視頻數據的壓縮和解壓縮系統的製作方法
2023-10-09 00:14:24 2
專利名稱：視頻數據的壓縮和解壓縮系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓縮和解壓縮系統，特別是針對視頻數據的壓縮和解壓縮系統。
背景技術：
現有的視頻數據壓縮方法設計的重點主要在數據壓縮的效率，主要應用於視頻數據的存儲和傳輸領域，目的是降低視頻數據存儲所需要的空間和視頻數據在網絡傳輸過程中所需要的帶寬。然而在多媒體ASIC設計中，ASIC內部的主要帶寬需求和帶寬瓶頸集中在視頻數據的讀寫階段，例如視頻解碼獲得的重建視頻圖像數據的寫出，視頻解碼獲得的重建圖像數據的顯示等等都會佔用大量的片內帶寬資源。如果對輸出的視頻數據先進行壓縮編碼再寫出，在讀取視頻數據時先進行解碼處理再顯示，將有效地降低數據在ASIC內部各模塊之間傳輸的帶寬。傳統的以壓縮效率為設計目標的視頻數據的壓縮方法，自然會導致壓縮後的數據的上下文之間具有很強的數據相關性，難以實現精確到宏塊級別、甚至塊級別等小尺度的視頻數據的隨機存取，因此難於應用於上述場合。傳統的以壓縮效率為設計目標的視頻數據的壓縮方法，由於各塊之間壓縮數據相互關聯，生成碼流的尺寸也各不相同，難以實現各編碼單元塊之間的完全並行壓縮和無縫碼流裝配。
實用新型內容本實用新型提出了一種視頻數據的壓縮和解壓縮系統，該系統能夠優化多媒體ASIC數據讀寫環節的帶寬，且可`以實現對各壓縮數據單元的隨機讀寫以及壓縮數據單元之間完全並行的壓縮處理和無縫碼流裝配。根據本實用新型的一方面，提出了一種視頻數據的壓縮系統，該系統包括存儲器，用於存儲視頻數據，該視頻數據被分割為多個具有統一規格的基本單元，每個所述基本單元包括至少一個數據塊；讀取裝置，讀取所述基本單元，並將所述基本單元的每個數據塊存放在該讀取裝置的相應的寄存器中；壓縮編碼裝置，對讀取裝置中的所述基本單元進行壓縮並輸出所述基本單元的壓縮數據；其中該壓縮編碼裝置包括-至少一個編碼器，對所述寄存器中的數據塊並行地進行壓縮編碼，獲得各個數據塊的壓縮數據並提供給輸出緩衝器；-輸出緩衝器，輸出所述各個數據塊的壓縮數據至所述存儲器，從而獲得所述基本單元的壓縮數據。[0014]優選地，所述壓縮編碼裝置中的編碼器的數量與所述讀取裝置的寄存器的數量相同，並與所述基本單元中的數據塊的數量相同，並且所述編碼器與所述寄存器一一對應。優選地，所述壓縮編碼裝置還包括預算分配控制器，該預算分配控制器中預先存儲有為每個編碼器指定的壓縮預算，從而每個編碼器按照指定的壓縮預算對數據塊進行壓縮編碼，該預算分配控制器還根據所述壓縮預算將每個編碼器輸出的壓縮數據並行地輸出到輸出緩衝器的相應位置。根據本實用新型的另一方面，提出了一種視頻數據的解壓縮系統，該系統包括存儲器，用於存儲基本單元的壓縮數據，所述基本單元的壓縮數據是通過上述視頻數據的壓縮系統對基本單元進行壓縮而獲得的；解壓縮裝置，對所述基本單元的壓縮數據進行解壓縮並輸出解壓縮後的基本單元;其中該解壓縮裝置包括-輸入緩衝器，讀取並緩衝所述基本單元的壓縮數據；-至少一個解碼器，對所述輸入緩衝器中的基本單元的壓縮數據中的各個數據塊的壓縮數據並行地進行解壓縮，獲得各個數據塊的解壓縮數據並提供給輸出寄存器；以及輸出寄存器，輸出所述各個數據塊的解壓縮數據至所述存儲器，從而獲得解壓縮後的基本單兀。優選地，所述解壓縮裝置還包括預算分配控制器，該預算分配控制器中預先存儲有每個數據塊的壓縮數據相應的壓縮預算，從而使輸入緩衝器按照該壓縮預算並行地將每個數據塊的壓縮數據分配至每個 解碼器，每個解碼器並行地對每個數據塊的壓縮數據進行解壓縮，從而得到基本單元的解壓縮數據；其中數據塊的壓縮數據的長度與其相應的壓縮預算相等。本實用新型的系統實現了可隨機訪問的視頻數據壓縮和解壓縮。該方案可以有效降低多媒體ASIC設計中視頻數據的傳輸帶寬，提高了性能，同時可以節省保存該類數據的內存空間。由於每個數據塊的編解碼相互獨立進行，並具有預先已知的壓縮預算分配信息。便於並行編解碼和碼流裝配的高效實現方案，編碼器的性能可以得到顯著提高。
圖1顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮方法的一個實施例的流程圖；圖2顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮方法的另一個實施例的流程圖；圖3顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮裝置的一個實施例的結構圖；圖4顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮裝置的另一個實施例的結構圖；圖5顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮方法的一個實施例的流程圖；圖6顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮方法的另一個實施例的流程圖；圖7顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮裝置的一個實施例的結構圖；圖8顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮裝置的另一個實施例的結構圖。
具體實施方式
本實用新型的原理的一方面在於，將視頻數據分割為具有統一尺寸的基本單元(TILE)，以該基本單元作為壓縮或解壓縮處理的基本對象，對每個基本單元獨立地進行壓縮或解壓縮操作，使得每個基本單元的壓縮或解壓縮結果之間不具備相關性，從而實現對每個基本單元的隨機訪問。本實用新型的原理的另一方面在於，具有統一尺寸的每個基本單元可由多個數據塊組成，在對每個基本單元進行壓縮或解壓縮的過程中，並行地對每個數據塊進行壓縮或解壓縮，並可為每個數據塊設定壓縮預算，從而實現對每個基本單元所包含的所有數據塊的完全並行處理和無縫碼流裝配。圖1顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮方法的一個實施例的流程圖，在該實施例中，該方法包括S101，將存儲器中的視頻數據分割為多個具有統一規格的基本單元，每個所述基本單元包括至少一個數據塊；S102，讀取所述基本單元，S103，對讀取的所述基本單元進行壓縮並輸出所述基本單元的壓縮數據；其中步驟S103包括S1031，對讀取的基本單元中的各個數據塊並行地進行壓縮編碼，獲得所述各個數據塊的壓縮數據；S1032，輸出所述各個數據塊的壓縮數據，從而獲得所述基本單元的壓縮數據。在該實施例中，由於每個基本單元具有統一的規格，並且對每個基本單元的壓縮獨立於其他基本單元，因此可實現對任意基本單元的隨機讀取。優選地，所述基本單元中的數據塊具有一定的排列順序，這種排列順序可取決於所採用的視頻編解碼標準等應用背景。在步驟S1032中，可按照所述排列順序串行地輸出各個數據塊的壓縮數據，從而獲得所述基本單元的壓縮數據。優選地，可根據實際應用需要來選擇所述基本單元的統一規格，例如統一的尺寸，統一的數據結構等。並且可根據實際應用需要來選擇每個基本單元所包含的至少一個數據塊的數量、尺寸、排列順序、和數據內容等。舉例來說，對於符合札264標準的視頻數據，其常規的視頻數據處理最小單元為4 X 4數據矩陣，因此可以4 X 4數據矩陣作為數據塊，對於符合JPEG標準的視頻數據來說則可以8X8數據矩陣作為數據塊。每個基本單元可由任意數量的數據塊組成，每個基本單元中的數據塊可具有相同的尺寸或不同的尺寸。優選地，在對每個基本單元進行編碼的過程中，將該基本單元中的各個數據塊並行地輸入與其對應的每個編碼器，並對所有數據塊進行並行編碼，從而並行地獲得對應於每個數據塊的壓縮編碼結果。在一個變形中，可對每個基本單元進行變壓縮比的壓縮，也就是說，在壓縮過程中，根據實際應用的需要來選擇對每個基本單元的壓縮比例，例如，如果某基本單元中的數據在經過大比例壓縮後仍能在解壓縮後恢復足夠的信息，則為該基本單元指定較大的壓縮比例，如果某基本單元只有在 小比例壓縮的情況下才能在解壓縮後恢復足夠的信息，則為該基本單元指定較小的壓縮比例。這種變壓縮比的方案的優點是靈活而有針對性，可以根據實際需要最大限度地提高整體壓縮效率。[0048]在另一個變形中，可對每個基本單元進行定壓縮比的壓縮，也就是說，按照固定的比例對每個基本單元進行壓縮，從而使所獲得的每個基本單元的壓縮數據的尺寸也是統一的且固定的。這樣作的優點是經過壓縮後的壓縮數據具有統一的尺寸，使得壓縮數據在寫入或讀出存儲器的過程中的尋址簡單易行，從而提高數據讀寫的效率。優選地，可按照數據塊的順序將每個數據塊的壓縮數據寫入輸出緩衝器，從而通過輸出緩衝器對基本單元的壓縮數據進行串行輸出。每個基本單元的壓縮數據可被寫入存儲器中，並在後續使用之前被解壓縮，解壓縮過程與壓縮過程相對應，並將在下文中詳細描述。圖2描述了根據本實用新型的視頻數據的壓縮方法的另一實施例的流程圖，該實施例的方法包括S201，將視頻數據分割為多個具有統一規格的基本單元，每個所述基本單元包括按至少一個數據塊；S202，讀取所述基本單元，S203，對讀取的所述基本單元進行壓縮並輸出所述基本單元的壓縮數據；其中步驟S203包括S2031，對讀取的所述基本單元中的各個數據塊按照各自的指定壓縮預算並行地進行壓縮編碼，獲得所述各個數據塊的壓縮數據，其中每個數據塊的壓縮數據的長度與該數據塊的指定的壓縮預算一致，根據每個數據塊的壓縮預算確定每個數據塊的壓縮數據在輸出緩衝器中的位置，從而將讀取的基本單元中的各個數據塊的壓縮數據並行地分配到輸出緩衝器中；S2032，所述輸出緩衝器串行輸出所述各個數據塊的壓縮數據，從而獲得讀取的基本單元的壓縮數據。 圖2所示的實施例在圖1所示的實施例的基礎上，在步驟S1031中的通過編碼器對各個數據塊分別進行並行壓縮編碼的過程中，為每個數據塊預先分配了壓縮預算，也就是說，每個數據塊經過相應的編碼器編碼之後所得的壓縮數據的長度(或稱為壓縮預算)是預先指定的，優選地，每個數據塊的壓縮預算可以相同也可以不同。該實施例的優點是，由於每個數據塊的壓縮預算已被預先指定，即每個數據塊的壓縮數據的長度是可預知的。由於預先知道了每個數據塊的壓縮數據的長度，也就預先知道了每個數據塊的壓縮數據在輸出緩衝器中的起點和終點，也就是說，每個數據塊的壓縮數據在輸出緩衝器中的位置是可以預知的，因此可以自動地、無縫地、並行地將所有數據塊的壓縮數據分配到輸出緩衝器中的相應位置，並由輸出緩衝器串行輸出。該實施例可實現壓縮數據的無縫裝配，大大提高該壓縮方法的工作效率。然而本實用新型並不限於圖2所示的實施例，事實上，也可不對每個數據塊指定壓縮預算，而是按照例如指定的比例、指定的壓縮算法等對每個數據塊進行壓縮。對於基本單元中的每個數據塊來說，編碼器可根據實際需要採用任何適當的方式對其進行壓縮編碼。圖3顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮系統的一個實施例的結構圖，在該實施例中，該系統包括存儲器301，用於存儲視頻數據，該視頻數據被分割為多個具有統一規格的基本單元，每個所述基本單元包括至少一個數據塊；讀取裝置302，讀取所述基本單元，並將所述基本單元的每個數據塊存放在該讀取裝置的相應的寄存器(REGO，REG1，REG2)中；壓縮編碼裝置303，對讀取裝置302中的所述基本單元進行壓縮並輸出所述基本單元的壓縮數據；其中該壓縮編碼裝置303包括至少一個編碼器(ENCO，ENCl, ENC2)，對所述寄存器(REGO，REG1，REG2)中的數據塊並行地進行壓縮編碼，獲得各個數據塊的壓縮數據並提供給輸出緩衝器BUFOUT ；輸出緩衝器BUF0UT，輸出所述各個數據塊的壓縮數據至所述存儲器301，從而獲得所述基本單元的壓縮數據。優選地，所述壓縮編碼裝置303中的編碼器的數量與所述讀取裝置的寄存器的數量相同，並與所述基本單元中的數據塊的數量相同，並且所述編碼器與所述寄存器一一對應，從而實現對各個數據塊的並行壓縮編碼。圖3中描述了基本單元具有3個數據塊，對應於3個寄存器和3個編碼器的情況，實際上數據塊的數量不限於3個，可為I個以上的任意數量。優選地，可按照編碼器(ENC0，ENC1，ENC2)的順序依次將壓縮數據提供給輸出緩衝器BUFOUT。圖4顯示了根據本實用新型的視頻數據的壓縮系統的另一個實施例的結構圖，在該實施例中，在圖3所示的實施例的系統的基礎上，圖4所示的實施例中的壓縮編碼裝置303中的還包括預算分 配控制器BUD_C0N，該預算分配控制器BUD_C0N中預先存儲有為每個編碼器指定的壓縮預算，從而每個編碼器按照指定的壓縮預算對數據塊進行壓縮編碼，該預算分配控制器還根據所述壓縮預算將每個編碼器輸出的壓縮數據(BUDO，BUD1, BUD2)並行地輸出到輸出緩衝器的相應位置。在圖4所述的實施例中，為每個編碼器指定了壓縮預算相當於對每個進入編碼器的數據塊預先分配了壓縮預算，也就是說，每個數據塊經過相應的編碼器編碼之後所得的壓縮結果的長度(或稱為壓縮預算)是預先指定的，優選地，每個數據塊的壓縮預算可以相同也可以不同。該實施例的優點是，由於每個編碼器的壓縮預算已被預先指定，即每個數據塊的壓縮數據的長度是可預知的。由於預先知道了每個數據塊的壓縮數據的長度，也就預先知道了每個數據塊的壓縮數據在輸出緩衝器中的起點和終點，也就是說，每個數據塊的壓縮數據在輸出緩衝器中的位置是可以預知的，因此可以自動地、無縫地、並行地將所有數據塊的壓縮數據輸出到輸出緩衝器中的相應位置，並由輸出緩衝器串行輸出。該實施例可實現壓縮數據的無縫裝配，大大提高該壓縮方法的工作效率。然而本實用新型並不限於圖4所示的實施例，事實上，也可不對每個編碼器指定壓縮預算，而是按照例如指定的比例、指定的壓縮算法等通過編碼器對每個數據塊進行壓縮。對於基本單元中的每個數據塊來說，編碼器可根據實際需要採用任何適當的方式對其進行壓縮編碼。優選地，對每個基本單元進行變壓縮比的壓縮，或定壓縮比的壓縮。相應於上文所述的視頻數據的壓縮方法和裝置，本實用新型還提出了一種視頻數據的解壓縮方法和裝置，即本實用新型的視頻數據的壓縮方法和裝置的逆過程，其目的是將基本單元的壓縮數據解壓縮，恢復為具有統一規格的基本單元。[0073]圖5顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮方法的一個實施例的流程圖，在該實施例中，該方法包括S501，從存儲器中讀取基本單元的壓縮數據，所述基本單元的壓縮數據是通過圖1和圖2的實施例中的方法對基本單元進行壓縮而獲得的；S502，對讀取的基本單元的壓縮數據進行解壓縮並輸出解壓縮後的基本單元；其中步驟S502包括S5021，對讀取的基本單元的壓縮數據中的各個數據塊的壓縮數據並行地進行解壓縮，獲得所述各個數據塊的解壓縮數據；S5022，輸出所述各個數據塊的解壓縮數據，從而獲得所述基本單元。圖6描述了根據本實用新型的壓縮視頻數據的解壓縮方法的另一實施例的流程圖，該實施例的方法包括S601，從存儲器中讀取基本單元的壓縮數據，所述基本單元的壓縮數據是通過圖1或圖2的實施例中的方法對基本單元進行壓縮而獲得的；S602，對讀取的基本單元的壓縮數據進行解壓縮並輸出解壓縮後的基本單元；其中步驟S602包括S6021，根據所述基本單元的壓縮數據中的每個數據塊的壓縮數據的相應的壓縮預算確定每個數據塊的壓縮數據在輸入緩衝器中的位置，從而將各個數據塊的壓縮數據並行地從輸入緩衝器分配到各個解碼器，並通過各個解碼器對各個數據塊的壓縮數據並行地進行解壓縮，獲得所述各 個數據塊的解壓縮數據，其中每個數據塊的壓縮數據的長度相應的壓縮預算一致；S6022，輸出所述各個數據塊的解壓縮數據，從而獲得解壓縮後的基本單元。圖7顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮系統的一個實施例的結構圖，在該實施例中，該系統包括存儲器701，用於存儲基本單元的壓縮數據，所述基本單元的壓縮數據是通過圖3或圖4的實施例中的系統對基本單元進行壓縮而獲得的；解壓縮裝置702，對所述基本單元的壓縮數據進行解壓縮並輸出解壓縮後的基本單元；其中該解壓縮裝置702包括輸入緩衝器BUFIN，讀取並緩衝所述基本單元的壓縮數據；至少一個解碼器(DECO，DEC1，DEC2)，對所述輸入緩衝器BUFIN中的基本單元的壓縮數據中的各個數據塊的壓縮數據並行地進行解壓縮，獲得各個數據塊的解壓縮數據並提供給輸出寄存器(OREGO，OREGO, 0REG0);以及輸出寄存器(0REG0，OREGO, 0REG0，輸出所述各個數據塊的解壓縮數據至所述存儲器701，從而獲得解壓縮後的基本單元。圖8顯示了根據本實用新型的視頻數據的解壓縮系統的另一個實施例的結構圖，在該實施例中，在圖7所示的實施例的系統的基礎上，圖8所示的解壓縮裝置702中還包括預算分配控制器BUD_C0N，該預算分配控制器BUD_C0N中預先存儲有每個數據塊的壓縮數據相應的壓縮預算，從而使輸入緩衝器BUFIN按照該壓縮預算並行地將每個數據塊的壓縮數據(BUD0，BUD1，BUD2)分配至每個解碼器(DECO，DECl, DEC2)，每個解碼器(DEC0，DECl, DEC2)並行地對每個數據塊的壓縮數據(BUDO，BUDI, BUD2)進行解壓縮，從而得到基本單元的解壓縮數據。如前文所述，數據塊的壓縮數據的長度與其相應的壓縮預算相等，因此，在預先知道每個數據塊的壓縮數據相應的壓縮預算的情況下，預算分配器BUD_CON就能夠確定每個數據塊在輸入緩衝器BUFIN中的位置，因此並行地將每個數據塊的壓縮數據(BUD0，BUD1，BUD2)分配到相應的每個解碼器(DECO，DECl, DEC2)中，從而實現無縫碼流裝配。在本實用新型的視頻數據的壓縮和解壓縮方法和系統的一個示例性的應用中，可將視頻解碼器中得到的解碼後的原始視頻數據分割為基本單元，並進行上述壓縮得到相應的壓縮數據，並保存在存儲器中，以節約存儲器空間，並在需要該視頻數據時，根據需要隨機讀取所需的壓縮數據並進行解壓縮，恢復為原始視頻數據並加以利用，從而節省了片內帶寬資源。上述實施例是用於例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此項技術的人士均可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本實用新 型的保護範圍，應如本實用新型的權利要求書所列。
權利要求1.一種視頻數據的壓縮系統，其特徵在於，該系統包括 存儲器，用於存儲視頻數據，該視頻數據被分割為多個具有統一規格的基本單元，每個所述基本單元包括至少一個數據塊； 讀取裝置，讀取所述基本單元，並將所述基本單元的每個數據塊存放在該讀取裝置的相應的寄存器中； 壓縮編碼裝置，對讀取裝置中的所述基本單元進行壓縮並輸出所述基本單元的壓縮數據； 其中該壓縮編碼裝置包括 -至少一個編碼器，對所述寄存器中的數據塊並行地進行壓縮編碼，獲得各個數據塊的壓縮數據並提供給輸出緩衝器； -輸出緩衝器，輸出所述各個數據塊的壓縮數據至所述存儲器，從而獲得所述基本單元的壓縮數據。
2.根據權利要求1所述的視頻數據的壓縮系統，其特徵在於，其中所述壓縮編碼裝置中的編碼器的數量與所述讀取裝置的寄存器的數量相同，並與所述基本單元中的數據塊的數量相同，並且所述編碼器與所述寄存器一一對應。
3.根據權利要求1所述的視頻數據的壓縮系統，其特徵在於，其中所述壓縮編碼裝置還包括預算分配控制器，該預算分配控制器中預先存儲有為每個編碼器指定的壓縮預算，從而每個編碼器按照指定的壓縮預算對數據塊進行壓縮編碼，該預算分配控制器還根據所述壓縮預算將每個編碼器輸出的壓縮數據並行地輸出到輸出緩衝器的相應位置。
4.一種視頻數據的解壓縮系統，其特徵在於，該系統包括 存儲器，用於存儲基本單元的壓縮數據，所述基本單元的壓縮數據是通過權利要求1至3中任意一項所述的視頻數據的壓縮系統對基本單元進行壓縮而獲得的； 解壓縮裝置，對所述基本單元的壓縮數據進行解壓縮並輸出解壓縮後的基本單元； 其中該解壓縮裝置包括 -輸入緩衝器，讀取並緩衝所述基本單元的壓縮數據； -至少一個解碼器，對所述輸入緩衝器中的基本單元的壓縮數據中的各個數據塊的壓縮數據並行地進行解壓縮，獲得各個數據塊的解壓縮數據並提供給輸出寄存器；以及 輸出寄存器，輸出所述各個數據塊的解壓縮數據至所述存儲器，從而獲得解壓縮後的基本單元。
5.根據權利要求4所述的視頻數據的解壓縮系統，其特徵在於，所述解壓縮裝置還包括 預算分配控制器，該預算分配控制器中預先存儲有每個數據塊的壓縮數據相應的壓縮預算，從而使輸入緩衝器按照該壓縮預算並行地將每個數據塊的壓縮數據分配至每個解碼器，每個解碼器並行地對每個數據塊的壓縮數據進行解壓縮，從而得到基本單元的解壓縮數據；其中數據塊的壓縮數據的長度與其相應的壓縮預算相等。
專利摘要本實用新型提出了一種視頻數據的壓縮和解壓縮系統，包括存儲器，用於存儲視頻數據，該視頻數據被分割為多個具有統一規格的基本單元，每個基本單元包括至少一個數據塊；讀取裝置，讀取基本單元，並將基本單元的每個數據塊存放在該讀取裝置的相應的寄存器中；壓縮編碼裝置，對讀取裝置中的所述基本單元進行壓縮並輸出基本單元的壓縮數據；其中該壓縮編碼裝置包括至少一個編碼器，對所述寄存器中的數據塊並行地進行壓縮編碼，獲得各個數據塊的壓縮數據並提供給輸出緩衝器；輸出緩衝器，輸出各個數據塊的壓縮數據至所述存儲器，從而獲得基本單元的壓縮數據。該系統可實現對各壓縮數據單元的隨機讀寫、全並行壓縮和無縫碼流裝配。
文檔編號H04N7/26GK202907104SQ20122038923
公開日2013年4月24日 申請日期2012年8月7日 優先權日2012年8月7日
發明者朱磊, 蘭軍強, 沙力 申請人:上海算芯微電子有限公司