CN1909664A - 一种基于内容自适应的算术解码系统及装置 - Google Patents

一种基于内容自适应的算术解码系统及装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于视频通信领域，提供了一种基于内容自适应的算术解码系统及装置，所述系统包括硬件解码单元，用于对宏块层的所有语法元素进行解码；软件控制单元，用于对所述硬件解码单元的解码过程进行控制；以及接口单元，用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信息。本发明将CABAC解码的语法元素全部用硬件来实现，使得软硬件功能划分明确，接口清晰，解码过程易于控制，解码效率大幅提高，能够满足实时和高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。

Description

一种基于内容自适应的算术解码系统及装置
技术领域
本发明属于视频通信领域，尤其涉及一种基于内容自适应的算术解码系统及装置。
背景技术
CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，基于上下文的自适应算术编码)是国际视频编码标准H.264中所采用的两套熵编码方案之一。与另外一套熵编码方案CAVLC(Context-based Adaptive Variable LengthCoding，基于上下文的自适应变长编码)相比，CABAC有更好的压缩效率，但是也具有更高的实现复杂度。
熵编码器的功能在于依照MB(macro-blocks，宏块)扫描顺序将每个宏块中所有的语法元素的值按固定次序依次编码到码流中。宏块是视频图像编码的基本单元块，每幅图像都被划分成为宏块后再进行编码。
CABAC算术解码是基于递归间隔划分的原则来工作的，在解码当前bin时，需要知道当前bin出现0或1的概率值，用p来表示，这个概率是由当前bin所对应的内容概率模型(内容概率模型)来决定的。首先区分大概率事件(MPS)和小概率事件(LPS)，分别对应0或1。小概率事件值LPS(valLPS)和大概率事件值MPS(valMPS)用0和1来表示，体现在解码当前bin所对应的内容概率模型中。当前的bin对应的大概率值如果用p(0)来表示，那么小概率值p(1)＝1-p(0)。
二元化的概率的空间范围就是(0，1)，整个空间用codIRange的值来确定。通过解码当前bin所对应的概率值p来计算子区间大小，计算的方法为：大概率空间的范围对应p(0)*codIRange，小概率空间的范围对应的是codIRange-p(0)*codIRange。确定概率空间以后，就可以根据codIOffset的值选定解码当前bin概率落到了哪个子区间，如果落到了小概率空间，那么解码当前bin的值就对应到了小概率事件值(valLPS)，如果落到了大概率空间，那么解码当前bin的值就对应到了大概率事件值(valMPS)。如果落在大概率空间中，那么解码下一个bin时就把大概率空间p(0)*codIRange的值作为整个概率空间codIRange，继续参与空间划分和解码，以上仅是CABAC解码的原理性描述，关于CABAC解码的具体和详细描述参见H.264协议，本发明全部引用，不再赘述。
例如在概率内容概率模型的维护中，概率评估通过一组有限状态机来完成，这组有限状态机是基于一个涵盖64个不同的概率事件的概率状态表：
{pLPS(pStateIdx)|0＜＝pStateIdx＜64}
表中的每个值对应的是小概率事件的一个值pLPS。表的组织方式是随着pStateIdx值的增加，LPS的值逐渐减小，pStateIdx＝0时对应的小概率值为0.5。
CABAC算法是2003年JVT(ITU-T国际视频组织ISO的MPEG联合小组)会议上正式成形推出的，迄今发展的时间很短，已提出的完整解码实现结构很少，尤其是高速、高吞吐量的实时解码处理器。
目前已经公开的CABAC硬件解码单元主要是软件解码以及软件解码与硬件解码相结合的结构。
CABAC软件硬件解码单元可参考JVT提供的jm95软件。软件解码按照算法流程在PC机上执行解码过程，由软件负责全部CABAC解码任务，解码速度极慢，无法满足实时应用场合的需要。
Osorio，R.R.；Bruguera，J.D.“Arithmetic coding architecture for H.264/AVCCABAC compression system”，Digital System Design，2004.DSD 2004.EuromicroSymposium on，31 Aug.-3 Sept.2004 Page62-69中提出了一种软硬件结合的硬件解码单元结构，采用硬件加速的实现方式，把解码过程中占主要工作量的系数语法元素解码用硬件加速结构来实现，其他语法元素如mb_type、sub_mb_type、CBP(Coded Block Patterns，已编码块标志)、dquant、亮度预测模式、色度预测模式、MVD(Motion Vector Data，动态矢量数据)以及参考帧索引等语法元素解码全部用软件来实现，这种解码结构比软件硬件解码单元的解码效率有很大提高，但仍然存在不足之处：
(1)这个方案实际上是硬件仅仅解码宏块层中的一种语法元素，即系数coefficient的解码，其他语法元素的解码全部交给软件去完成，软件和硬件的交互不仅仅是周边块信息的交互，还要把CABAC解码过程中产生的Range和Offset变量在软件和硬件解码过程中不停交互，导致软硬件功能划分不明确，交互过程相对复杂，效率低下。
(2)软件参与除系数之外的所有语法元素的解码，硬件仅负责系数部分的解码，在一定程度造成了资源浪费，没有使系统的性能得到更大的提升。
综上所述，在现有技术中，由软件承担了宏块层全部或者大部分语法元素的解码工作，导致CABAC解码效率低，实现复杂，难以满足实时和高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中由软件承担宏块层全部或者大部分语法元素的解码工作，导致CABAC解码效率低，实现复杂，难以满足实时和高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求的问题。
为了实现发明目的，本发明提供了一种基于内容自适应的算术解码系统，所述系统包括：
硬件解码单元，用于对宏块层的所有语法元素进行解码；
软件控制单元，用于对所述硬件解码单元的解码过程进行控制；以及
接口单元，用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信息。
所述硬件解码单元包括解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解码单元以及重组bin单元，其中：
解码控制单元，用于接收解码控制信号，对所述硬件解码单元的解码过程进行控制；
码流管理模块，用于接收码流数据，将所述码流数据输入至单bin解码单元；
内容概率模型存储器，用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型，所述内容概率模型为399个；
周边块信息维护模块，用于维护解码当前块的周边块信息；
内容概率模型选择模块，用于根据周边块信息维护模块提供的周边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型，向内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号；
单bin解码单元，用于根据内容概率模型存储器提供的内容概率模型，对码流管理模块输入的码流数据进行解码，并将解码结果输出至重组bin单元；
重组bin单元，用于将单bin解码单元输入的单bin解码结果组装成语法元素，并经接口单元将所述语法元素输入到软件控制单元，同时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至周边块信息维护模块。
所述硬件解码单元进一步包括内容概率模型缓存器，用于缓存解码语法元素所需要的内容概率模型，根据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型发送到单bin解码单元；同时，接收单bin解码单元更新后的内容概率模型，并将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
所述码流管理模块进一步包括码流存储器，用于存储并向单bin解码单元提供码流数据。
所述周边块信息维护模块进一步包括：
第一组寄存器，用于存储左相邻块信息；以及
第二组寄存器，用于存储上相邻块信息。
内容概率模型缓存器进一步包括一个寄存器组，所述寄存器组包括多个寄存器，用于缓存单bin解码单元所需要的内容概率模型。
所述接口单元进一步包括：
译码电路，用于对所述软件控制单元到所述接口单元读写数据进行地址译码；
配置寄存器组，用于存储所述软件控制单元通过译码电路写入的解码配置信息；以及
输出结果存储器和输出结果寄存器组，用于存储所述单bin解码单元输入的解码结果。
所述交互信息包括码流数据、周边块信息以及解码控制信号，所述解码控制信号包括解码skip的开启信号、解码field的开启信号以及解码mb_layer的开启信号。
为了更好地实现发明目的，本发明进一步提供了一种基于内容自适应的算术解码装置，所述解码装置通过硬件实现，用于对宏块层所有语法元素进行解码。
所述解码装置包括解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解码单元以及重组bin单元，其中：
解码控制单元，用于接收解码控制信号，对所述解码装置的解码过程进行控制；
码流管理模块，用于接收码流数据，将所述码流数据输入至单bin解码单元；
内容概率模型存储器，用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型，所述内容概率模型为399个；
周边块信息维护模块，用于维护解码当前块的周边块信息；
内容概率模型选择模块，用于根据周边块信息维护模块提供的周边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型，向内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号；
单bin解码单元，用于根据内容概率模型存储器提供的内容概率模型，对码流管理模块输入的码流数据进行解码，并将解码结果输出至重组bin单元；
重组bin单元，用于将单bin解码单元输入的单bin解码结果组装成语法元素，并经接口单元将所述语法元素输出至外部，同时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至周边块信息维护模块。
所述解码装置进一步包括内容概率模型缓存器，用于缓存解码语法元素所需要的内容概率模型，根据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型发送到单bin解码单元；同时，接收单bin解码单元更新后的内容概率模型，并将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
所述码流管理模块进一步包括码流存储器，用于存储并向单bin解码单元提供码流数据。
所述周边块信息维护模块进一步包括：
第一组寄存器，用于存储左相邻块信息；以及
第二组寄存器，用于存储上相邻块信息。
内容概率模型缓存器进一步包括一个寄存器组，所述寄存器组包括多个寄存器，用于缓存单bin解码单元所需要的内容概率模型。
本发明将CABAC解码的语法元素全部用硬件来实现，使得软硬件功能划分明确，接口清晰，解码过程易于控制，解码效率大幅提高，能够满足实时和高清的应用场景对视频处理的速度以及数据处理能力的要求。
附图说明
图1是本发明提供的解码系统的结构图；
图2是本发明提供的解码系统中硬件解码单元的结构图；
图3是本发明中硬件解码单元解码的语法元素构成图；
图4是本发明中硬件解码单元解码mb_layer层语法元素的状态示意图；
图5是本发明提供的优选实施例中硬件解码单元的结构图；
图6是本发明实现P、B帧宏块解码的流程图；
图7是本发明实现I帧宏块解码的流程图；
图8是本发明提供的解码系统中接口单元的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，在计算解码当前bin的内容概率模型的值时，会用到相邻块或者是相邻块的bin的值，再通过一定的运算规则从存储内容概率模型的RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)中选择出对应的内容概率模型的值，再利用上述计算规则得到解码当前bin的值后，更新当前bin出现0或1的概率，即更新当前bin所对应的内容概率模型的值，并回写到对应的RAM空间中，这个过程也正体现出CABAC编码是基于内容的算术编码，这个“基于内容”实质上就是根据以往已经解码得到的语法元素的值，去判断接下来要编码的语法元素可能的值，如果命中，就可以用很少甚至不消耗bit就可以对当前的语法元素实行编码，达到了提高码流压缩比的目的。
根据上述方案，本发明提供了一种采用硬件方式实现的CABAC解码装置，用于解码CABAC的全部语法元素，解码过程中需要的相互关联的CABAC解码特性的参数range、offset以及每个bin解码过程中需要不断更新维护的内容概率模型等变量完全由解码装置自身来维护。
在本发明提供的CABAC解码系统中，通过相应的软件对解码装置的解码过程进行控制，但软件不参与任何CABAC解码本身的数据维护和解码过程，仅提供周边块信息、码流数据和控制信号。软件和硬件的交互变为基于宏块层的码流数据交互、配置信息交互和解码后的结果数据获取。
图1示出了本发明提供的CABAC解码系统的结构，整个系统由三部分组成，分别是负责CABAC解码的硬件解码单元100，负责对硬件解码单元100进行配置和控制的软件控制单元200以及接口单元300。软件控制单元200通过访问总线与接口单元300交换数据，控制硬件解码单元100进行解码。硬件解码单元100是CABAC解码系统的主体部分，实现一个宏块层所有语法元素的解码。软件控制单元200通过接口单元300向硬件解码单元100发送解码控制信号和需要解码的码流数据，硬件解码单元100通过接口单元300将解码完成的数据传送给软件控制单元200。
图2示出了本发明提供的硬件解码单元100的结构，在具体实现上，单bin解码单元106和内容概率模型选择模块105通过组合电路来实现，其他模块单元通过时序电路来实现，整个硬件解码单元100采用数字电路来实现，集成在一块集成电路芯片上。
解码控制单元101负责控制硬件解码单元100中其他各组成模块的解码过程，向各模块发送解码控制信号，来协调各个模块的工作。解码控制单元101内部包含着控制状态机，通过对对各个解码状态的控制来实现解码整个mb层语法元素的目的。
图3示出了硬件解码单元控制单元101中的三个解码控制过程，分别是控制skip状态解码过程，控制field状态解码过程和控制mb layer状态解码过程。图3中包含了H.264协议main profile中采用CABAC编解码的全部语法元素，其中：
(1)Skip表示P帧中宏块是否被跳过解码信号；
(2)End_slice表示当前宏块是否为slice层中最后一个宏块的标志信号；
(3)mb_type表示当前宏块的类型信号，sub_mb_type表示的是宏块中包含的4个8×8块的类型信号；
(4)Intra_pre_mode表示当前宏块为intra块时，解码4×4类型时的亮度预测模式信号以及色度预测模式信号；
(5)Cbp表示当前宏块的系数存在指示信号；
(6)Dquant表示当前宏块的quant参差信号；
(7)Mvd表示当前宏块的运动相量参差信号；
(8)Reframe表示当前宏块的参考帧信号；
(9)Coeff表示当前宏块的系数信号；
(10)Field表示当前宏块的场标志信号；
本发明将解码skip，解码field这两个部分从mb_layer层的解码中分离出来，有助于提高解码的效率，把软硬件交互的开销降为最小。解码skip，解码field和解码mb_layer三个部分可以独立接受软件控制单元200的控制，完成对应语法元素的解码。
解码mb_layer部分包括9种语法元素的解码，是CABAC解码的主体。在mb_layer层中，9种语法元素是按照一定的顺序来解码的，这个顺序和H.264协议相关，参见JVT-G050，“Draft ITU-T Recommendation H.264 and DraftISO/IEC 14496-10 AVC”in JVT of ISO/IEC doc，T.Wig，Ed.，Pattaya，Thailand，Mar.2003，本发明全部引用，不再赘述。解码skip过程中如果得到的skip值为1，则解码end_slice语法元素，然后结束；如果得到的skip的值为0，则直接结束，硬件解码单元100进行下一步解码操作。
在本发明中，把skip解码过程单独列出来没有并入整个mb_layer层解码过程是因为对于skip解码过程的配置信息很少，而mb_layer层需要的配置信息很多，当宏块是skip mb时，mb_layer解码过程是不需要被启动的，那么就可以用很少的配置信息就可以解码完成整个宏块的解码过程，这是很经济的。
field解码是可选的，把这个语法元素拿出来作为单独的解码操作过程是因为这个语法元素的相邻块的选取在某些特殊的情况下和mb skip语法元素以及mb_layer层中的语法元素的相邻块选取是不同的，所以有必要单独拿出来采用独立的软硬件交互模式来操作。
作为本发明的另一个实施例，当然也可以把解码skip与解码field合并到解码mb_layer过程中，也可以把mb_layer层中某些语法元素的解码从解码mb_layer中分离出去，单独接受软件控制单元200的控制。
图4示出了解码控制单元101控制硬件解码单元100对mb layer层语法元素进行解码的详细状态控制过程。在mb_layer层语法元素进行解码的过程中，硬件解码单元100的初始状态为空闲状态，当接收到有效的mb layer解码启动信号(C1)后，硬件解码单元100执行mb_type解码。
硬件解码单元100对mb_type解码完毕后，如果是P宏块或B宏块解码，并且宏块划分不是4个8×8块的形式(C2)，则依次继续进行refframe解码、mvb解码、cbp和dqp解码、coeff解码；如果是I宏块解码并且不是I_PCM模式解码(C3)，则依次进行cbp和dqp解码、coeff解码；如果是I宏块解码并且是I_PCM模式解码(C4)，则回到空闲状态；如果是P宏块或B宏块解码，并且宏块划分成4个8×8块的形式(C7)，则依次执行sub_mb_type解码、refframe解码、mvb解码、cbp和dqp解码、coeff解码。
在coeff解码完毕后，如果处于mbaff解码模式下，并且当前解码的宏块号为偶数(C5)，则回到空闲状态；如果处于非mbaff解码模式下，或mbaff解码模式下，但当前解码的宏块号为奇数(C6)，则执行send_slice解码，解码完成后回到空闲状态。
码流管理模块102接收码流数据，并将码流数据输入到单bin解码单元106。码流管理模块102中包含有码流存储器1021，用来向单bin解码单元106提供码流数据。当码流存储器1021内的码流要被消耗完毕时，码流管理模块102向软件控制单元200提出码流载入的请求。
在宏块解码的过程中，如果码流存储器1021中的码流消耗完毕，码流管理模块102可以向软件控制单元200发出码流填充请求，此时码流管理模块102中断解码过程，直到软件控制单元200把需要的码流填充完毕才重新恢复解码。
周边块信息维护模块103维护周边块信息。周边块信息包括上相邻块以及左相邻块中的相关信息；周边块信息维护模块103包含两组寄存器1031、1032，分别为存储左相邻块信息和上相邻块信息。相邻块信息包括相邻块是否有效、相邻块是否为skip、相邻块的帧场模式以及相邻的已经解码完的语法元素。解码当前块中的语法元素时，语法元素中的第一个bin往往会需要利用周边块中已经解码完成的语法元素来判断如何选择概率模型，此时周边块信息维护模块103需要向内容概率模型选择模块105提供选择概率模型时所需要的周边块信息。
作为本发明的一个实施例，对于当前宏块的周边宏块信息，完全由软件控制单元200来维护，解码到当前的宏块的时候，由软件控制单元200将周边宏块信息通过接口单元300传递到周边块信息维护模块103，但这种方案中软硬件解码的交互过程比较复杂。
在本发明的另一个实施例中，周边宏块的语法元素信息也可以完全由硬件解码单元100中的周边块信息维护模块103来维护，这样软硬件交互过程简单，但周边块信息维护模块103需要维护左边宏块的信息以及维护上面一排宏块的信息，资源消耗过大。
作为本发明的优选实施例，由软件控制单元200维护上宏块中语法元素的信息，周边块信息维护模块103维护左宏块语法元素的信息，这样软硬件交互过程简单，硬件消耗的资源也仅仅是维护左面一个或两个(在mbaff模式中)宏块中语法元素的信息。
内容概率模型存储器104是一个存储所有语法元素所需要的概率模型的RAM。内容概率模型存储器104中存储的概率模型一共有399个，这是解码整个mb层所有语法元素所需要的全部概率模型信息。
内容概率模型选择模块105包含了所有语法元素的所有bin的概率模型选择策略，确定解码当前语法元素中的每个bin所需要的概率模型。内容概率模型选择模块105输出的结果类似一个指针，指示单bin解码单元106在解码当前的语法元素中的每个bin时从内容概率模型存储器104所提供的概率模型中该选择哪个概率模型。确定选择概率模型的原则一是当前解码的是哪个语法元素，二是解码该语法元素中的是哪个bin，三是周边块对应的该语法元素的值。确定选择概率模型的规则在H.264协议进行了描述，参见JVT-G050，“DraftITU-T Recommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10 AVC”in JVT ofISO/IEC doc，T.Wig，Ed.，Pattaya，Thailand，Mar.2003，本发明全部引用，不再赘述。
单bin解码单元106用来解码每个语法元素的bin，解码方式采用H.264协议规定的标准CABAC算术解码方式，参见JVT-G050，“Draft ITU-TRecommendation H.264 and Draft ISO/IEC 14496-10 AVC”in JVT of ISO/IEC doc，T.Wig，Ed.，Pattaya，Thailand，Mar.2003，本发明全部引用，不再赘述。解码过程中需要的码流数据从码流管理模块102中获得，解码过程中需要的概率模型从内容概率模型缓存器108中获得。单bin解码单元106解码后的结果送到重组bin单元107，用来做语法元素的重建。
由于单bin解码单元106仅仅是解码某个语法元素中的一个bin，要从解码bin的结果中恢复出解码最终的语法元素，还要有一个重组bin的过程，使之成为最后需要的语法元素，重组bin单元107完成语法元素的组装。每个语法元素的组装方式是不同的，组装的依据是解码的当前语法元素的类型，组装规则按照H.264协议规定来完成。完成语法元素的组装后，重组bin单元107把解码得到的语法元素发送给软件控制单元200，同时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至周边块信息维护模块103中，作为解码后续语法元素的参考信息。
在上述实施例中，单bin解码单元106从内容概率模型存储器104中直接选择，由于受到RAM读取的限制，选择和更新概率模型会大大影响解码的效率。作为本发明的一个优选实施例，如图5所示，把解码某一类语法元素所需要的概率模型读到内容概率模型缓存器108中，内容概率模型缓存器108是一个高速缓存器(Cache)，为单bin解码单元106调用内容概率模型提供高速缓存，以提高选择和更新内容概率模型的效率。当收到内容概率模型选择模块105提供的指示信号后，内容概率模型缓存器108将对应的概率模型送到单bin解码单元106。
解码每个bin都要对相应的内容概率模型进行更新，为了避免反复从内容概率模型存储器104中载入模型并且回写更新后的的内容概率模型，内容概率模型缓存器108设置了44个7bits寄存器。所有的内容概率模型根据它们可能的调用顺序分组。解码一个宏块的过程中，每组内容概率模型仅被载入寄存器组一次，全部使用完更新完毕后回写一次，每组的内容概率模型总个数不超过44个内容概率模型。
作为本发明的一个实施例，根据语法元素的调用顺序，所有内容概率模型被分为如下18组：
第1组：mb_skip_flag；
第2组：mb_field_decoding_flag；
第3组：mb_type for SI slice；
第4组：mb_type for I slice；
第5组：mb_type for P slice；
第6组：mb_type for B slice；
第7组：sub_mb_type for P slice；
第8组：sub_mb_type for B slice；
第9组：syntax elements for intra prediction mode，includingprev_inrta4x4_pred_mode_flag，rem_intra4x4_pred_mode，intra_chroma_pred_mode；
第10组：ref_idx；
第11组：abs_mvd；
第12组：coded_block_patterrn；
第13组：mb_dq_delta；
第14组：解码DC系数intra16*16模式coded_block_flag，significant_coeff_flag，last_significant_coeff_flag，coeff_abs_level_minus1；
第15组：解码AC系数intra16*16模式coded_block_flag，significant_coeff_flag，last_significant_coeff_flag，coeff_abs_level_minus1；
第16组：解码系数非intra16*16模式coded_block_flag，significant_coeff_flag，last_significant_coeff_flag，coeff_abs_level_minus1；
第17组：解码DC系数色度模式coded_block_flag，significant_coeff_flag，last_significant_coeff_flag，coeff_abs_level_minus1；
第18组：解码AC系数色度模式coded_block_flag，significant_coeff_flag，last_significant_coeff_flag，coeff_abs_level_minus1。
需要说明的是，上述内容概率模型的分组方式是灵活可变的，只要能保证解码当前的某一类语法元素所需要的内容概率模型都能通过内容概率模型缓存器108访问到即可。
软件控制单元200是对硬件解码单元100的CABAC解码过程进行配置和控制的计算机程序，装载在CPU(Central Processing Unit，中央处理器)或者DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等中运行，通过接口单元300实现对硬件解码单元100的解码配置和控制，具体包括：
(1)对硬件解码单元100进行系统初始化；
(2)配置CABAC解码过程中所需要的周边块信息以及码流数据；
(3)从硬件解码单元100中读出解码得到的结果数据；
(4)发出控制信号，控制硬件解码单元100执行CABAC解码过程。
在本发明的一个实施例中，对宏块解码之前，软件控制单元200检查硬件解码单元100是否有填充码流的需要，如果有首先把需要填充的码流填充完毕，然后再启动宏块的解码流程。
图6、图7分别示出了软件控制单元200控制硬件解码单元100解码P、B帧以及I帧的实现流程。
整个流程可以分为两个部分，一部分是软件控制单元200对硬件解码单元100的配置，即软件控制单元200向硬件解码单元100写入配置数据、码流数据以及控制数据；另一部分是软件控制单元200从硬件解码单元100中读出数据，读出的数据指的是硬件解码单元100通过软件控制单元200的配置和控制解码得到的相应的语法元素。
软件控制单元200对硬件解码单元100的配置过程包括配置解码skip信息、配置解码field信息、配置解码mb_layer信息和load码流。软件控制单元200从硬件解码单元100中读出数据的过程包括读取skip信息、读取field信息、读取mb_layer层解码信息以及读取end_slice信息。
从图6、图7中可以看出，解码P、B帧和解码I帧的区别在于在软件控制单元200对硬件解码单元100的配置上多了一个对skip解码的控制过程，如果解码得到的skip的值为1，则完成整个宏块层的解码，否则继续解码宏块层的语法元素，这个过程和解码I帧的控制过程相同。
以下以P帧和B帧的解码过程进行描述：
步骤S601中，软件控制单元200对硬件解码单元100配置解码skip语法元素所需要的周边块信息，然后发出skip解码启动信号；
步骤S602中，硬件解码单元100接受到启动信号后开始解码skip这个语法元素；
步骤S603中，软件控制单元200读出硬件解码单元100解码得到的skip的结果值；
步骤S604中，软件控制单元200判断如果skip的值是否为1，是则对整个宏块的解码结束，否则继续执行步骤S605；
步骤S605中，软件控制单元200判断是否需要解码field这个语法元素，即dec_field_flag是否为1，是则执行步骤S606，否则执行步骤S609；
步骤S606中，软件控制单元200向硬件解码单元100配置解码field所需要的周边块信息，并发出field解码启动信号。解码field的前提条件是在mbaff模式中，然后判断当前解码的宏块是否为宏块对中的上宏块，如果是则条件成立，否则判断上宏块是否skip宏块，如果是条件也成立；
步骤S607中，硬件解码单元100接收到field解码启动信号后，开始进行field这个语法元素的解码；
步骤S608中，硬件解码单元100解码field完毕后，软件控制单元200读出field解码得到的结果数据；
步骤S609中，软件控制单元200向硬件解码单元100配置解码mb_layer解码所需要的周边块信息，并发出mb_layer解码启动信号；
步骤S610中，硬件解码单元100接受到mb_layer解码启动信号后，开始对mb_layer层语法元素进行解码；
步骤S611中，硬件解码单元100解码完毕后，软件控制单元200读出mb_layer层解码得到的结果数据；
步骤S612中，硬件解码单元100判断load_bits_flag是否为1，即是否需要向硬件解码单元100中填充码流数据，如果是则执行步骤S613，否则结束；
步骤S613中，硬件解码单元100内部中断，请求软件控制单元200向硬件解码单元100填充码流，码流填充完毕后，硬件解码单元100自动取消内部中断，恢复解码。需要说明的是，在mb_layer解码完毕后，软件控制单元200查询硬件解码单元100内部的码流存储器1021是否为空，如果为空，则软件控制单元200向硬件解码单元100中填充码流，目的是使得硬件解码单元100内部的码流存储器1021的码流为满，减少mb_layer解码过程中因为码流耗尽而导致过多的中断次数，降低硬件解码单元100的解码效率；
步骤S614中，软件控制单元200如果判断mb_layer解码得到的当前宏块是I_PCM类型，那么软件控制单元200从硬件解码单元100中得到码流被消耗的信息，然后将硬件解码单元100外部的码流对应为I_PCM部分直接还原为宏块的图像，再将剩余码流重新填充到硬件解码单元100中，这个码流填充过程默认为硬件解码单元100中码流存储器1021全部为空；
步骤S615中，硬件解码单元100解码软件控制单元200重新填充的码流的mb_layer中的语法元素；
步骤S616中，硬件解码单元100解码end_slice语法元素，end_slice语法元素一般在mb_layer层就已经被解码并且被软件控制单元200读出，但当宏块为I_PCM类型时是个特例，这时需要在软件控制单元200还原IP_CM数据，再将码流重新填充到硬件解码单元100之后，由硬件解码单元100完成对end_slice的解码。硬件解码单元100解码完毕后，由软件控制单元200读出end_slice语法元素。
图7示出了对I帧的解码过程，其中步骤S701～712与上述步骤S605～616相同，不再赘述。
接口单元300负责硬件解码单元100与软件控制单元200交互信息的传递，传递硬件解码单元100在解码过程中需要配置的码流数据、周边块信息以及控制信号，其中周边块信息包括：
(1)相邻块是否存在信号avaible_flag；
(2)相邻块是否为skip块信号skip_flag；
(3)相邻块帧场模式信号field_flag；
(4)相邻块宏块type信号以及sub_mb_type信号；
(5)相邻块的CBP信号以及CBF信号；
(6)相邻块是帧内宏块是还是帧间块宏块的信号；
(7)相邻块色度预测模式信号；
(8)相邻块dquant的信号；
(9)相邻块的mvd和参考帧refframe的信息；
(10)当前slice是否mbaff模式的信号；
(11)当前slice类型信号，即判断当前帧是I帧，P帧还是B帧；
(12)当前slice头解码得到的num_refidx0_minus1，num_refidx1_minus1，slice_data_partition以及constrained_intra_predflag信息。
接口单元300包含了一系列寄存器和一组存储器RAM。接口单元300为每一个寄存器和RAM中的每一个数据段设定地址，软件控制单元200通过访问这些地址并进行对应地址段的数据读写来完成和接口单元300的交互。
如图8所示，接口单元300包括译码电路301、配置寄存器组302、输出结果寄存器组303以及输出结果存储器304。
译码电路301完成软件控制单元200到接口单元300的地址译码，从而实现软件控制单元200对接口单元300的数据读写。
配置寄存器组302存储软件控制单元200通过译码电路301写入的对硬件解码单元100进行解码控制的配置信息。
硬件解码单元100将解码得到的结果写入到接口单元300中，其中得到的MVD数据和coeff数据写入到输出结果存储器304中，其他的语法元素直接写入到输出结果寄存器组303中。软件控制单元200通过读取对应地址空间中的数据就可以将硬件解码单元100解码得到的结果数据读出来。
需要说明的是，在本发明中，接口单元300对相邻块的配置方法有多种，可以配置完备的上相邻块信息和左相邻块信息；也可以只配置上相邻块信息，不配置左相邻块信息，左相邻块信息由硬件解码单元100自身维护；也可以只配置控制信号，其他的参考的语法元素信息全部由硬件解码单元100来维护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种基于内容自适应的算术解码系统，其特征在于，所述系统包括：
硬件解码单元，用于对宏块层的所有语法元素进行解码；
软件控制单元，用于对所述硬件解码单元的解码过程进行控制；以及
接口单元，用于传递所述硬件解码单元与软件控制单元之间的交互信息。
2、如权利要求1所述的解码系统，其特征在于，所述硬件解码单元包括解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解码单元以及重组bin单元，其中：
解码控制单元，用于接收解码控制信号，对所述硬件解码单元的解码过程进行控制；
码流管理模块，用于接收码流数据，将所述码流数据输入至单bin解码单元；
内容概率模型存储器，用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型，所述内容概率模型为399个；
周边块信息维护模块，用于维护解码当前块的周边块信息；
内容概率模型选择模块，用于根据周边块信息维护模块提供的周边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型，向内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号；
单bin解码单元，用于根据内容概率模型存储器提供的内容概率模型，对码流管理模块输入的码流数据进行解码，并将解码结果输出至重组bin单元；
重组bin单元，用于将单bin解码单元输入的单bin解码结果组装成语法元素，并经接口单元将所述语法元素输入到软件控制单元，同时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至周边块信息维护模块。
3、如权利要求2所述的解码系统，其特征在于，所述硬件解码单元进一步包括内容概率模型缓存器，用于缓存解码语法元素所需要的内容概率模型，根据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型发送到单bin解码单元；同时，接收单bin解码单元更新后的内容概率模型，并将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
4、如权利要求2所述的解码系统，其特征在于，所述码流管理模块进一步包括码流存储器，用于存储并向单bin解码单元提供码流数据。
5、如权利要求2所述的解码系统，其特征在于，所述周边块信息维护模块进一步包括：
第一组寄存器，用于存储左相邻块信息；以及
第二组寄存器，用于存储上相邻块信息。
6、如权利要求3所述的解码系统，其特征在于，内容概率模型缓存器进一步包括一个寄存器组，所述寄存器组包括多个寄存器，用于缓存单bin解码单元所需要的内容概率模型。
7、如权利要求1所述的解码系统，其特征在于，所述接口单元进一步包括：
译码电路，用于对所述软件控制单元到所述接口单元读写数据进行地址译码；
配置寄存器组，用于存储所述软件控制单元通过译码电路写入的解码配置信息；以及
输出结果存储器和输出结果寄存器组，用于存储所述单bin解码单元输入的解码结果。
8、如权利要求1所述的解码系统，其特征在于，所述交互信息包括码流数据、周边块信息以及解码控制信号，所述解码控制信号包括解码skip的开启信号、解码field的开启信号以及解码mb_layer的开启信号。
9、一种基于内容自适应的算术解码装置，其特征在于，所述解码装置通过硬件实现，用于对宏块层所有语法元素进行解码。
10、如权利要求9所述的解码装置，其特征在于，所述解码装置包括解码控制单元、码流管理模块、内容概率模型选择模块、内容概率模型存储器、周边块信息维护模块、单bin解码单元以及重组bin单元，其中：
解码控制单元，用于接收解码控制信号，对所述解码装置的解码过程进行控制；
码流管理模块，用于接收码流数据，将所述码流数据输入至单bin解码单元；
内容概率模型存储器，用于存储解码语法元素所需要的内容概率模型，所述内容概率模型为399个；
周边块信息维护模块，用于维护解码当前块的周边块信息；
内容概率模型选择模块，用于根据周边块信息维护模块提供的周边块及宏块信息选择解码当前语法元素中每个bin所需要的内容概率模型，向内容概率模型存储器输出内容概率模型指示信号；
单bin解码单元，用于根据内容概率模型存储器提供的内容概率模型，对码流管理模块输入的码流数据进行解码，并将解码结果输出至重组bin单元；
重组bin单元，用于将单bin解码单元输入的单bin解码结果组装成语法元素，并经接口单元将所述语法元素输出至外部，同时将后续解码所需要的周边块信息的语法元素输入至周边块信息维护模块。
11、如权利要求10所述的解码装置，其特征在于，所述解码装置进一步包括内容概率模型缓存器，用于缓存解码语法元素所需要的内容概率模型，根据内容概率模型选择模块输出的内容概率模型指示信号将对应的内容概率模型发送到单bin解码单元；同时，接收单bin解码单元更新后的内容概率模型，并将更新后的内容概率模型写回至内容概率模型存储器。
12、如权利要求9所述的解码装置，其特征在于，所述码流管理模块进一步包括码流存储器，用于存储并向单bin解码单元提供码流数据。
13、如权利要求9所述的解码装置，其特征在于，所述周边块信息维护模块进一步包括：
第一组寄存器，用于存储左相邻块信息；以及
第二组寄存器，用于存储上相邻块信息。
14、如权利要求11所述的解码装置，其特征在于，内容概率模型缓存器进一步包括一个寄存器组，所述寄存器组包括多个寄存器，用于缓存单bin解码单元所需要的内容概率模型。
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