專利名稱：一種視頻編碼方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多媒體技術領域，尤其涉及一種視頻編碼方法。
技術背景隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，以視頻為主多媒體技術得到迅猛 的發(fā)展和普及，數(shù)字視頻編碼系統(tǒng)的需求量越來越大。視頻編碼標準規(guī)定了一 套完整的視頻壓縮編碼算法工具集，是視頻壓縮技術的核心。世界上已經(jīng)有多家國際組織和公司提出了自己的視頻壓縮編碼算法，其中H. 264/AVC(以下簡 為H. 264)是最為先進的視頻編碼標準之一。它不用眾多的選項，獲得比H. 263、 MPEG2好得多的壓縮性能；增強了對各種信道的適應能力，采用"網(wǎng)絡友好" 的結構和語法，有利于對誤碼和丟包的處理；應用范圍較寬，以滿足不同速率、 不同解析度及不同傳輸(存儲)場合的需求，同時保持良好的主、客觀畫面質(zhì)量。采用數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP)進行視頻編碼 是一種高性價比的視頻編碼系統(tǒng)實現(xiàn)方案。DSP具有較強的計算能力，尤其適 用于數(shù)字視頻編碼等計算密集的實時應用領域，較之芯片等硬件實現(xiàn)具有可升 級，易擴展等眾多優(yōu)點。但是由于凡264算法的復雜性，單個DSP往往不能滿足標清、高清環(huán)境下 H. 264視頻編碼的實時數(shù)據(jù)處理要求。實際中經(jīng)常使用兩個或者多個DSP進行 并行處理，實現(xiàn)標清及至高清的比264實時編碼。在這類系統(tǒng)中若并行處理的 調(diào)度方法不當，可能會因原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸和重構參考幀數(shù)據(jù)的同步而消耗 大量的DSP的運算資源，而且并行處理的DSP越多，每個DSP的開銷也越大， 這會降低編碼效率，限制系統(tǒng)性能提升，更為嚴重的可能會使增加DSP的運算與開銷相抵，影響系統(tǒng)設計的成敗。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種視頻編碼方法，適用于采用多DSP方案的 H.264編碼系統(tǒng)，能夠提高多DSP編碼系統(tǒng)的編碼效率和系統(tǒng)性能，有效地解 決H. 264編碼程序在多DSP系統(tǒng)平臺上運行的效率問題。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種視頻編碼方法，包括以下步驟A、 確定條帶高度，按光柵掃描順序?qū)D像分割為不少于2個的包含所述 圖像左右垂直邊界的條帶，將所述條帶的數(shù)據(jù)按照編號順序發(fā)送給相應的條帶編碼DSP;B、 所述條帶編碼DSP對輸入的條帶數(shù)據(jù)進行編碼，生成條帶級比特流， 同時啟動下一幀待編碼圖像對應條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編 碼到上條帶搜索范圍以下時啟動上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；C、 所述條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動下相鄰條帶參考圖像 數(shù)據(jù)的傳輸；D、 調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，并轉至步驟A，直到所有條帶完成 編碼；E、 對所有條帶編碼DSP的生成碼流進行處理。步驟A中，第一幀圖像和第二幀圖像的條帶高度根據(jù)條帶編碼DSP的個數(shù) 平均分配，之后圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出=甜"，"+A5^m-1, Ho' iV ，AST/, 0= 0, A5/^,尸16, / e [1,Z/m線iV],/ e
we[O，oo] "e
其中SPU為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm, 為第m幀圖像第n條帶6的高度調(diào)整值，W為圖像的寬度，H為圖像的高度，并可被16整除，N為條帶 編碼DSP的個數(shù)，Hmb為宏塊高度。計算出StU后，對其上下界進行限制，公式如下-<formula>formula see original document page 7</formula>其中L為下界值，U為上界值。 步驟B還包括以下步驟如果為第一幀圖像，按由上到下的順序延遲相應遲滯時間逐個啟動條帶編 碼DSP。所述遲滯時間由以下公式得出<formula>formula see original document page 7</formula>其中n為條帶序數(shù)，TD。,n為第n條帶對應的遲滯時間，SH。,。為圖像的第n 條帶的高度，W為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線帶寬。步驟B中，如果當前圖像用做參，考幀，且當前條帶存在上相鄰條帶，在完 成上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的編碼后，啟動上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸， 所述參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸優(yōu)先級高于原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸。步驟C中，如果當前圖像用做參考幀，且當前條帶存在下相鄰條帶，在完 成當前條帶數(shù)據(jù)的編碼后，啟動下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，步驟D中， 下一幀待編碼圖像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出<formula>formula see original document page 7</formula>其中TE^為第m幀圖像第n條帶的編碼時間，T&為第m幀圖像中所有條帶編碼時間的平均值。所述條帶編碼DSP由主控CPU進行調(diào)度，主控CPU與條帶編碼DSP采用 PCI總線方式連接，進行數(shù)據(jù)交換和通訊。所述條帶編碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同 一時間內(nèi)的編碼條帶屬于同一幀圖像。所述條帶編碼DSP對每個宏塊編碼的同時，逐個宏塊或逐個宏塊行進行去 塊濾塊處理，每個條帶進行運動估計的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以 內(nèi)。采用了本發(fā)明的技術方案，可以控制兩個或者多個DSP聯(lián)合工作，減少甚 至消除多個DSP編碼時因數(shù)據(jù)傳輸和同步而導致的等待時間開銷，能夠動態(tài)調(diào) 整每個DSP的負載，確保每個DSP都能發(fā)揮其強大的數(shù)據(jù)處理能力，實時進行 H.264編碼，提高了多DSP編碼系統(tǒng)的性能。
圖l是本發(fā)明具體實施方式
中視頻編碼的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術方案。 多DSP編碼系統(tǒng)包括主控CPU、圖像采集DSP和若干個的條帶編碼DSP， 以及PCI總線和圖像采集總線等數(shù)據(jù)通訊通道。主控CPU控制外設、輸出編碼數(shù)據(jù)及完成人機交互功能。圖像采集DSP 及條帶編碼DSP組成編碼子系統(tǒng)，接受主控CPU的控制，完成原始音視頻信號 的采集、多DSP調(diào)度和編碼輸出等功能。主控CPU、圖像采集DSP和條帶編碼 DSP之間通過PCI總線連接，進行命令和數(shù)據(jù)的傳送，以保證系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信的充足帶寬和擴展性。PCI總線上還提供擴展插槽，能過PCI擴展板可以靈 活地增減條帶編碼DSP的數(shù)量。主控CPU和每個DSP都在內(nèi)存中設消息區(qū)和數(shù)據(jù)共享區(qū)，通過PCI可以互 相訪問，其中消息區(qū)又分為命令區(qū)和應答區(qū)，CPU/DSP定時査詢本地的命令區(qū)， 根據(jù)命令的發(fā)出者和優(yōu)先級做出響應，并返回應答到命令發(fā)送者的應答區(qū)。DSP 的數(shù)據(jù)區(qū)有參考圖像區(qū)和編碼圖像區(qū)，圖像采集DSP承擔一部分條帶編碼工作 并兼有圖像數(shù)據(jù)采集和分發(fā)的功能，條帶編碼DSP只用做條帶編碼，主控CPU 數(shù)據(jù)共享區(qū)為碼流組裝區(qū)。每個條帶編碼DSP上運行相同的編碼程序，負責一個條帶數(shù)據(jù)的編碼，條 帶編碼參數(shù)由第一個條帶編碼DSP(在本系統(tǒng)中是圖像采集DSP)計算后發(fā)送給 每個DSP，編碼數(shù)據(jù)直接發(fā)送到主控CPU的數(shù)據(jù)共享區(qū)中進行組裝。DSP的PCI傳輸采用DMA方式，可以在編碼的同時進行數(shù)據(jù)傳輸。圖l是本發(fā)明具體實施方式
中視頻編碼的流程圖。如圖1所示，視頻編碼流 程包括以下步驟步驟IOI、圖像采集DSP通過視頻輸入設備采集一幀待編碼的原始圖像，按 光柵掃描順序劃分若干個的包含圖像左右垂直邊界的條帶并計算條帶高度，通 過PCI總線開始將各個條帶的原始圖像數(shù)據(jù)按照編號順序發(fā)送給相應的條帶編 碼DSP。初始給每個條帶編碼DSP分配相同高度條帶，之后根據(jù)此前編碼時間動態(tài) 調(diào)整條帶的高度，以平衡每個DSP的負載達到最優(yōu)的調(diào)度效果。因開始第二幀 編碼時只能得到第一個條帶編碼時間數(shù)據(jù)，所以第二幀的和帶劃分與第一幀相 同。本步驟中圖像采集DSP通過PCI總線采用乒乓方式向條帶編碼DSP的編碼圖 像區(qū)中寫入原始的條帶數(shù)據(jù)，首先寫入l區(qū)，開始編碼l區(qū)條帶后，下一幀待編 碼條帶放入2區(qū)，如此循環(huán)切換，采用乒乓存儲方式可以減小等待輸入圖像的時間。步驟102、如果是第一幀圖像，圖像采集DSP計算每個條帶編碼DSP啟動 的遲滯時間，并延遲相應的時間逐個啟動條帶編碼DSP。延遲一定時間是為了 在當前條帶編碼結束前，所需要的上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)傳輸完畢，無等待 地直接開始下一條帶數(shù)據(jù)的編碼。只在啟動時延遲一定時間，之后編碼完畢立 即進行下一條帶編碼，通過調(diào)整條帶高度自動進行遲滯時間的調(diào)整。遲滯時間由以下公式得出<formula>formula see original document page 10</formula> 其中n為條帶序數(shù)，TD。,。為第n條帶對應的遲滯時間，SH。.n為圖像的第n 條帶的高度，W (以像素為單位)為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線 帶寬。步驟103、計算下一幀圖像的條帶高度的調(diào)整值。為達到最優(yōu)的調(diào)度效果， 需平衡每個DSP的運算負載，使不同的條帶編碼DSP編碼同一幀圖像的每個條帶 的時間基本相同，這里采用調(diào)整條帶高度的方式調(diào)整DSP的運算負載。因在當 前條帶編碼結束前，下一條帶原始圖像數(shù)據(jù)己經(jīng)傳送完畢，所以需要使用上一 幀圖像每個條帶的編碼時間數(shù)據(jù)來計算下一幀圖像的條帶的高度調(diào)整值。圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出<formula>formula see original document page 10</formula> 其中Sl為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm. 為第m幀圖像第n條帶 的高度調(diào)整值，W (以像素為單位)為圖像的寬度，H (以像素為單位)為圖像 的高度，并可被16整除，N為條帶編碼DSP的個數(shù)，Hmb為宏塊高度。計算出SIi,n后，對其上下界進行限制，公式如下"y 離(，"6)x16, U,7(豐 "6)x16 ， 其中L為下界值，U為上界值。步驟104、啟動下一條帶原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)區(qū)進行乒乓輪換。步驟105，當前條帶在編碼到上相鄰條帶搜索范圍以下后，因上相鄰條帶 搜索范圍內(nèi)的參考圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)生成，立即啟動參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，DSP則 繼續(xù)進行當前條帶內(nèi)數(shù)據(jù)的編碼。由于整幀圖像劃分為若干個條帶分給不同的DSP進行處理，每個條帶編碼 DSP對應一個條帶，在進行運動搜索時需要其他條帶的參考圖像數(shù)據(jù)，每個DSP 使用不同的內(nèi)存，無法直接得到其他條帶的參考圖像數(shù)據(jù)，若限制條帶邊緣的 宏塊搜索范圍，會造成碼流增大，圖像質(zhì)量下降，甚至解碼后會看出條帶邊界。 對不同條帶的參考圖像數(shù)據(jù)進行同步后，就能解決這些問題。步驟106、當前條帶編碼結束，如果當前圖像用做參考幀，且當前條帶存 在下相鄰條帶，在完成當前條帶數(shù)據(jù)的編碼后，啟動下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù) 的傳輸，下一幀待編碼圖像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出A5凡 = 16xcez7(7^-2'"—x!)r(2 16WAMwe[O,iV-l], me [2,oo]其中TEm.n為第m幀圖像第n條帶的編碼時間，TAm為第m幀圖像中所有條帶編碼時間的平均值。同時每個條帶編碼DSP將各自條帶編碼生成的比特流，開始寫入主控CPU 的共享內(nèi)存區(qū)的碼流組裝區(qū)中。主控CPU將收到的所有條帶級比特流按照順序 輸出。條帶編碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同一時 間內(nèi)的編碼條帶屬于同一幀圖像。條帶編碼DSP對每個宏塊編碼的同時，逐個宏塊或逐個宏塊行進行去塊濾 塊處理，每個條帶進行運動估計的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以內(nèi)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局 限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變 化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該 以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1. 一種視頻編碼方法，其特征在于，包括以下步驟A、確定條帶高度，按光柵掃描順序?qū)D像分割為不少于2個的包含所述圖像左右垂直邊界的條帶，將所述條帶的數(shù)據(jù)按照編號順序發(fā)送給相應的條帶編碼DSP；B、所述條帶編碼DSP對輸入的條帶數(shù)據(jù)進行編碼，生成條帶級比特流，同時啟動下一幀待編碼圖像對應條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編碼到上條帶搜索范圍以下時啟動上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；C、所述條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；D、調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，并轉至步驟A，直到所有條帶完成編碼；E、對所有條帶編碼DSP的生成碼流進行處理。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟A中， 第一幀圖像和第二幀圖像的條帶高度根據(jù)條帶編碼DSP的個數(shù)平均分配，之后 圖像的條帶高度根據(jù)以下公式得出-<formula>formula see original document page 2</formula>其中SFU為第m幀圖像第n條帶的高度，ASHm.n為第m幀圖像第n條帶 的高度調(diào)整值，W為圖像的寬度，H為圖像的高度，并可被16整除，N為條帶 編碼DSP的個數(shù)，Hmb為宏塊高度。
3、 根據(jù)權利要求2所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，計算出SPU 后，對其上下界進行限制，公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中L為下界值，U為上界值。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟B還包 括以下步驟如果為第一幀圖像，按由上到下的順序延遲相應遲滯時間逐個啟動條帶編 碼DSP。
5、 根據(jù)權利要求4所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述遲滯時 間由以下公式得出<formula>formula see original document page 3</formula>其中n為條帶序數(shù)，TD。,n為第n條帶對應的遲滯時間，SH。,。為圖像的第n 條帶的高度，W為圖像寬度，B為傳輸參考圖像數(shù)據(jù)的總線帶寬。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟B中， 如果當前圖像用做參考幀，且當前條帶存在上相鄰條帶，在完成上相鄰條帶參 考圖像數(shù)據(jù)的編碼后，啟動上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，所述參考圖像數(shù) 據(jù)的傳輸優(yōu)先級高于原始圖像數(shù)據(jù)的傳輸。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，步驟C中， 如果當前圖像用做參考幀，且當前條帶存在下相鄰條帶，在完成當前條帶數(shù)據(jù) 的編碼后，啟動下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸，步驟D中，下一幀待編碼圖 像條帶高度調(diào)整值由以下公式得出<formula>formula see original document page 3</formula>其中TE^為第ra幀圖像第n條帶的編碼時間，TA 為第m幀圖像中所有條 帶編碼時間的平均值。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP由主控CPU進行調(diào)度，主控CPU與條帶編碼DSP采用PCI總線方式連接， 進行數(shù)據(jù)交換和通訊。
9、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP采用總分或分立方式采集待編碼條帶的數(shù)據(jù)，以保證同一時間內(nèi)的編碼 條帶屬于同一幀圖像。
10、 根據(jù)權利要求1所述的一種視頻編碼方法，其特征在于，所述條帶編 碼DSP對每個宏塊編碼的同時，逐個宏塊或逐個宏塊行進行去塊濾塊處理，每 個條帶進行運動估計的范圍在初始上下條帶高度的一半范圍以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種視頻編碼方法，將圖像分割為不少于2個條帶，將條帶的數(shù)據(jù)發(fā)送給相應的條帶編碼DSP；條帶編碼DSP對輸入的條帶數(shù)據(jù)進行編碼，生成條帶級比特流，同時啟動下一幀待編碼圖像對應條帶數(shù)據(jù)的傳輸，如果存在上相鄰條帶，在編碼到上條帶搜索范圍以下時啟動上相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；條帶編碼完成，如果存在下相鄰條帶，啟動下相鄰條帶參考圖像數(shù)據(jù)的傳輸；調(diào)整下一幀待編碼圖像條帶高度，對所有條帶編碼DSP的生成碼流進行處理。采用了本發(fā)明的技術方案，能夠提高多DSP編碼系統(tǒng)的編碼效率和系統(tǒng)性能，有效地解決H.264編碼程序在多DSP系統(tǒng)平臺上運行的效率問題。
文檔編號H04N7/26GK101272497SQ20081010599
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權日2008年5月7日
發(fā)明者余曉建, 欣 李, 鄒箭宇 申請人:北京數(shù)碼視訊科技股份有限公司