視頻解碼裝置及其方法
2023-12-02 18:27:01 2
專利名稱：視頻解碼裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種視頻解碼裝置及其方法，尤其涉及一種以相對較少的緩衝器即可進行視頻解碼的裝置及其方法。
背景技術：
近年來，由於信息科技的快速發展，許多聲音及影像皆可以數字的格式加以存儲及播放，因而大大擴展了影音信息的應用範圍。然而，若是完整存儲影音，則必須付出相當大的存儲空間，尤其是記錄影像的視頻數據。為了解決視頻文件過大的問題，已發展出許多視頻的編碼技術，用以壓縮視頻的文件大小，並在播放時仍保有原來的畫質，或是畫質失真的程度在可接受的範圍內。由於視頻是以編碼的方式存儲，因此必須將視頻經過解碼後才能加以播放。
以下以MPEG(Motion Picture Experts Group，動畫壓縮標準)為例簡單說明視頻編碼的原理。MPEG為了得到較佳的壓縮效率，主要是將一序列影像編碼分為兩部份第一部份稱為內部編碼(Intra-coding)，其可編碼產生I圖即內編碼圖(Intra Coded Picture)，其為一種利用離散餘弦變換(DiscreteCosine Transform，DCT)演算法針對單張影像的編碼法。因此I圖不需要參考任何的幀即可產生靜態的幀，而所佔的數據量最大。第二部份稱為外部編碼(Inter-coding)，其是利用前後的幀來預測本幀的一種預測重建幀的方法，可編碼產生出P圖即預測編碼圖(Predicted Coded Picture)或B圖即雙向預測編碼圖(Bi-directional Predictive Coded Picture)。P圖與B圖的差異在於P圖只採用向前預測(forward prediction)，即P圖的重建只參考在前的幀。而B圖可採用向前與向後預測或是兩者平均的方式重建，其擁有最高的編碼效率，但B圖本身則不再作為其它預測編碼用的參考幀。
現參照圖1，說明視頻解碼的方法，其中英文字母代表該幀屬於何種幀(I圖、P圖、B圖)，數字則代表播放的順序。由上述的視頻編碼方法可知，B圖必須參考前後的幀加以重建，所以欲重建B1圖時，需要以I0圖及P3圖作為參考幀。同理，欲重建B2圖時，亦需要以I0圖及P3圖作為參考幀，欲重建B4圖時，則是需要以P3圖及P6圖作為參考幀。而欲重建P3圖時，僅參考I0圖即可，同理，欲重建P6圖則參考P3圖。因此，圖1所示幀序列的解碼順序為I0→P3→B1→B2→P6→B4→B5→P9→B7→B8，播放時則是依數字編號順序播放。另需說明的是，每一幀是由多個宏塊(macroblock)所組成，其也是解碼的最小單位，幀經解碼重建完成後，再水平順序掃描幀加以播放。
根據上述視頻解碼的方法，傳統的視頻解碼裝置1如圖2所示，其包含解碼元件11、第一緩衝器12、第二緩衝器13、第三緩衝器14以及輸出元件15。解碼元件11用以接收一視頻比特流並加以解碼，例如進行可變長度解碼(Variable-Length Decoding，VLD)、反量子化(Inverse Quantization)、離散反餘弦變換(Inverse Discrete Cosine Transform，IDCT)及動態補償(MotionCompensation)等運算來重建幀。由上述的解碼過程可知，必須存儲I圖和P圖作為參考幀來重建B圖，因此第一緩衝器12和第二緩衝器13分別存儲I圖或P圖，可供解碼元件11讀取並用以重建B圖。第三緩衝器14則供重建完成的B圖存儲。輸出元件15則從第一、第二、第三緩衝器12、13、14中讀取重建完成的幀並依序播放視頻。
然而，傳統的視頻解碼裝置1的緩衝器佔用了相對較大的存儲器空間，使得視頻解碼裝置的成本無法有效降低，以大部份歐洲國家與澳洲等國家採用的相位交替行(Phase Alternate Lines，PAL)規格為例加以說明。PAL標準的DVD影像解析度為720×576像素，而每一像素以12比特表示，則視頻解碼裝置的三個緩衝器所需的存儲器空間為720×576×12×3＝14.24Mb。若再加上視頻比特流的緩衝、使用者數據、同屏顯示(On Screen Display，OSD)數據等所佔用的存儲器空間，很顯然在電子產品中僅安裝一16Mb存儲器，可預見地將產生存儲器空間不足的問題。若是以一32Mb或64Mb存儲器取代一16Mb存儲器，則大幅增加視頻解碼裝置的成本；若是安裝兩16Mb存儲器，除了增加成本之外，同時佔用了相對較多的空間，使電子產品無法有效地小型化。
綜上所述，如何以相對較小的緩衝器來完成視頻解碼，以達到降低成本及節省空間的要求便是目前需努力的目標。
發明內容
針對上述問題，本發明目的在於提供一種視頻解碼裝置及其方法，其可以相對較小的緩衝器完成視頻解碼，以達到降低成本及節省空間的要求。
存儲本發明所提供的視頻解碼裝置，用以對一己編碼視頻比特流解碼，重建幀序列並加以輸出，該視頻解碼裝置包括一解碼元件，其接收該己編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的一解碼幀；一帶狀緩衝器，其與該解碼元件信號連接，以存儲該解碼幀的一部份；以及一輸出元件，其與該帶狀緩衝器信號連接，並依序讀取該帶狀緩衝器中的該解碼幀的一部份加以輸出。
本發明所提供的視頻解碼方法，用以將一己編碼視頻比特流解碼，重建一幀序列並加以輸出，該視頻解碼方法包括以下步驟接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的解碼幀；將該解碼幀的一部份存儲於一帶狀緩衝器中；以及依序讀取該帶狀緩衝器中的該解碼幀的一部份加以輸出。
本發明所提供的視頻解碼方法，用以將一已編碼視頻比特流解碼，重建一幀序列並加以輸出，該視頻解碼方法包括以下步驟接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的一解碼幀，該解碼幀包含一參考幀以及一非參考幀；將該參考幀存儲於一幀緩衝器中；將該非參考幀的一部份存儲於一帶狀緩衝器中；以及依序讀取該帶狀緩衝器中的該非參考幀的一部份加以輸出。
依據本發明的視頻解碼裝置及其方法，對於不需要作為解碼其它幀所參考的非參考幀，其不必完整地存儲而加以輸出，因此可有效減小緩衝器佔用存儲器的空間，同時亦可節省存儲器所佔用的空間。
圖1為一包含參考幀和非參考幀的幀序列；圖2為傳統的視頻解碼裝置結構；圖3為本發明較佳實施例的視頻解碼裝置結構；圖4a及4b為存取帶狀緩衝器的示意圖；
圖5為本發明較佳實施例的視頻解碼方法的步驟。
圖中1 傳統視頻解碼裝置11解碼元件12第一緩衝器13第二緩衝器14第三緩衝器15輸出元件2 本發明的視頻解碼裝置21解碼元件22幀緩衝器23帶狀緩衝器231、232 帶狀緩衝塊24輸出元件25控制元件MB宏塊S31～S33 視頻解碼方法的步驟具體實施方式
以下將參照相關附圖，說明依照本發明較佳實施例的視頻解碼裝置及其方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
本發明較佳實施例的視頻解碼裝置2，以解碼圖1所示的幀序列為說明，其結構如圖3所示。視頻解碼裝置2包括一解碼元件21、二個幀緩衝器22、一帶狀緩衝器23以及一輸出元件24。解碼元件21是用以接收一視頻比特流並進行解碼，以重建幀序列中的解碼幀。例如，如圖1所示，視頻比特流是以MPEG進行編碼，同時為了得到較佳的編碼效率，視頻比特流包含了I圖、P圖以及B圖，其中I圖及P圖作為重建其它幀用的參考幀，而B圖不作為重建其它幀參考之用，稱其為非參考幀。解碼元件21接收視頻比特流，依I0→P3→B1→B2→P6→B4→B5→P9→B7→B8的解碼順序進行解碼，將包含I圖、P圖以及B圖的幀序列重建。輸出元件24則是以I0→B1→B2→P3→B4→B5→P6→B7→B8→P9的播放順序將重建的幀序列輸出。
幀緩衝器22則與解碼元件21以及輸出元件24信號連接，其存儲I圖或P圖作為參考幀，可供解碼元件21讀取用以重建B圖，並供輸出元件24讀取以輸出I圖或P圖。由於I圖或P圖需作為參考幀，因此必須將I圖及P圖完整地存儲於幀緩衝器22中。帶狀緩衝器23也與解碼元件21以及輸出元件24信號連接，用以存儲非參考幀，亦即B圖。由於帶狀緩衝器23中所存儲的幀並不需要在重建其它幀時被參考，經輸出元件24讀取輸出後即可清除，因此帶狀緩衝器23並不需要存儲完整的B圖(即非參考幀)，亦即僅以相對較小的存儲器空間來不斷重複存儲解碼幀的一部份、輸出幀、清除存儲，再存儲解碼幀的另一部份的動作而輸出完整的非參考幀。
現參照圖4a及圖4b，說明解碼非參考幀的流程。帶狀緩衝器23包括至少二個帶狀緩衝塊，分別為231及232，而重建一幀是以宏塊MB為最小的解碼單位，且幀的輸出是以幀的水平方向循序掃描輸出，因此帶狀緩衝塊231、232可存儲的解碼幀的一部份至少為解碼幀的水平寬度與宏塊MB的垂直高度的乘積，即Fw×MBh，其中Fw為解碼幀的水平寬度，MBh為宏塊MB的垂直高度。以720×576像素的幀為例，假設每一個宏塊MB為16×16像素，則每一帶狀緩衝塊231、232可存儲解碼幀的一部份的區域為720×16像素。當水平方向解碼45個(720/16＝45)宏塊並寫入帶狀緩衝塊231後，輸出元件24即可循序掃描並加以輸出，解碼元件21則可繼續進行解碼並寫入帶狀緩衝塊232，如圖4a所示。當帶狀緩衝塊231的數據完全輸出後，輸出元件24繼續循序掃描輸出帶狀緩衝塊232的數據，而帶狀緩衝塊231中的數據即可被清除或覆蓋，以供解碼元件21繼續寫入解碼幀的數據，如圖4b所示。因此，當解碼的速度與輸出的速度相互配合，即可對整個非參考幀解碼並加以輸出。
本發明較佳實施例的視頻解碼裝置2進一步包括一控制元件25，其信號連接於解碼元件21與帶狀緩衝器23之間，控制元件25可禁止解碼元件21在尚未經輸出元件24讀取的帶狀緩衝塊231、232中寫入數據，並且在輸出元件24讀取後允許解碼元件21寫入可覆蓋數據的帶狀緩衝塊231、232。另外，當輸出元件24正在輸出參考幀I圖及P圖時，也就是輸出元件24正在讀取幀緩衝器22時，亦可允許解碼元件21寫入數據至帶狀緩衝器23，亦即帶狀緩衝塊231、232，如此可儘量避免帶狀緩衝器23閒置，解碼元件21亦可有足夠的時間進行解碼。需注意，幀緩衝器22以及帶狀緩衝器23可整合於一傳統的存儲器中，例如動態隨機存取存儲器等。控制元件25則可整合於解碼元件21中。
以上所述，是以解碼圖1的幀序列為例作說明，該幀序列是以MPEG進行編碼且其包含了參考幀(I圖、P圖)以及非參考幀(B圖)。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可知，若欲解碼的幀序列中並未包含參考幀，亦即解碼單一幀並不需要參考在前或在後的幀時，則視頻解碼裝置2並不需要幀緩衝器22來存儲參考幀。而且，若解碼及輸出的速率相互配合，同樣地，並不需要控制元件25來控制解碼的數據該寫入哪一個帶狀緩衝塊231、232，僅需循序地解碼及輸出即可。本發明的視頻解碼裝置2則可簡化成由解碼元件21、帶狀緩衝器23及輸出元件24構成即可達到本發明的目的。
參照圖5，本發明也揭露了一視頻解碼方法。如前所述，若欲解碼的幀序列中未包合參考幀，則本發明的視頻解碼方法的步驟包括接收己編碼視頻比特流進行解碼，以重建該幀序列中的解碼幀(步驟S31)；將該解碼幀的一部份存儲於一帶狀緩衝器23中(步驟S32)；依序讀取帶狀緩衝器23中的該解碼幀的一部份加以輸出(步驟S33)。其中帶狀緩衝器23包括至少二個帶狀緩衝塊231、232，如何利用帶狀緩衝器23存儲解碼幀的一部份並加以讀取輸出在先前已有詳細說明，在此不再贅述。若欲解碼的幀序列中包含參考幀，則將參考幀完整地存儲於幀緩衝器22中供讀取以作為解碼時的參考。
此外，更包含一控制步驟(未圖示)，其禁止在尚未輸出的帶狀緩衝塊231、232中存儲該解碼幀的一部份，而在輸出後允許寫入數據至帶狀緩衝塊231、232。亦允許在輸出存儲於幀緩衝器22中的參考幀時，存儲解碼幀的一部份於帶狀緩衝器23。
依據本發明的視頻解碼裝置及其方法，其可以相對較小的緩衝器進行視頻解碼並加以輸出。以解碼圖1所示的幀序列為例，傳統的視頻解碼裝置需要14.24Mb的存儲器空間，本發明的視頻解碼裝置以配置二個幀緩衝器(9.49Mb)及一個帶狀緩衝器來計算，其中帶狀緩衝器包含二個帶狀緩衝塊，每一帶狀緩衝塊佔用的存儲器空間為720×16×12＝0.13Mb，所需的存儲器空間為9.49+0.13×2＝9.75Mb，若是以配置八個帶狀緩衝塊計算，則所需的存儲器空間亦僅為9.49+0.13×8＝10.53Mb，大幅降低視頻解碼裝置所佔用的存儲器空間。若視頻解碼裝置中配置一16Mb的存儲器，則仍有足夠的存儲器空間作為其它數據存取之用，例如視頻比特流的緩衝、使用者數據、OSD數據等。因此可降低存儲器成本，亦可節省第二個存儲器佔用的空間。
以上所述僅為舉例，而非為限定。任何熟悉該項技術者均可依據上述本發明的實施例進行等效的修改，而不脫離其精神與範疇。故任何未脫離本發明的精神與範疇，而對其進行等效修改或變更，均應包含於後附的權利要求的範圍中。
權利要求
1.一種視頻解碼裝置，用以對一已編碼視頻比特流解碼，重建幀序列並加以輸出，該視頻解碼裝置包括一解碼元件，其接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的一解碼幀；一帶狀緩衝器，其與該解碼元件信號連接，以存儲該解碼幀的一部份；以及一輸出元件，其與該帶狀緩衝器信號連接，並依序讀取該帶狀緩衝器中的該解碼幀的一部份加以輸出。
2.如權利要求1所述的視頻解碼裝置，其中該帶狀緩衝器包括多個帶狀緩衝塊，該多個帶狀緩衝塊之一供該輸出元件讀取並加以輸出，其餘的該帶狀緩衝塊則供該解碼元件存儲該解碼幀的其它部份或下一個該解碼幀。
3.如權利要求2所述的視頻解碼裝置，其中該解碼幀是由多個宏塊所組成，而每一該帶狀緩衝塊可存儲的該解碼幀的一部份為Fw×MBh，其中Fw為該解碼幀的水平寬度，MBh為該宏塊的垂直高度。
4.如權利要求2所述的視頻解碼裝置，進一步包括一控制元件，其信號連接於該解碼元件與該帶狀緩衝器之間，該控制元件禁止該解碼元件在未經該輸出元件讀取的該帶狀緩衝塊寫入該帶狀緩衝塊，並在該輸出元件讀取後允許該解碼元件寫入該帶狀緩衝塊。
5.如權利要求1所述的視頻解碼裝置，進一步包括一幀緩衝器，與該解碼元件以及該輸出元件信號連接，其存儲該解碼幀的全部，其中該解碼幀包括一參考幀以及一非參考幀，該解碼元件將該參考幀存儲於該幀緩衝器中，而將該非參考幀存儲於該帶狀緩衝器中。
6.如權利要求5所述的視頻解碼裝置，其中該解碼幀是由多個宏塊所組成，且該帶狀緩衝器包括多個帶狀緩衝塊，每一該帶狀緩衝塊可存儲的該解碼幀的部份為Fw×MBh，其中Fw為該解碼幀的水平寬度，MBh為該宏塊的垂直高度。
7.如權利要求5所述的視頻解碼裝置，進一步包括一控制元件，其信號連接於該解碼元件與該帶狀緩衝器之間，該控制元件禁止該解碼元件在未經該輸出元件讀取的該帶狀緩衝塊寫入該帶狀緩衝塊，並在該輸出元件讀取後允許該解碼元件寫入該帶狀緩衝塊，或是在該輸出元件讀取該幀緩衝器時，允許該解碼元件寫入該帶狀緩衝器。
8.如權利要求4或7所述的視頻解碼裝置，其中該控制元件整合於該解碼元件中。
9.如權利要求5所述的視頻解碼裝置，其中該帶狀緩衝器以及該幀緩衝器整合於一存儲器中。
10.如權利要求1所述的視頻解碼裝置，其中該已編碼視頻比特流是以MPEG標準進行編碼。
11.一種視頻解碼方法，用以將一已編碼視頻比特流解碼，重建一幀序列並加以輸出，該視頻解碼方法包括以下步驟接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的解碼幀；將該解碼幀的一部份存儲於一帶狀緩衝器中；以及依序讀取該帶狀緩衝器中的該解碼幀的一部份加以輸出。
12.如權利要求11所述的視頻解碼方法，其中該帶狀緩衝器包括多個帶狀緩衝塊，該多個帶狀緩衝塊之一供讀取並加以輸出該解碼幀的一部份，其餘的該帶狀緩衝塊則供存儲該解碼幀的其它部份或下一個該解碼幀。
13.如權利要求12所述的視頻解碼方法，其中該解碼幀是由多個宏塊所組成，而每一該帶狀緩衝塊可存儲的該解碼幀的部份為Fw×MBh，其中Fw為該解碼幀的水平寬度，MBh為該宏塊的垂直高度。
14.如權利要求12所述的視頻解碼方法，進一步包括一控制步驟，其禁止在尚未輸出的該帶狀緩衝塊中存儲該解碼幀的一部份，並在輸出後允許存儲該帶狀緩衝塊。
15.如權利要求11所述的視頻解碼方法，其中該已編碼視頻比特流是以MPEG標準進行編碼。
16.一種視頻解碼方法，用以將一已編碼視頻比特流解碼，重建一幀序列並加以輸出，該視頻解碼方法包括以下步驟接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的一解碼幀，該解碼幀包括一參考幀以及一非參考幀；將該參考幀存儲於一幀緩衝器中；將該非參考幀的一部份存儲於一帶狀緩衝器中；以及依序讀取該帶狀緩衝器中的該非參考幀的一部份加以輸出。
17.如權利要求16所述的視頻解碼方法，其中該解碼幀是由多個宏塊所組成，且該帶狀緩衝器包括多個帶狀緩衝塊，每一該帶狀緩衝塊可存儲的該非參考幀的一部份為Fw×MBh，其中Fw為該解碼幀的水平寬度，MBh為該宏塊的垂直高度。
18.如權利要求16所述的視頻解碼方法，進一步包括一控制步驟，其禁止在尚未輸出的該帶狀緩衝塊中存儲該非參考幀的一部份，並在輸出後允許存儲該帶狀緩衝塊，或是在輸出存儲於該幀緩衝器中的該參考幀時，允許存儲該非參考幀的一部份於該帶狀緩衝器。
19.如權利要求16所述的視頻解碼方法，其中該帶狀緩衝器以及該幀緩衝器整合於一存儲器中。
20.如權利要求16所述的視頻解碼方法，其中該已編碼視頻比特流是以MPEG標準進行編碼。
全文摘要
一種視頻解碼裝置及其方法，其可以較小的緩衝器對一已編碼視頻比特流解碼，重建一幀序列並加以輸出，以降低成本。該視頻解碼裝置包括一解碼元件、一帶狀緩衝器以及一輸出元件。該解碼元件用以接收該已編碼視頻比特流並進行解碼，以重建該幀序列中的解碼幀；該帶狀緩衝器用以存儲該解碼幀的一部分；該輸出元件則依序讀取該帶狀緩衝器中的該解碼幀的一部分加以輸出。
文檔編號H04N7/32GK1809163SQ20051000245
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月21日 優先權日2005年1月21日
發明者徐榮富, 王智鳴 申請人:其樂達科技股份有限公司