基于块的视频解码的帧存储压缩和地址映射系统属于视频解码技术领域，其特征在于，在输入比特流经过熵解码、反变换和反量化后，对不同数据个数小于、等于１６的块数据有一个采用无损定长编码方法压缩的过程，压缩时采用４种编码比特数，按照不同数据的个数进行定长压缩编码。在数据的存储方式中，对作为片外存储器的具有４个存储阵列的ＳＤＲＡＭ进行存储时把上下左右相邻的１０个宏块的数据存储在４个存储阵列的同一行，每个存储阵列的一行可以存储４个宏块的亮度数据，或８个宏块的色度数据。因而，本发明专利技术在无误差地压缩存储条件下，使写入存储器的数据减少５０％左右，对存储器的行激活操作数减少８５～９５％左右，从而降低了带宽需求，同时也降低了能耗。
【技术实现步骤摘要】
基于块的视频解码的帧存储压縮和地址映射系统
基于块的视频解码的帧存储压縮和地址映射系统直接应用的
是对采用基于 块的视频编解码标准进行压縮的视频序列进行解码的优化设计。本专利技术所述的方法对解码 过程中的参考帧数据存储进行优化，减少了存储器的行激活次数和读写次数，从而降低了 视频解码系统的功耗，充分利用了有限的带宽资源。
技术介绍
随着视频编解码技术的发展，多媒体业务的种类越来越多，应用也越来越广泛，比如 数字电视，移动电视，MP4，数码相框等都和人们的生活息息相关。在众多视频编解码标 准中，大多采用了基于块的压縮方法，例如MPEG-2、 H.264等；同时，这两种标准也是当 前应用最广泛的视频编解码标准。MPEG-2应用于DVD存储，数字电视广播等领域，而 H.264主要应用于便携式的多媒体设备如MP4等消费电子类产品。近年来电路的处理能力快速增强，对视频的处理也己经向标清和高清(1920X 1080)迈 进，所处理的数据量急剧增加。而相比CMOS电路计算能力的发展速度，存储器的速度发 展显得比较落后(见文献Susan L. Graham, Marc Snir， and Cynthia A. Patterson, Getting up to speed: The Future of Supercompting, The National Academies Press, Washington, D.C., 2004)。 在视频解码过程中，需要保存参考帧图像的数据信息以支持后续解码过程，即需要对大量 数据进行存储和读取操作，所需的存储带宽较高，而存储器所消耗的能量在系统中的比重 也较大，因此对存储器的操作常常构成视频解码器设计的瓶颈。多数多媒体处理系统通常以SDRAM(同步动态随机存取存储器)作为片外存储器，解码 过程中的参考帧存储和显示之前的数据缓存都通过SDRAM来实现。视频解码过程中需要 的存储带宽主要来自重建数据写回，参考帧数据读取，帧图像显示和读取输入压縮码流四 部分操作，其中前三部分一般都是通过和SDRAM进行数据交互完成的，需要对SDRAM 进行大量的读、写以及行激活等操作，从而对存储数据带宽提出了很高的要求。 一般情况 下， 一个支持HDTV分辨率(1920X 1080)，帧率为30帧每秒的MPEG-2解码器需要的存储 数据带宽大于2Gbps，而同样的H.264解码器在最坏情况下需要的带宽可达10Gbps(见文献 K. Kawakami, M. Kuroda, H. Kawaguchi， and M. Yoshimoto, Power and Memory Bandwidth Reduction of an H.264/AVC HDTV Decoder LSI with Elastic Pipeline Architecture, Proceedings of Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC07), 2007.)。视频解码中对存储器的操作不仅需要很高的数据带宽，也会消耗系统中很大一部能量。存储器的能耗主要包括动态能耗和静态能耗两部分，公式为五-l;^,。u,+五i，目j ，其中M为存储器的bank(存储阵列)数目；而且静态功耗为其处于空闲状态的功耗，公式为《她<: ^却4,;动态功耗以读写和行激活，充电操作的功耗为主，公式为，《a《。&a+AC五nv，其中A^为读/写的次数(见文献Seong-II Park， Yongseok Yi, andIn-Cheol Park, High Performance Memory Mode Control for HDTV Decoders, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 49, No.4， pp.l34-1353， 2003.)。在当前的技术水平 下，基于Micron公司的SDRAM模型，视频解码过程中存储器部分消耗的能量占视频解码 系统能量的很大一部分(见文献 SDRAM System-Power Calculator ， http:〃www.micron.com/svstemcalc .)。因此减少对片外存储器的操作，可以减少系统的能耗 也能够降低视频解码所需要的存储带宽。解决上述问题主要从两个方面入手。 一方面是对存储器的管理机制进行优化，包括数 据在存储器中的组织方式，地址映射方式，存储器操作控制(减少行激活次数)等；另一方面 是减少存储的数据量，也就是对存储数据进行重压縮。基于块的编码标准中，对数据的操 作是以宏块MB(16X16)为单位的，所以解码过程中重建数据的写回和参考帧读取都是基于 宏块进行的。根据这个特点，此过程中对数据的压縮和存储方法也是基于宏块进行的。Hideo Ohim提出了一种非线性一维的差分编码方式对存储的参考帧图像进行压縮，以块为单位， 每个块都采用相同的压縮比(见文献Hideo Ohira, and Fumitoshi Karube， A Memory Reduction Approach for MPEG decoding System, IEICE Trans. On Fundamentals, Vol.E82-A, pp.1588-1591, Aug, 1999.)。 Lee则采用了一种改进后的Hadamard变换和哥伦布编码联合的 方法对每个块(8X8)的每行象素进行压縮，将其编码为32bit的段，即压縮到50%(见文献 T.Y. Lee, A New Frame-Recompression Algorithm and its Hardware Design for MPEG-2 Video Decoders, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol.13, No.6, June, 2003,pp.529-534.)。 Chen提出了一种自适应的存储方法，根据当前宏块的类型以及剩余的 存储空间决定此宏块是以重建数据、压縮数据还是运动向量的方式存储(见文献C.C. Chen, and O.T. Chen, Slice-Based Memory Reduction and Management for Storing Multiple Reference Frames of H.264 Video Codec, Proceedings of 2006 IEEE Region 10 Conference, 2006.)。这些 方法都能减少存储的数据量，但是其共同存在的问题是，对参考帧数据采用了有损压縮， 会降低图像的质量还会引起误码扩散问题；另外，处理中采用了不定长或者变换编码，当 遇到被参考的宏块需要跨越多个相邻宏块的情况时会增加需要读取的数据量，带来额外的 代价。在存储的优化管理方面也有很多研究成果。传统的存储方法(记为传统方法)是在存储器 中将图像的行列顺序和存储器的行列顺序对应，即图像同一行的数据存储在存储器存储空 间的同本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于块的ＭＰＥＧ视频解码的帧存储压缩和地址映射系统，其特征在于，含有：由熵解码电路、反变换和反量化电路、加法电路、运动补偿电路、主控制器、显示控制电路、重压缩电路、第１解压缩电路、第２解压缩电路、以及存储控制器组成的解码器，还有片外存储器和显示器，其中： 熵解码电路，输入是压缩比特流，输出是变换后的频域系数， 反变换和反量化电路，输入端与所述熵解码电路的输出端限量，再经过反变换和反量化后得到象素域数据输出，对于Ｉ帧中的每个宏块得到的是图像数据，先进行重压缩后再帧存储，对于前向预测帧Ｐ和双向预测帧Ｂ得到的是残差数据，则需要与所述运动补偿电路输出的参考帧相加后，再进行重压缩， 重压缩电路，是一块数字集成电路，以８×８的块为单位，按以下步骤进行重压缩处理： 步骤（１），按以下方法判断，从所述加法电路输出的数据按原数据存储，还是对数据进行压缩再存储： 若一个块中不同数据的个数大于１６，则按照原数据存储， 若一个块中不同数据的个数小于或等于１６，则对其压缩存储； 步骤（２），建立每个块的存储方式说明字段，含有： 存储方式，位于第０个比特，包含按原数据存储和压缩存储两种方式， 空位，位于第１个比特， 编码比特数，位于第２、第３两个比特，对应于１～４比特，共４种编码的方式， 字典元素个数，位于第４～７比特，对应１～１６共１６种字典元素个数的情况； 步骤（３），若按原数据存储，则在存储说明后即为原数据； 步骤（４），若压缩存储，则存储说明后为字典元素，每个字典元素用８个比特表示，字典元素的个数为步骤（２）中所述的字典元素个数所说明，字典元素后为压缩的数据，对于不同的字典元素个数，数据采用如下编码方式： １～２个字典元素，采用１比特， ３～４个字典元素，采用２比特， ５～８个字典元素，采用３比特， ９～１６个字典元素，采用４比特， 步骤（５），把步骤（３）或步骤（４）的结果送入所述存储控制器：在宏块中，按照从左到右、从上到下的顺序依次把８×８块的数据输入； 第１解压缩电路，是一个数字集成电路，数据输入端与所述存储控制器的输出端相连。该解压缩电路的数据输出端则和所述运动补偿电路的输入端相连，按以下步骤对所述存储控制器从片外存储器调出的压缩数据进行解压缩后，作为参考数据输入所述运动补偿电路， 步骤（１′），对于一个...
【技术特征摘要】
1. 基于块的MPEG视频解码的帧存储压缩和地址映射系统，其特征在于，含有由熵解码电路、反变换和反量化电路、加法电路、运动补偿电路、主控制器、显示控制电路、重压缩电路、第1解压缩电路、第2解压缩电路、以及存储控制器组成的解码器，还有片外存储器和显示器，其中熵解码电路，输入是压缩比特流，输出是变换后的频域系数，反变换和反量化电路，输入端与所述熵解码电路的输出端限量，再经过反变换和反量化后得到象素域数据输出，对于I帧中的每个宏块得到的是图像数据，先进行重压缩后再帧存储，对于前向预测帧P和双向预测帧B得到的是残差数据，则需要与所述运动补偿电路输出的参考帧相加后，再进行重压缩，重压缩电路，是一块数字集成电路，以8×8的块为单位，按以下步骤进行重压缩处理步骤(1)，按以下方法判断，从所述加法电路输出的数据按原数据存储，还是对数据进行压缩再存储若一个块中不同数据的个数大于16，则按照原数据存储，若一个块中不同数据的个数小于或等于16，则对其压缩存储；步骤(2)，建立每个块的存储方式说明字段，含有存储方式，位于第0个比特，包含按原数据存储和压缩存储两种方式，空位，位于第1个比特，编码比特数，位于第2、第3两个比特，对应于1～4比特，共4种编码的方式，字典元素个数，位于第4～7比特，对应1～16共16种字典元素个数的情况；步骤(3)，若按原数据存储，则在存储说明后即为原数据；步骤(4)，若压缩存储，则存储说明后为字典元素，每个字典元素用8个比特表示，字典元素的个数为步骤(2)中所述的字典元素个数所说明，字典元素后为压缩的数据，对于不同的字典...
【专利技术属性】
技术研发人员：高红莉，乔飞，杨华中，汪蕙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。