專利名稱：可伸縮的mpg－2視頻解碼器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及解碼壓縮視頻信號，尤其是涉及一種用來按比例縮放一個MPEG-2視頻解碼器的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
MPEG標準就是一系列由運動圖像專家組所發(fā)展的視頻和音頻壓縮的進化標準。MPEG-1是為按照每秒150萬比特的傳輸速率進行編碼壓縮視頻所設計的。這是為了Video-CD以及CD-I媒體所特別設計的。MPEG-2是為按照每秒400萬比特以上的傳輸速度進行編碼交叉圖像所設計的。MPEG-2標準可以用于不同的應用，例如數(shù)字電視(DTV)廣播、數(shù)字通用磁盤(DVD)技術(shù)以及視頻存儲系統(tǒng)。
根據(jù)MPEG-2標準，一個MPEG-2序列被分成為一系列的GOP(圖像組)。共有三種不同種類的圖像，其中的每一種大體上是一個像素幀。每個GOP從一個內(nèi)編碼圖像(I圖像)開始，接下來是一系列的前預編碼圖像(P圖像)以及雙向預編碼圖像(B圖像)。I圖像是一個被編碼成獨立的靜止圖像場或幀。P圖像是根據(jù)最近的I或P圖像進行編碼的場或幀，產(chǎn)生于前預處理過程。通過使用運動補償，P圖像允許比I圖像更多的壓縮，并且作為B圖像以及后來的P圖像的參照。B圖像是使用最接近的前、后I和P圖像作為參照，產(chǎn)生于雙向預測的場或幀。
由于數(shù)字電視市場開始逐步占領電視市場以及其它的視頻應用變得越來越多，對具備更強的處理MPEG-2圖像能力的系統(tǒng)的需求就越來越強。現(xiàn)有的用來處理MPEG-2數(shù)據(jù)的新興技術(shù)，例如DTV機頂盒以及高端數(shù)字電視中所使用的技術(shù)通常是使用下面這些裝置的組合，其中包括一個數(shù)字信號處理中央處理單元(DSPCPU)、控制處理器、協(xié)處理器以及軟件應用。不幸的是，即便是使用所有這些資源，高級的音頻/視頻處理功能總是需要消耗比通常所能提供水平更多的計算能力。
一個MPEG-2處理器的關(guān)鍵部件就是MPEG-2解碼器，該解碼器將一個壓縮MPEG-2數(shù)據(jù)的比特流轉(zhuǎn)換成為像素圖像。一個常用MPEG-2解碼器10的組成元件如圖1所示。共有四個功能塊一個可變長度解碼器(VLD)12、一個逆量化(IQ)系統(tǒng)14、一個逆離散余弦變換系統(tǒng)(IDCT)16、一個運動補償(MC)系統(tǒng)18。存儲器20被用來儲存參考圖像。加法器將來自于IDCT16(通道1)的殘余誤差輸出與運動補償結(jié)果(通道2)合并以便形成最終視頻輸出24。不幸的是，這些功能部件的每一個都需要巨大的計算能力，這些都提高了成本，并且限制了使用MPEG-2技術(shù)的是數(shù)字視頻系統(tǒng)的靈活性。因此，制造一種高效率、成本經(jīng)濟的解碼器成為所有電子工業(yè)產(chǎn)品的一個主要目標。
一種尋址MPEG-2解碼器的方法是提供特殊的能夠提高計算能力的硬件系統(tǒng)。例如，由OZCELIK等于1999年5月11日提交申請的美國專利US5,903,311在這里作為參照被引用，該專利披露了一種包括專門用于MPEG-2解碼器的電路的集成電路。不幸的是，額外的硬件成本也會提高，包括設計以及建造這些特別的硬件設備的成本也會進一步增加解碼器的成本。
一種更佳的實現(xiàn)盡可能多功能的方法是在軟件當中來實現(xiàn)，這樣會相對于硬件解決方式大大節(jié)省成本并且降低復雜性。尤其是，軟件解決方式降低了對諸如協(xié)處理器這樣的昂貴硬件的需求，并且允許在一個DSPCPU芯上并行多個視頻功能。然而，當計算機集中解碼操作被要求的時候，軟件應用就會變得過于緩慢。因此，就需要提供一種增強的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠提供便宜的MPEG-2解碼器解決方案并且保持一個能夠接受的視頻質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供一種可伸縮(scalable)解碼系統(tǒng)，本發(fā)明克服了上述問題以及其他問題。在第一方面，本發(fā)明包括一個用于解碼帶有B圖像的壓縮視頻信號的解碼器系統(tǒng)，其中包括一個對壓縮視頻信號殘差進行解碼的第一處理通道；一個對壓縮視頻信號的運動補償進行解碼的第二處理通道；以及防止與B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差被第一處理通道進行解碼的過濾系統(tǒng)。該解碼器系統(tǒng)還進一步包括一個有選擇性地激發(fā)過濾系統(tǒng)的系統(tǒng)。
在第二方面，本發(fā)明提供一種用來對帶有不同種類編碼圖像的壓縮視頻數(shù)據(jù)進行解碼并輸出可顯示的像素數(shù)據(jù)的方法，包括下列步驟接收壓縮視頻數(shù)據(jù)；提供用來處理壓縮視頻數(shù)據(jù)的第一和第二處理通道；識別來自于壓縮視頻數(shù)據(jù)的預處理圖像；以及防止與至少一個已識別圖像相關(guān)聯(lián)的塊被第一處理通道所處理。該方法還可以進一步包括防止對那些已識別圖像進行處理的步驟，這些圖像具有比預設的閾值低的圖像特征值。
在第三方面，本發(fā)明提供一種用來對按照圖像組進行排列的壓縮視頻數(shù)據(jù)進行解碼的解碼器系統(tǒng)，其中該圖像組包括至少一個B圖像，其中包括用來對和圖像組相關(guān)聯(lián)的殘差進行解碼的處理系統(tǒng)；防止與B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差被第一處理通道進行解碼的過濾系統(tǒng)。該解碼器系統(tǒng)還進一步包括一個有選擇性地激發(fā)過濾系統(tǒng)的系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的一個優(yōu)點是能夠提供一種視頻處理解決方案，該方案可以產(chǎn)生一個在受資源限制的實時系統(tǒng)中的可接受水平的輸出退化。
更進一步的優(yōu)點是可以提供一種在保持一個可以接受水平的輸出質(zhì)量等級的前提下，有效地伸縮解碼器的系統(tǒng)和方法。


本發(fā)明的最佳實施例將在下文參照下列附圖進行進一步詳細說明，在這些附圖中相同標號表示相同的元件圖1顯示了一個視頻解碼器的功能模塊；圖2顯示了一個表示圖像組(GOP)的示意圖；以及圖3顯示了一種帶有根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的過濾系統(tǒng)的視頻解碼器的功能性示意圖。
具體實施例方式
如上所述在MPEG-2標準中，包括三種類型的圖像I、P以及B，所述圖像在作為圖像組(GOP)的一個單元內(nèi)被編碼。參照圖2，一個GOP被顯示成包括一系列從I圖像開始的圖像。如位于GOP上部的箭頭所示，對I圖像的解碼并不需要任何先前被解碼的圖像。因此，不會產(chǎn)生預測偏差。相反，對P圖像的解碼依賴于先前被解碼的I或P圖像。如果預測不精確的話，預測偏差就會累積。根據(jù)前、后I或P圖像預測B圖像。P和B圖像都帶有預測誤差，但是B圖像并不會繼續(xù)造成額外的誤差累積與傳播。
I和P圖像(例如參照圖像)的質(zhì)量是決定性的，這是因為在這兩種圖像內(nèi)的任何誤差都會在后續(xù)的圖像中傳播。然而，B圖像不會產(chǎn)生任何誤差傳播并且因此不會對后面圖像的質(zhì)量產(chǎn)生影響。此外，由于雙向預測的原因，B圖像的計算是所有三種圖像中最昂貴的一種。因此，縮減對B圖像的計算所帶來的潛在節(jié)約不僅大于另外的圖像類型，而且還會導致更少的全面質(zhì)量下降。
參照圖1，從MPEG-2解碼器系統(tǒng)的觀點來看，I圖像僅僅需要按照第一處理通道(PATH1)對編碼的像素數(shù)據(jù)進行解碼。對于解碼P和B圖像來說，存在兩種處理通道。具體地說，第一處理通道(PATH1)對編碼的預測殘差進行解碼，第二處理通道(PATH2)對運動補償結(jié)果進行解碼。這兩個通道的組合最終給出解碼后的像素輸出。在所有這些功能模塊當中，IDCT塊16是計算密度最高的單元。因此，對沿第一處理通道的處理進行成比例縮減常常會顯著節(jié)約計算能力。
本發(fā)明通過反向縮放(1)B圖像解碼，以及(2)在一個MPEG-解碼器中通過第一處理通道來執(zhí)行處理，設法利用上面提到的電勢計算節(jié)約。第一方案是建議跳過或阻止對與B圖像關(guān)聯(lián)的殘差的解碼。該過程在這里被稱為過濾。第二方案是建議有選擇性地跳過或阻止(例如過濾)對與B圖像關(guān)聯(lián)的殘差的解碼。參照圖3，顯示了一種被修正的MPEG-2解碼器11。解碼器11包括與圖1所示的解碼器10相同的功能，除此之外，解碼器11還包括一個過濾系統(tǒng)28，以及還可以進一步包括一個用來有選擇性地激發(fā)過濾系統(tǒng)28的激發(fā)系統(tǒng)30。
如上所述，對殘差的解碼在第一處理通道(PATH1)進行。過濾系統(tǒng)28提供了一個防止B圖像被第一處理通道處理的機構(gòu)。盡管圖中所示是作為VLD26的一部分，但是可以認為，過濾系統(tǒng)28可以在第一處理通道中的任何一部分。此外可以認為，解碼器11和過濾系統(tǒng)28可以由硬件、軟件或者是軟件和硬件的組合來實現(xiàn)。解碼器11以及過濾系統(tǒng)28可以通過任何種類的計算機系統(tǒng)一或者是其他能夠?qū)崿F(xiàn)該方法的附加設備來實現(xiàn)。一種典型的硬件和軟件組合可以是一個帶有計算機程序的通用計算機系統(tǒng)，該計算機程序被執(zhí)行時，就會控制計算機系統(tǒng)執(zhí)行上述方法。或者是一個專用計算機，它包括用于執(zhí)行本發(fā)明的功能任務的一個或多個特殊硬件。本發(fā)明還能夠在一個計算機程序產(chǎn)品中實現(xiàn)，其包括所有能夠保證上述方法和功能的特征，當被加載在一個計算機系統(tǒng)中就能夠執(zhí)行上述方法和功能。本說明書中的計算機程序、軟件程序、程序、程序產(chǎn)品或者軟件意味著任何表達方式，即一系列導致一個系統(tǒng)來執(zhí)行一個特定功能的任何語言、代碼或符號，該系統(tǒng)具有信息處理能力，上述執(zhí)行功能可以是直接的，也可以在經(jīng)過下列步驟中每一個之后或兩個步驟之后執(zhí)行(a)轉(zhuǎn)化成為其他語言、編碼或符號；和/或(b)用不同的材料形式再現(xiàn)。
1、完全過濾B圖像的殘差計算圖像包括與圖像相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊。一種類型的塊是包括DCT(離散余弦變換)系數(shù)的殘差塊。實驗顯示對于緩慢運動的圖像，殘差塊值很低。完全跳過對這樣的殘差塊的解碼將不會嚴重降低輸出質(zhì)量。盡管如此，通過跳過這樣的步驟所節(jié)約的計算資源仍然相當可觀。因此，對于某些視頻數(shù)據(jù)，執(zhí)行這樣的跳過對和B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差的解碼將產(chǎn)生一個可以接受的輸出并且顯著地節(jié)約了計算能力。實驗結(jié)果顯示該方法對于減緩到中速運動序列尤其好。
如上所述，如圖3所示的過濾系統(tǒng)28提供了一種實施這樣目標的機構(gòu)。在VLD26中，過濾系統(tǒng)28來執(zhí)行一項確定現(xiàn)有圖像是否是B圖像的判斷。一種執(zhí)行該判斷的最佳方法是檢測該圖像頭，該部分會表示圖像的類型(例如I或P)。如果現(xiàn)有的圖像是B圖像的話，殘差信息將不會被發(fā)送到IQ14以及IDCT16，從而使得第一處理通道被跳過。解碼處理過程將僅僅沿著第二處理通道來進行。
跳過對B圖形殘差的處理所導致的計算能力的節(jié)約非常明顯。一種評估該節(jié)約的方法是分析帶有或不帶有過濾系統(tǒng)28的解碼器用來處理一個GOP所需要的復雜性等級。用來處理一個GOP所需要的復雜性等級可以按照下面的方法來評估其中N為GOP的尺寸，M為?；鶞蕩g的間距。對于每一個圖像或幀，假設CVLD、CIQ+ITCD、CMC以及C+分別代表每一個功能塊VLD、IQ+IDCT、MC以及加法器“+”所需要的平均計算機功率(復雜性等級)。然后，一個GOP中的普通MPEG-2解碼器(圖1)所需要的平均計算機功率用Cg表示，可以按照下式進行評估Cg=CVLD•NI+P+B+CIQ+IDCT•NI+P+B+CMC•NP+B+Cadder•NP+BNI+P+B]]>注意到NI、NP以及NB表示在GOP內(nèi)的每一類型幀的總數(shù)量，NP+B表示在GOP內(nèi)的P幀與B幀的總數(shù)，同時NI+P+B＝N。
進一步假設Cs為一個GOP中的MPEG-2解碼器在跳過B幀的殘余計算時所需要的平均計算機功率。那么Cs=CVLD•NI+P+B+CIQ+IDCT•NI+P+CMC•NP+B+Cadder•NPNI+P+B]]>其中NI+P表示在GOP中的I圖像與P圖像的總數(shù)。那么Cs/Cg=CVLD•NI+P+B+CIQ+IDCT•NI+P+CMC•NP+B+Cadder•NP+BCVLD•NI+P+B+CIQ+IDCT•NI+P+B+CMC•NP+B+Cadder•NP+B]]>假設Cg＝1，那么Cs=1-NBNI+P+B(CIQ+IDCT+Cadder)]]>然后，例如，如果一個GOP被定義為帶有大小N＝15以及M＝3，那么Cs=1-23(CIQ+IDCT+Cadder)]]>假設CIQ+IDCT+Cadder代表解碼器30％的復雜度(一種可能的假設)，那么Cs＝80％。這就表明如果對于規(guī)定的GOP來說，所有在MPEG-2解碼器11內(nèi)的B圖像殘差計算都被跳過的話，每一幀的計算復雜度都是原始常規(guī)解碼復雜度的80％。
2、選擇性過濾B圖像的殘差計算如前面所述，第一方案適用于中速至低速或者是靜止的序列。對于快速運動的序列，例如體育場景，上面方案的解碼質(zhì)量就可能會產(chǎn)生不滿意的輸出。下列有選擇性的阻止B圖像計算殘差的方案將適用于所有種類的序列，不管是否運動。在圖3所示的實施例中，顯示出的VLD26就帶有過濾系統(tǒng)28，其包括激發(fā)系統(tǒng)30。激發(fā)系統(tǒng)30選擇性地激發(fā)過濾系統(tǒng)28，例如，其動態(tài)確定是否允許或跳過沿第一處理通道的對B圖像的殘差計算。
這種操作的一種實施方式是按照下面來進行的。如果圖像頭表示目前圖像是B圖像的話，進行一個判斷以確定是跳過沿第一處理通道的處理或是按照普通解碼步驟(第一通道+第二通道)進行處理。該決定可以基于任何相關(guān)的標準。一種最優(yōu)方法是將每一個塊的DC系數(shù)與一個預定的閾值進行比較。DC系數(shù)是通常位于DCT塊的左上角并且是一個很好的顯示出該殘差塊中的能量指示的系數(shù)。
過程如下所述●如果當前塊的DC系數(shù)大于或者是等于閾值的話，顯示出當前塊是高能量塊，接下來該殘差塊就按照普通解碼器10(通道1與通道2都被執(zhí)行)來處理。
●如果DC系數(shù)小于閾值的話，該塊的殘差計算就被跳過(僅僅第二處理通道被用來進行解碼)，同時視頻輸出與MC結(jié)果相等。
如果假設某一個B圖像的塊比例“γ”在整個解碼過程中(其中0＜γ＜1)被保持的話，那么該種方法的復雜程度就可以按照下式進行評估Cs=1-NBNI+P+B(1-γ)(CIQ+IDCT+Cadder)]]>該等式顯示了當B圖像的數(shù)量(NB)上升的時候，尤其是在低能量B圖像塊中(γ小)，解碼器的平均復雜程度就會下降。實驗結(jié)果顯示在通常的快速運動場景中，80％-90％的B塊都被看成是低能量塊，并且因此被按照第一方案那樣跳過。
上述關(guān)于本發(fā)明的最佳實施例的說明僅僅是為了描述和說明的目的。上文的說明并不能夠看成是對本發(fā)明的窮舉或是限定，同時在上述技術(shù)教導的前提下可以做出很多的進一步限定。這樣的限定和不同對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不背離下述權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，是很容易做出來的。例如，盡管這里所作的說明都是以MPEG-2解碼器為例的，本發(fā)明也還可以被應用于任何一個不同種類的圖像被多重處理通道處理的任何系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用來對帶有B圖像的壓縮視頻信號(22)進行解碼的解碼器系統(tǒng)(11)，包括一個對壓縮視頻信號的殘差進行解碼的第一處理通道；一個對壓縮視頻信號的運動補償進行解碼的第二處理通道；以及一個用來阻止與B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差被第一處理通道解碼的過濾系統(tǒng)(28)。
2.如權(quán)利要求1所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于第一處理通道包括一個可變長度解碼器(26)、一個逆量化系統(tǒng)(14)、一個逆離散余弦變換系統(tǒng)(16)。
3.如權(quán)利要求2所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于過濾系統(tǒng)(28)位于長度可變解碼器(26)的內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于過濾系統(tǒng)(28)防止殘差離散預選傳輸系數(shù)通過逆量化系統(tǒng)(14)以及逆離散余弦變換系統(tǒng)(16)。
5.如權(quán)利要求1所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于過濾系統(tǒng)(28)通過檢測壓縮視頻信號(22)的每一幀的頭來識別B圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于還進一步包括一個用來有選擇性地啟動過濾系統(tǒng)的系統(tǒng)(30)。
7.如權(quán)利要求6所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于用來有選擇地啟動過濾系統(tǒng)的系統(tǒng)(30)將每一個B圖像的DC系數(shù)與一預定閾值進行比較。
8.如權(quán)利要求7所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于過濾系統(tǒng)(28)在DC系數(shù)低于該閾值的時候被啟動。
9.如權(quán)利要求7所述的解碼器系統(tǒng)，其特征在于過濾系統(tǒng)(28)在DC系數(shù)高于該閾值的時候不被啟動。
10.一種用來對帶有不同種類編碼圖像的視頻數(shù)據(jù)(22)進行解碼與輸出顯示像素數(shù)據(jù)(24)的方法，包括下面的步驟接收壓縮視頻數(shù)據(jù)(22)；提供用來處理壓縮視頻數(shù)據(jù)(22)的第一和第二處理通道；識別來自于壓縮視頻數(shù)據(jù)(22)的預處理圖像；以及阻止與至少一個已識別圖像相關(guān)聯(lián)的塊被第一處理通道所處理。
11.一種如權(quán)利要求10所述的方法，還包括阻止與所識別圖像相關(guān)聯(lián)的塊被第一處理通道所處理的步驟。
12.一種如權(quán)利要求10所述的方法，包括進一步阻止與帶有低于一預設閾值的圖像特征值的識別圖像相關(guān)聯(lián)的塊被處理的步驟。
13.一種如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述的圖像特征值是DC系數(shù)。
14.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于壓縮視頻數(shù)據(jù)(22)是一種MPEG-2格式，不同種類的編碼圖像是I圖像、P圖像以及B圖像，至少一個已識別圖像是B圖像。
15.一種如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于第一處理通道包括一個逆量化系統(tǒng)(14)、一個逆離散余弦變換系統(tǒng)(16)，第二處理通道包括一個運動補償系統(tǒng)(18)。
16.一種用來對按照一圖像組排列的壓縮視頻數(shù)據(jù)(22)進行解碼的解碼系統(tǒng)(11)，其中該圖像組包括至少一個B圖像，包括一個用來對與該系列圖像相關(guān)聯(lián)的殘差進行解碼的處理系統(tǒng)；以及一個用來防止與B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差塊被處理系統(tǒng)所解碼的過濾系統(tǒng)(28)。
17.如權(quán)利要求16所述的解碼器系統(tǒng)(11)，其特征在于處理系統(tǒng)包括一個逆量化系統(tǒng)(14)和一個逆離散余弦變換系統(tǒng)(16)。
18.如權(quán)利要求16所述的解碼器系統(tǒng)(11)，其特征在于還進一步包括一個用來有選擇性地啟動過濾系統(tǒng)(28)的系統(tǒng)(30)。
19.如權(quán)利要求18所述的解碼器系統(tǒng)(11)，其特征在于用來有選擇性地啟動過濾系統(tǒng)(28)的系統(tǒng)(30)根據(jù)由B圖像提取的信息來啟動過濾系統(tǒng)(28)。
20.如權(quán)利要求18所述的解碼器系統(tǒng)(11)，其特征在于用來有選擇性的啟動過濾系統(tǒng)(28)的系統(tǒng)(30)在B圖像的DC系數(shù)低于一個預定閾值的時候啟動過濾系統(tǒng)(28)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種將一個受資源限制的MPG－2視頻解碼器按比例縮放的方法和系統(tǒng)。一種解碼系統(tǒng)被用來對按照一圖像組進行排列的壓縮視頻數(shù)據(jù)進行解碼，其中該圖像組包括I圖像、P圖像以及B圖像。該系統(tǒng)包括一種用來解碼與系列圖像相關(guān)聯(lián)的殘差的處理通道，以及一種用來阻止與B圖像相關(guān)聯(lián)的殘差被所述處理通道解碼的過濾系統(tǒng)。解碼系統(tǒng)還可以進一步包括一個系統(tǒng)，當B圖像的DC系數(shù)低于某一預定閾值時，該系統(tǒng)用來有選擇性地啟動所述過濾系統(tǒng)。
文檔編號H04N7/50GK1398490SQ01803519
公開日2003年2月19日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月9日
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