專利名稱：視頻解碼的數(shù)字信源解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字視頻解碼器。特別涉及一種用于SDTV(數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視)或HDTV(數(shù)字高清晰度電視)的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器。
數(shù)字信源解碼器是數(shù)字視頻領(lǐng)域中應(yīng)用的重要設(shè)備，而視頻解碼又是數(shù)字信源解碼器的核心部分，因此實現(xiàn)視頻解碼是該領(lǐng)域發(fā)展的熱點之一。目前，數(shù)字視頻領(lǐng)域的通用國際標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。由ISO/IEC IS 13818文件描述。在MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中，對視頻解碼的句法結(jié)構(gòu)只有一些功能性的概括介紹，而沒有提供全部具體算法和硬件設(shè)備。為此，有必要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的各項解碼功能及器件條件確定算法和提供視頻解碼的數(shù)字信源解碼器。
本發(fā)明的目的是提供一種用于SDTV或HDTV的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，并使它完全符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，適用于該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各種型(Profile)和級(Level)。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器由解碼復(fù)用單元、系統(tǒng)控制單元、核心解碼單元、顯示緩沖單元、后處理單元等組成，其核心解碼單元作為視頻解碼單元，它包括數(shù)據(jù)緩存器，用于調(diào)整輸入的視頻碼流；變長解碼器，它采用并行解碼結(jié)構(gòu)，用于對數(shù)據(jù)緩沖器輸出的串行碼流進(jìn)行變長解碼；游程解碼器，接于變長解碼器的輸出，用于完成游程解碼；系數(shù)產(chǎn)生器，用于在解碼后恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)，并進(jìn)行反量化；宏塊存儲器，用于按照一定掃描順序把反量化后的幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)寫入其中；IDCT電路，用于IDCT運算；運動矢量產(chǎn)生器，用于根據(jù)變長解碼后的數(shù)據(jù)算出運動矢量值；解碼控制器，用于根據(jù)運動矢量值產(chǎn)生讀參考幀存器的地址，由此地址得到參考數(shù)據(jù)，并且它還用于控制核心解碼單元的整個解碼進(jìn)程；運動補償電路，將輸入的參考數(shù)據(jù)先經(jīng)半像素處理得到真正的參考值，與IDCT輸出數(shù)據(jù)一起進(jìn)行運動補償計算，最終得到Y(jié)UV數(shù)據(jù)，送到顯示緩沖單元，以供顯示；參考幀存器，當(dāng)核心解碼單元輸出視頻YUV數(shù)據(jù)時，如果前幀是I幀和P幀，則被寫入其中，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測幀。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明將MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)雜的視頻解碼過程進(jìn)行了科學(xué)的功能劃分，使得整個解碼流程結(jié)構(gòu)清晰，數(shù)據(jù)交換簡單合理。
2、經(jīng)過科學(xué)劃分的各結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部功能明確，實現(xiàn)方法完全符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
3、本發(fā)明中的解碼控制器是整個系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵，它通過自身產(chǎn)生的各種嚴(yán)格的時序信號和控制信號對整個解碼流程進(jìn)行同步控制；同時，由可編程邏輯器件和外加存儲單元內(nèi)的微碼組成的句法分析器，使得整個解碼進(jìn)程完全按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行，而且也使得解碼流程更容易控制和修改。
4、本發(fā)明中的幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器和運動矢量產(chǎn)生器實現(xiàn)了視頻解碼過程的差分解碼，兩組預(yù)測器設(shè)計合理，便于控制和硬件實現(xiàn)。
本發(fā)明的上述目的和其他特點在參照各附圖和具體實施例的詳細(xì)描述中將變得更為清楚。其中

圖1表示視頻解碼的數(shù)字信源解碼器的方框圖；圖2表示本發(fā)明的核心解碼單元的方框圖；圖3表示本發(fā)明的核心解碼單元的幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器的方框圖；圖4本發(fā)明的核心解碼單元的運動矢量產(chǎn)生器的方框圖；圖5表示本發(fā)明的第一實施例的視頻解碼的數(shù)字HDTV信源解碼器的方框圖；圖6表示本發(fā)明的第二實施例的視頻解碼的數(shù)字SDTV信源解碼器的方框圖。
參照圖1和圖2，對本發(fā)明的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器予以描述。在圖1中，本發(fā)明的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器由解復(fù)用單元1、系統(tǒng)控制單元2、核心解碼單元3、顯示緩存單元4、后處理單元5等組成。其中核心解碼單元3作為視頻解碼單元。在圖2中，本發(fā)明的核心解碼單元3包括數(shù)據(jù)緩存器21、變長解碼器22、游程解碼器23、系數(shù)產(chǎn)生器24、宏塊存儲器25、IDCT電路26、運動矢量產(chǎn)生器27、解碼控制器28、運動補償電路29、參考幀存器30。
根據(jù)上述單元劃分，輸入的視頻碼流經(jīng)數(shù)據(jù)緩存器21調(diào)整后，先被送入變長解碼器22和游程解碼器23。它們的主要功能是對串行碼流進(jìn)行變長解碼和游程解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)分別送到系數(shù)產(chǎn)生器24和運動矢量產(chǎn)生器27。變長解碼器22采用并行解碼結(jié)構(gòu)，在一個工作時鐘周期內(nèi)可以解出一個碼字，且無論這個碼字有多長。并行結(jié)構(gòu)的變長解碼器22由兩個輸入寄存器、一個Barrel Shifter、一個存有碼字長度的查表電路和一個累加器組成。游程解碼器23接在變長解碼器22的輸出，完成游程解碼的功能。游程解碼器23由多個比較器、多路器和寄存器組成，其輸出送到系數(shù)產(chǎn)生器24。
變長解碼和游程解碼后的數(shù)據(jù)被送入系數(shù)產(chǎn)生器24，由系數(shù)產(chǎn)生器24恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)。系數(shù)產(chǎn)生器24由兩部分組成一是幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器，二是其它系數(shù)產(chǎn)生器。
圖3表示本發(fā)明的核心解碼單元的幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器的方框圖。如圖3中，幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器根據(jù)變長解碼器22解出的信息，(如dct-dc-size、dct-dc-differential)和一些解碼參數(shù)(如intra-precision)恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)的差值，然后再將差值與相應(yīng)的幀內(nèi)直流預(yù)測器內(nèi)的值相加，最終得到幀內(nèi)直流系數(shù)。其它系數(shù)產(chǎn)生器是用來恢復(fù)除幀內(nèi)直流系數(shù)以外的那些系數(shù)，其主要完成對游程解碼器23輸出的其它系數(shù)進(jìn)行反量化運算。在反量化運算過程中，所使用的W(w)(v)(u)由系數(shù)所對應(yīng)的行和列經(jīng)過查表得到；而quantiser-scan則由從碼流中解出的碼字quantiser-scale-code經(jīng)過查表得到。
由系數(shù)產(chǎn)生器24輸出的幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)按照一定的掃描順序?qū)懭牒陦K存儲器25。經(jīng)過宏塊存儲器25調(diào)整后的數(shù)據(jù)再被送入IDCT輸出的數(shù)據(jù)直接送入運動補償電路29。核心解碼單元3中有兩個宏塊存儲器，其讀寫是按宏塊解碼周期交替進(jìn)行的。宏塊存儲器25的作用是實現(xiàn)反掃描轉(zhuǎn)換和幀/場自適應(yīng)的IDCT運算。
與此同時，運動矢量產(chǎn)生器27將根據(jù)變長解碼后的數(shù)據(jù)計算出運動矢量值。運動矢量值的計算分為兩個步驟一是計算運動矢量的差值delta，二是進(jìn)行差分解碼。運動矢量產(chǎn)生器27首先根據(jù)變長解碼器22解出的motion-code和motion-residual，以及解碼參數(shù)f-code的值，按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的方法，計算出運動矢量的差值delta。然后再計算出的delta值與相應(yīng)的運動矢量預(yù)測值相加，從而得到真正的運動矢量值，同時更新相應(yīng)的預(yù)測器。隨后，解碼控制器28根據(jù)計算出的運動矢量值產(chǎn)生讀參考幀存器30的地址，由此地址得到的參考數(shù)據(jù)被送至運動補償電路29。運動矢量產(chǎn)生器的方框圖如圖4所示。
在運動補償電路29中，參考數(shù)據(jù)先經(jīng)過半像素處理得到真正的參考值，然后根據(jù)具體情況，與IDCT輸出數(shù)據(jù)一起進(jìn)行運動補償計算，最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)。核心解碼單元3輸出的視頻YUV數(shù)據(jù)，一方面被送到顯示緩存單元4，以供顯示另一方面，如果當(dāng)前幀是I幀或P幀，由它們同時也將被寫入?yún)⒖紟嫫?0，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測幀。
在核心解碼單元3中，整個解碼進(jìn)程都由解碼控制器28來控制。解碼控制器28包括同步控制器和句法分析器兩部分。同步控制器主要負(fù)責(zé)對各解碼電路的同步控制。它以解碼時鐘為基礎(chǔ)產(chǎn)生一系列的固定時序(包括Slice、宏塊、塊、IDCT時序及與各種頭部信息有關(guān)的時序)，然后根據(jù)這些固定時序產(chǎn)生各種同步信號，并送到相應(yīng)的解碼電路，從而實現(xiàn)對視頻解碼各電路的同步控制。句法分析器與變長解碼器22一起，對碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行句法分析，并將解出的解碼參數(shù)提供給各解碼電路，同時還提供各種解碼所需的控制信號。本方案中的句法分析器由可編程邏輯器件和一些外加存儲單元組成，它能完成MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中所包含的全部指令，如測試、跳轉(zhuǎn)、分支、條件、賦值、等待、循環(huán)等；而且執(zhí)行所有指令的時間都只有一個解碼時鐘周期，這樣它很容易和各解碼電路同步。在外加存儲單元中存有依據(jù)MPEG-2和硬件解碼過程設(shè)計的微碼，通過修改這些微碼可以改變解碼程序的流向，從而控制視頻解碼器3的解碼進(jìn)程。
圖5表示本發(fā)明的第一實施例的視頻解碼的數(shù)字HDTV信源解碼器的方框圖。在圖5中，其中核心解碼單元3首先把輸入視頻碼流用數(shù)據(jù)緩存器51加以調(diào)整，并根據(jù)各種解碼參數(shù)進(jìn)行變長解碼和游程解碼，然后根據(jù)解碼后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行IDCT系數(shù)和運動矢量值的計算。一方面，核心解碼單元3中的系數(shù)產(chǎn)生器54根據(jù)變長解碼和游程解碼后的數(shù)據(jù)，恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)，并進(jìn)行反量化，然后將反量化后的數(shù)據(jù)按照一定的掃描順序?qū)懭牒陦K存儲器55。經(jīng)過宏塊存儲器55調(diào)整后的數(shù)據(jù)再被送入IDCT電路56，最后，IDCT輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入運動補償電路59。另一方面，核心解碼單元3中的運動矢量產(chǎn)生器57根據(jù)變長解碼后的數(shù)據(jù)，計算出運動矢量的差值，并與運動矢量預(yù)測器的值相加，得到真正的運動矢量值。隨后，核心解碼單元3中的解碼控制器58根據(jù)運動矢量值產(chǎn)生讀參考幀存器60的地址，由此地址得到數(shù)據(jù)被送到運動補償電路59。在運動補償電路59中，參考數(shù)據(jù)先經(jīng)過半像素處理得到真正的參考值，然后根據(jù)具體情況，與IDCT輸出數(shù)據(jù)一起進(jìn)行運動補償計算，最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)。核心解碼單元3輸出的視頻YUV數(shù)據(jù)，一方面被送到顯示緩存單元4，以供顯示；另一方面，如果當(dāng)前幀是I幀或P幀，則它們同時也將被寫入?yún)⒖紟嫫?0，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測幀。
圖6表示本發(fā)明的第二實施例的視頻解碼的數(shù)字SDTV信源解碼器的方框圖，在圖6中，核心解碼單元3首先把輸入的視頻碼流數(shù)據(jù)緩存器61加以調(diào)整，并根據(jù)各種解碼參數(shù)時進(jìn)行變長解碼和游程解碼，然后根據(jù)解碼后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行IDCT系數(shù)和運動矢量值的計算。一方面，核心解碼單元3中的系數(shù)產(chǎn)生器64根據(jù)變長解碼和游程解碼后的數(shù)據(jù)，恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)，并進(jìn)行反量化，然后將反量化后的數(shù)據(jù)按照一定的掃描順序?qū)懭牒陦K存儲器65。經(jīng)過宏塊存儲器65調(diào)整后的數(shù)據(jù)再被送入IDCT電路66，最后，IDCT輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入運動補償電路69。另一方面，核心解碼單元3中的運動矢量產(chǎn)生器67根據(jù)變長解碼后的數(shù)據(jù)，計算出運動矢量的差值，并與運動矢量預(yù)測器的值相加，得到真正的運動矢量值。隨后，核心解碼單元3中的解碼控制器68根據(jù)運動矢量值產(chǎn)生讀參考幀存器70的地址，由此地址得到參考數(shù)據(jù)被送至運動補償電路69。在運動補償電路69中，參考數(shù)據(jù)先經(jīng)過半像素處理得到真正的參考值，然后根據(jù)具體情況，與IDCT輸出數(shù)據(jù)一起進(jìn)行運動補償計算，最終得到視頻YUV數(shù)據(jù)。核心解碼單元3輸出的視頻YUV數(shù)據(jù)，一方面被送到顯示緩存單元4，以供顯示；另一方面，如果當(dāng)前幀是I幀或P幀，則它們同時也將被寫入?yún)⒖紟嫫?0，作為隨后的P幀或B幀的預(yù)測幀。由于SDTV的輸入碼率低于EDTV，因此SDTV信源解碼器各功能單元的工作頻率也都低于HDTV。
總之，本發(fā)明的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器既可以用于數(shù)字高清晰度電視(HDTV)又可用于數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)。
權(quán)利要求
1.一種用于SDTV或HDTV的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，該解碼器由復(fù)解用單元、系統(tǒng)控制單元、核心解碼單元、顯示緩沖單元、后處理單元等組成，其特征在于，其核心解碼單元作為視頻解碼單元，該單元包括數(shù)據(jù)緩存器，用于調(diào)整輸入的視頻碼流；變長解碼器，它采用并行解碼結(jié)構(gòu)，用于對數(shù)據(jù)緩沖器輸出的串行碼流進(jìn)行變長解碼；游程解碼器，接于變長解碼器的輸出，用于完成游程解碼；系數(shù)產(chǎn)生器，用于在解碼后恢復(fù)出幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)，并進(jìn)行反量化；宏塊存儲器，用于按照一定掃描順序把反量化后的幀內(nèi)直流系數(shù)和其它系數(shù)寫入其中；IDCT電路，用于進(jìn)行IDCT運算；運動矢量產(chǎn)生器，用于根據(jù)變長解碼后的數(shù)據(jù)算出運動矢量值；解碼控制器，用于根據(jù)運動矢量值產(chǎn)生讀參考幀存器的地址，由此地址得到參考數(shù)據(jù)，并且它還用于控制核心解碼單元的整個解碼進(jìn)程；運動補償電路，將輸入的參考數(shù)據(jù)先經(jīng)過半像素處理得到真正的參考值，與IDCT輸出數(shù)據(jù)一起進(jìn)行運動補償計算，最終得到Y(jié)UV數(shù)據(jù)，送到顯示緩存單元，以供顯示；參考幀存器，當(dāng)核心解碼單元輸出視頻YUV數(shù)據(jù)時，如果前幀是I幀和P幀，則被寫入其中作為隨后P幀和B幀的預(yù)測值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，其核心解碼單元的變長解碼器由兩個輸入寄存器、一個Barrel Shifter、一個查表電路和一個累加器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，其核心解碼單元的游程解碼器由多個比較器、多路器和寄存器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，其核心解碼單元的系數(shù)產(chǎn)生器包括幀內(nèi)直流系數(shù)產(chǎn)生器，根據(jù)解碼后的數(shù)據(jù)，得到幀內(nèi)直流系數(shù)；其它系數(shù)產(chǎn)生器，恢復(fù)除幀內(nèi)直流系數(shù)的那些系數(shù)，并進(jìn)行反量化運算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，核心解碼單元中有兩上宏塊存儲器，其讀寫按宏塊解碼周期交替進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器，其特征在于，核心解碼單元的解碼控制器包括同步控制器，用于對各解碼電路進(jìn)行同步控制；句法分析器，用于對碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行句法分析，并對各解碼電路提供解碼參數(shù)和各種控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可用于SDTV或HDTV的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器。其核心解碼單元由數(shù)據(jù)緩存器、變長解碼器、游程解碼器、系數(shù)產(chǎn)生器、宏塊存儲器、運動矢量產(chǎn)生器、運動補償電路、IDCT電路、解碼控制器和參考幀存器組成。本發(fā)明的視頻解碼的數(shù)字信源解碼器完全符合MPEG－2國際標(biāo)準(zhǔn),適用于該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各種型和級,并且結(jié)構(gòu)合理、控制靈活,可應(yīng)用于各種數(shù)字視頻設(shè)備。
文檔編號H04N7/26GK1222039SQ9812613
公開日1999年7月7日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月25日
發(fā)明者周萍, 王承寧, 李華, 俞斯樂, 張志明 申請人:國家科學(xué)技術(shù)委員會高技術(shù)研究發(fā)展中心