解，在此描述的系统和模块可在硬件、软件或硬件和软件的结合中实现。它们可通过任何形式的计算机系统来实现——或适用于实现在此描述的方法的其它设备。典型的硬件和软件的结合可以是有计算机程序的通用计算机系统，当被加载并执行时，该计算机程序对该计算机系统进行控制以使其实现在此描述的方法。作为选择，可利用一专用计算机，该计算机包含用于完成本发明的一个或多个功能任务的专门硬件。本发明亦可嵌入一计算机程序产品，该产品包括所有能实现在此描述的方法和功能的特征，并当在计算机系统中被加载时能实现这些方法和功能。在本上下文中，计算机程序、软件程序、程序、程序产品或软件指以任何语言、代码或概念进行表达的一套指令，该指令欲导致具有信息处理能力的系统直接执行具体功能，或在以下任一或两者之后执行：(a)转换为另一语言、代码或概念；和/或(b)以一不同的材料形式进行再现。
以上本发明优选实施例的描述是为了示例和描述的目的而提供的。它们并不是欲为周密的或将本发明局限于所公开的精确形式，而根据以上所教的进行许多改进和变化显然是可能的。这样的改进和变化欲包括在如所附权利要求限定的本发明的范围中，这些改进和变化对于本领域的技术人员来说是明显的。

Claims (20)

1.一种可比例缩放解码器[13]，包括：
用于处理视频数据的处理通道，具有以序列方式安排的可变长度解码器(VLD)[12]、逆量化(IQ)系统[14]和反向离散余弦(IDCT)系统[40]；
被引入IDCT系统[40]的比例缩放应用[42]，用于对至少一个IDCT系统[40]的计算过程进行比例缩放；和
驻留在VLD[12]和IQ系统[14]之间的处理通道中的数据修剪系统，该修剪系统导致与至少一个计算过程关联的一种视频数据被截断。
2.权利要求1的可比例缩放解码器[13]，进一步包括用于有选择地对比例缩放应用[42]和数据修剪系统[38]进行激活的本地资源处理器[36]。
3.权利要求2的可比例缩放解码器[13]，其中比例缩放应用[42]导致至少一个计算过程不对预定视频数据块进行处理。
4.权利要求3的可比例缩放解码器[13]，其中本地资源控制器[36]对数据修剪系统[38]进行指令以对预定视频数据块进行截断。
5.权利要求4的可比例缩放解码器[13]，其中预定视频数据块以由本地资源控制器[36]预定的模式被截断。
6.权利要求1的可比例缩放解码器[13]，其中可比例缩放解码器[13]包括一可比例缩放MPEG-2解码器。
7.一种可比例缩放数据处理系统[50]，包括：
用于处理多媒体数据[52]的序列数据通道，包括第一处理模块[56]和第二处理模块[58]；
用于对第二处理模块[58]进行比例缩放的比例缩放应用[59]；和
位于第一处理模块[56]之前的数据修剪系统[64]，导致一部分与比例缩放应用[59]关联的多媒体数据被截断。
8.权利要求7的可比例缩放数据处理系统[50]，进一步包括用于有选择地对比例缩放应用[59]和数据修剪系统[64]进行激活的本地资源处理器[62]。
9.权利要求7的可比例缩放数据处理系统[50]，其中第一处理模块[56]包括逆量化系统，而第二处理模块[58]包括反向离散余弦变换系统。
10.权利要求9的可比例缩放数据处理系统[50]，其中可比例缩放数据处理系统包括一可比例缩放MPEG-2解码器。
11.权利要求7的可比例缩放数据处理系统[50]，其中可比例缩放数据处理系统包括一可比例缩放MPEG-2编码器。
12.权利要求8的可比例缩放数据处理系统[50]，其中数据修剪系统[64]包括用于在被压缩视频数据的宏块中截断数据的系统。
13.权利要求12的可比例缩放数据处理系统[50]，其中数据以由本地资源控制器[62]预定的模式被截断。
14.权利要求13的可比例缩放数据处理系统[50]，其中比例缩放应用[59]导致第二处理模块[58]不对被截断数据进行处理。
15.一种用于对具有以序列方式安排的第一处理模块[56]和第二处理模块[58]的数据处理系统[50]进行比例缩放的方法，包括步骤：
输入数据[52]到数据处理系统中；
在第二处理模块[58]中对计算过程进行比例缩放；以及
在第一处理模块[56]之前对预定类型的数据进行截断，该模块与第二处理模块[58]中的计算过程关联。
16.权利要求15的方法，其中在第二处理模块[58]中对计算过程进行比例缩放包括消除对预定数据类型进行的处理的步骤。
17.权利要求15的方法，其中第一处理模块[56]包括逆量化系统，而第二处理模块[58]包括反向离散余弦变换系统。
18.权利要求16的方法，其中所述数据包括被压缩视频数据。
19.权利要求18的方法，其中比例缩放步骤在被压缩视频数据的宏块中截断数据。
20.权利要求19的方法，其中数据块以由本地资源控制器[62]预定的模式被截断。
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