CN1092450C - 视频数据解码器及其解码方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对运动图像专家组(MPEG)视频图像进行解码和再现的装置，包括：一个编码数据输入单元；一个数据分析单元；一个存储器接口单元；一个外部存储器单元；一个数据解码单元；以及一个数字视频输出单元。该装置的特点在于：当该视频解码装置快速播放时，在其存储器中不存入不必要的数据，但当该视频解码装置正常播放时，将这些数据存入存储器并对其解码后，通过该视频解码装置的输出端口将其输出。

Description

视频数据解码器及其解码方法
                         发明领域
本发明涉及对采用MPEG(Moving Picture Experts Group)即数字视频数据压缩与编码的国际标准编码的数据进行解码的装置与方法，更具体说涉及对使用光盘、磁光盘与数字盒式录像机磁带的视频数据进行解码的装置或在诸如异步传输模式(ATM)和卫星广播之类的系统中采用的解码装置和方法。
                         背景技术
本申请以韩国专利3411/1996号为基础，在本文中纳入该专利以作参考。
图1所示为先有技术的MPEG视频数据解码器的框图。以MPEG格式压缩的输入位流通常由控制该MPEG视频解码器的外部处理器送来。输入位流通过编码数据输入单元10和存储器接口单元40之后存入外部存储器50中的位流缓冲器。在这种先有技术中，因为在外部存储器50中一般采用廉价的DRAM(动态随机存取存储器)，且其处理速度低于静态随机存取存储器(SRAM)，所以需采用一种特殊的动态随机存取存储器刷新技术。输入位流由外部存储器50中的位流缓冲器读入数据解码单元20，然后进行实质的MPEG视频解码操作。经过上述过程解码的数字视频数据通过存储器接口单元40存入外部存储器50中的帧缓冲器。在这样的MPEG视频解码操作中，先要通过存储器接口单元读出帧缓冲器中记录的已被解码的数字视频数据，将其作为参考帧，方能对某些数据解码。这样，实际上要多读许多外部存储器中的数据。通过上述MPEG视频解码操作后，记录在帧缓冲器中的已解码的数字视频数据在预设时刻被数字视频输出单元30读取然后输出。在不使用外部缓冲器50中的帧缓冲器情况下，数据解码单元20是不输出数据的。这是因为应理想解码的视频帧序列与在MPEG视频中待实际显示的视频帧序列不同，并且视频帧被解码的时刻不是它们应实际显示的时刻，这就需要象外部缓冲器50中的帧缓冲器这样的装置，通过控制这种时序来帮助数字视频输出单元30以数据原来形式输出数据。作为其他帧解码的参考帧数据，即便已通过数字视频输出单元，但是为了将它解码成为原来形式，应在预设期间仍保持为数字视频数据形式。简而言之：编码数据输入单元10、数据解码单元20、数字视频输出单元30各自独立工作，同时通过存储器接口单元40并行地使用外部存储器50。
图2为根据MPEG定义表示的I、P、B图像概念的示意图。I图像仅使用图像本身信息编码，可不参照其他图像解码。P图像如果没有在前向预测中所使用的图像数据就不能解码，因为为了获得最佳图像质量，P图像是通过前向预测对I或P图像数据编码的输出。B图像如果没有在双向预测中所使用的两类图像数据就不能被解码，因为B图像是通过双向预测对过去的和未来的图像(I和P)数据编码的输出。因此，图1中的帧缓冲器储存着三种帧数字数据，在数据解码和输出时都还要用到该帧缓冲器。
参阅图3，该图是符合美国国家电视系统委员会(NTSC)标准的MPEG数据的图像构成图，图中所示为一秒钟内被划分为I、B、P图像的综合MPEG数据。每秒显示30帧，由2帧I图像、8帧P图像和20帧B图像组成。B图像占据绝大部分，这是因为B图像需要两帧以便对数据进行解码。所以，需要频繁地通过存储器接口对外部存储器中的帧缓冲器进行读写操作。如在盒式磁带录像机(VCR)中那样地实现快速向前播放和快速倒放时，通常所实现和显示的只是随机存取单元形式的I图像。这是因为I图像是独立编码的，以便即使其它图像尚未解码也可以只用I图像自身的图像信息进行解码。当处理速度提高时，如果以更快速度播放，P图像也能像I图像一样实现和显示出来，这是因为P图像只需一个经过解码的参考帧。
MPEG视频解码器的性能决定于它能解码多少高传输比特率的位流，或者它能多快地接收输入数据。图1所示的结构中，独立而同时工作的编码数据输入单元10、数据解码单元20及数字视频输出单元30，通过同一个存储器接口单元40来利用同一个外部存储器。在这样的结构中，MPEG视频解码器的性能受存储器接口单元40利用率的影响，换言之，对外部存储器50的存取频率越高，MPEG视频解码器所表现的性能越差。如前所述，在快速播放时，并将所有数据而仅是I图像或I与P图像被解码以便显示。然而，在先有技术中，不必要的数据(B或P图像)也被记录在外部存储器50的位流缓冲器中，数据解码单元20读出所有数据，然后再通过判断舍弃那些对数据解码不必要的数据，这样就占用了更多的时间去解码。而且在快速播放时，自然地显示图像还存在另一个难题，即通过存储器接口单元读取并记录不必要的数据所造成的负担限制了解码器的数据输入速度。
                           发明内容
因此，本发明的目的是给出一种解码器和一种解码方法，用以改善解码器的性能，并且当快速播放时，通过在MPEG解码器中，将记录、读取和判定不必要数据的功能取消，代之以其它功能，来实现更自然的快速播放。
为了达到这些及其它一些目的，本发明提供一种对MPEG视频信息进行解码和再现的装置，所述装置包括：编码数据输入单元，用于接收所述MPEG视频数据并输出一个数据信号；数据分析单元，用于接收所述数据信号并决定是否应当对其解码，其中所述数据分析单元包括：数据延迟单元，用于将数据延迟一段预设时间；起始码检测单元，用于接收所述MPEG视频数据并检测不同类型的图像起始码；模式选择单元，用于根据外部输入模式信号选择一个操作模式；以及控制单元，用于根据不同种类的图像起始码和所述选择的操作模式，仅在有必要数据时才向所述外部存储器单元输出一个写允许信号；存储器接口单元，用于响应所述数据分析单元的一个输出信号而输出一个控制信号；外部存储器单元，用于响应所述控制信号而存储所述MPEG视频数据；数据解码单元，用于读取和解码存储在所述外部存储器单元中的MPEG视频数据，并再次将它们存入所述外部存储器单元；数字视频输出单元，用于从所述外部存储单元中读出所述解码数据，并在预设时刻将其输出。
本发明还提供一种用于解码和再现MPEG视频数据的视频数据解码装置的视频数据解码方法，所述视频数据解码方法包括以下的步骤：当所述视频解码装置处于正常播放模式时，将所有I、P、B图像的数据都存入所述存储器并对其解码后，通过所述视频解码装置的输出端口将所述所有I、P、B图像的数据输出，而当所述视频解码装置处于快速播放模式时，在所述视频解码装置的存储器中不存入P和B图像的数据。
本发明还提供一种用于解码和再现MPEG视频数据的视频数据解码装置的视频数据解码方法，所述视频数据解码方法包括以下的步骤：当所述视频解码装置处于正常播放模式时，将所有I、P、B图像的数据都存入所述存储器并对其解码后，通过所述视频解码装置的输出端口将所述所有I、P、B图像的数据输出，而当所述视频解码装置处于快速播放模式时，在所述视频解码装置的存储器中不存入B图像的数据。
                           附图说明
通过下面的详细描述并且参照附图，可以较全面地理解本发明并且更好地理解本发明许多附带的优点，图中相同或相似部分使用相同的参考符号。
图1是按照先有技术的MPEG视频数据解码器方框图；
图2是表示一般I、B、P图像之间关系的示意图；
图3是符合美国国家电视系统委员会(NTSC)标准的MPEG数据的图像结构图；
图4是根据本项发明所述的MPEG视频数据解码器的框图；
图5是图4中的数据分析单元的框图；
图6是图5中的起始码检测单元的详细流程图；
图7是图5中的控制单元的第一种时序图；
图8是图5中的控制单元的第二种时序图。
                         具体实施方式
参照附图，本发明的优选实施例将在下面作详细描述。请记住附图中各图相同的部分采用同一个参考号。
如图4所示，MPEG视频数据的输入位流输入到编码数据输入单元100，通过数据分析单元200和存储器接口单元300后，记录在外部存储器单元600中的位流缓冲器中。在MPEG视频解码器800处于正常播放模式时，数据分析单元200允许所有输入数据都记录到位流缓冲器中；但是当视频解码器800在快速播放模式时，它将不要被解码的数据滤除掉，并且使不必要的数据免于记录在位流缓冲器中。如前所述，输入位流在被读入外部存储器600的位流缓冲器后，被输入到数据解码单元400。然后在数据解码单元400中进行实质的MPEG视频解码操作。解码后的数字视频数据通过存储器接口单元300记录在外部存储器单元600中的帧缓冲器中。在MPEG视频解码操作中，通过存储器接口单元300提前在帧缓冲器中读出已经解码的并且记录的参考帧，可以对某些类型的数据进行解码。通过上述操作而记录在帧缓冲器中的解码过的数字视频数据，在预设时刻，被数字视频输出单元500读出然后输出。
如图5所示，输入位流通过数据延迟单元110输出。该延迟一直持续到起始码检测单元120检测到起始码而且控制单元140产生一个控制信号。起始码检测单元120从输入数据中检测图像起始码I、P和B。由于所有的MPEG数据都采用长度可变的编码方式进行编码，所以根据图像的复杂度和亮度以及过去的与未来的图像的相互关系，编码后图像的尺寸是可变的。因而只有在完成可变长度解码(VLD)之后才能推断数据的位置和含义。但是，用于MPEG中的所有起始码都设定为以字节为单位，这样可以通过判定以字节为单位的数据来检测起始码。模式选择单元130在正常播放状态下产生正常信号，在快速播放状态下，产生BP_跳过模式信号，仅再现I图像，在更快速播放状态产生B-跳过模式信号，仅再现I和P图像。利用起始码检测单元120产生的起始码I、P及B，和利用模式选择单元130产生的正常、BP_跳过及B_跳过模式信号，控制单元140产生写允许信号，表示数据应当记录在存储器中。如果模式选择单元130的输出为正常模式，由于所有的输入数据都应被记录，所以控制单元140就激活写允许信号，以便存储器对所有数据都产生存储器记录信号。控制单元140由BP_跳过与B_跳过模式信号操作时，也产生相应的写允许信号来记录图像。
如图6所示，MPEG的图像起始码被固定为16进制(H)的“00000100”。由于所有的起始码均被设定为以字节为单位，这就决定了在步骤201至204以字节为单位顺序读入(H)“00000100”。由于可以在起始码前面插入不定个H“00”，所以应有步骤205来检查在检测H“01”的点上，当不是H“01”输入时是否有H“ 00”加入。如果在步骤206检测到图像起始码，那么图像的类型由第11、12、13位的三位表示。在步骤208及209中二进制位(B)“001”代表I图像，在步骤210及211中B“010”代表P图像，在步骤212与213中B“011”代表B图像。图像起始码被检测到后，仅读取下一个字节而不作运算。再下一个字节读取后，通过同B“00111000”的逐位与运算，存入预设的存储器A。此操作是为了只拣出紧随图像起始码后的第11、12、13位的三位。若寄存器A中包含H“08”，则说明该图像类型为I，产生的是I图像起始码信号，这表明I图像起始码被检测到。若寄存器A中包含H“10”，则说明该图像类型为P，产生的是P图像起始码信号，这表明P图像起始码被检测到。若寄存器A中包含H“18”，则说明该图像类型为B，产生的是B图像起始码信号，表明B图像起始码被检测到。只要MPEG视频解码器在工作，上述操作过程就继续，否则上述操作即结束。
图7所示为第一种时序图，表示只有I图像被解码时BP_跳过模式的时序。在各种类型的图像开始后，起始码检测单元用预设的时间从输入位流中检测出不同的起始码。输入位流经过延迟后作为输出位流输出直到起始码被检测到。当I起始码被检测到时，写允许信号被激活，以便在存储器中记录数据，当B或P起始码被检测到时，写允许信号被禁止，从而不在存储器中记录数据。
图8所示为第二种时序图，表示只有I和P图像被解码时的B_跳过模式的时序。在各种类型的图像开始后，起始码检测单元用预定时间从输入位流中检测出不同的起始码，因此输入位流经延迟后作为输出位流输出直到起始码被检测到。当I或P起始码被检测到时，写允许信号被激活以便在存储器中记录数据。当B起始码被检测到时，写允许信号被禁止，便不在存储器中记录数据。
因此，MPEG视频解码器在快速播放模式下，不把不希望解码的数据记录到存储器中。由于这种操作不必浪费时间从存储器中读出不需要的数据和判定其不需要，解码器可执行其它过程，因此可改善解码器的性能。这种改进降低了解码器的负荷，使得解码器可以处理更多的数据并且实现更为自然的快速播放。
因此，应当认为本发明不局限于在这里公开的作为适合实现本发明的最佳方式的特定实施例。除了所附的权利要求书中限定的内容之外，本发明不限于特定实施例。

Claims (3)

1、一种对MPEG视频信息进行解码和再现的装置，其特征在于所述装置包括：
编码数据输入单元，用于接收所述MPEG视频数据并输出一个数据信号；
数据分析单元，用于接收所述数据信号并决定是否应当对其解码，其中所述数据分析单元包括：数据延迟单元，用于将数据延迟一段预设时间；起始码检测单元，用于接收所述MPEG视频数据并检测不同类型的图像起始码；模式选择单元，用于根据外部输入模式信号选择一个操作模式；以及控制单元，用于根据不同种类的图像起始码和所述选择的操作模式，仅在有必要数据时才向所述外部存储器单元输出一个写允许信号；
存储器接口单元，用于响应所述数据分析单元的一个输出信号而输出一个控制信号；
外部存储器单元，用于响应所述控制信号而存储所述MPEG视频数据；
数据解码单元，用于读取和解码存储在所述外部存储器单元中的MPEG视频数据，并再次将它们存入所述外部存储器单元；
数字视频输出单元，用于从所述外部存储单元中读出所述解码数据，并在预设时刻将其输出。
2、一种用于解码和再现MPEG视频数据的视频数据解码装置的视频数据解码方法，其特征在于所述视频数据解码方法包括以下的步骤：当所述视频解码装置处于正常播放模式时，将所有I、P、B图像的数据都存入所述存储器并对其解码后，通过所述视频解码装置的输出端口将所述所有I、P、B图像的数据输出，而当所述视频解码装置处于快速播放模式时，在所述视频解码装置的存储器中不存入P和B图像的数据。
3、一种用于解码和再现MPEG视频数据的视频数据解码装置的视频数据解码方法，其特征在于所述视频数据解码方法包括以下的步骤：当所述视频解码装置处于正常播放模式时，将所有I、P、B图像的数据都存入所述存储器并对其解码后，通过所述视频解码装置的输出端口将所述所有I、P、B图像的数据输出，而当所述视频解码装置处于快速播放模式时，在所述视频解码装置的存储器中不存入B图像的数据。
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