CN1158540A - 用于高速重放的视频数据解码方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种在对以MPEG标准编码的数字视频数据解码和高速重放时用于既进行高速重放又能实现自然画面的视频数据解码方法及装置。该方法包括限定MPEG视频数据层次结构中图象层内用户数据内的图象尺寸信息、通过该信息在高速重放时对跳过图象以限定的尺寸跳过、对其他图象解码并重放。该装置包括控制用微处理器、存贮输入视频数据的缓冲存贮器、可变长度解码器、逆量化器、逆离散余弦变换器、运动补偿单元、帧存贮器及切换单元。

Description

用于高速重放的视频数据 解码方法及其装置

本发明涉及对在以MPEP标准编码的记录媒体上记录的数字视频数据进行解码和重放的系统，更具体说，涉及一种视频数据的解码方法及其装置，用于通过用图象内的用户数据记录下高速重放时跳过的图象的图象尺寸信息和高速重放时用该图象尺寸的信息采用跳越这样的方法来达到既缩短重放时间又实现自然画面的高速重放的目的。

近年来，为了获得优质的视频和音频，提出了数字处理视频信号及音频信号的新技术。在视频信号方面，正在提高以CD、DAT、HDD、光盘等媒体存贮信息和通过电话线、ISDN、ATM、通信卫星或卫星广播线路传送信息的必要性。因此，采纳了作为压缩复原数字视频数据国际标准的MPEG。根据MPEG提出的数字视频数据的压缩算法基本上由离散余弦变换(DCT)、量化、可变长度编码、然后运动补偿等组成。

按照MPEG的规范，包括在压缩传送的比特序列(即位流)中的信息共配置有六层结构，如图1所示。

图1表示MPEG视频数据的层次结构。最上层是视频序列层，往下是随机存取视频数据用的GOP(图象组)层，其下是以I(帧内编码)-、P(预测编码)-、B(双向预测编码)-图象之一编码的图象层。其中，视频序列层由序列头sequence-header、一个以上的GOP和序列结束码构成。一般说，在视频数据是电影的情况下，一个视频序列组成一部整体的电影或者由大体按内容梗概区分的多个视频序列来构成一部电影。另一方面，为了在各个图象发生差错时不在某种程度以上传播其影响，图象由独立地对压缩进行各种必要处理的片层组成，而各片层又由运动补偿基本单位的宏块层组成。宏块再由限定在离散余弦变换基本单位的8象素(水平方向)×8象素(垂直方向)的块内的块层组成。

以上述层次结构配置的记录或传送的编码视频数据通过图2所示的过程来解码而再现原来的图象。

图2是用于说明MPEG视频数据解码方法的流程图。

首先，对位于比特序列中视频序列最前面的序列头进行判读而获得必需的图象尺寸、图象速度等信息(步骤101)。然后，开始对构成视频序列层的一个或数个GOP单元解码。为了对GOP单元解码，首先判读GOP头GOP-header(步骤102)，再对构成该GOP的一个以上的图象数据解码(步骤103)。在对I图象、P图象、B图象中的一个图象解码之后，确认下一数据是否为图象起始码Pictures-start-code(步骤104)。如果下一数据是图象起始码Pictures-start-code，则返回步骤103对后续该图象起始Pictures-start-code的图象数据解码。在步骤104，如果下一数据不是图象起始码Pictures-start-code，则确认下一数据是否为组起始码group-start-code(步骤105)。如果下一数据是组起始码group-start-code，则返回步骤102重复进行对GOP单元的解码。在步骤105，如果下一数据不是组起始码group-start-code，则检查它是否为序列头码sequence-header-code(步骤106)。检查结果(步骤106)，如果下一数据是序列头码sequence-header-code，则返回步骤101从序列头sequence-header的判读起重复以上的操作。检查结果(步骤106)，如果下一数据不是序列头码sequence-header-code，则由于应该发生表示序列终了的序列结束码sequence-end-code，在确认就是该码(步骤107)之后结束解码。

在上述的图2步骤103，被解码的图象由如图3所示的I图象、P图象、B图象组成。图3是表示NTSC制式的MPEG视频数据的图象层结构的图。如图所示，在1秒钟内构成30帧图象，即构成I图象2帧，P图象8帧，B图象20。在I图象编码的场合，只用I图象自身的信息来再次构成图象，不取差分地按原样经过DCT进行编码。这种图象虽然编码率低下，但是有可能到处进入地作随机存取和高速重放。P图象是成为取差分的基准的图象，它在输入处使用在时间上位于前面的已经编码的I图象或P图象。其中，对与经过运动补偿的预测图象之差编码或者不取差分就编码，被选择作为高效率的宏块单元。B图象采用以下三种图象作为预测图象：在时间上位于前面的已经解码的I图象或P图象，在时间上位于后面的已经解码的I图象或P图象，以及用这两种图象作出的插值图象。选择这三种运动补偿后的差分编码以及帧内编码中效率最高的那一种编码作为宏块单元。

使用这种图象在VCR(盒式录象机)高速重放的场合下，一般只用I图象。这是因为由于I图象独立地进行了编码，下一个图象即使不予解码也是可能的。但是，在只用I图象作高速重放时，在NTSC制式的情况下，由于在1秒左右的时间里只表示相当于2帧画面的数据，所以不能实现自然的画面，只能识别比静止图象快一些的重放。此外，如果重放数据是电影场合的高速重放，也存在缺少画面与画面的关连性而难以掌握其内容梗概的问题。

另一方面，在为解决上述问题而不仅采用I图象也采用P图象时，由于虽然一一读出位于P图象与P图象或I图象与P图象之间的B图象数据可是又应该进行跳越，所以需要长时间用于解码和重放而实际上不能高速重放，这就有了高速重放时间与正常重放时间大致相似的问题。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种视频数据的解码方法，用于做到在图象内记录图象尺寸信息和以限定的尺寸跳过图象数据这样的高速重放，以便减少高速重放时消耗的时间却又能实现自然的画面。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述高速重放的视频数据解码方法的装置。

为了达到上述目的，用于本发明高速重放的视频数据解码方法，在对以可变比特率编码的图象数据解码和重放的方法方面，包含五个阶段，即，判读位于上述图象数据最前面的顶端数据及判断在高速重放时是解码和重放的图象数据还是不解码和跳过的图象数据的第一阶段，判断现在的重放方式是高速重放方式还是正常重放方式的第二阶段，如果在上述第二阶段判断是正常重放方式则对输入的图象数据解码和重放的第三阶段，如果在上述第二阶段判断是高速重放方式并且在上述第一阶段判断是解码和重放的图象数据则对输入的图象数据解码和重放的第四阶段，以及如果在上述第二阶段判断是高速重放方式并且在上述第一阶段判断输入的图象数据是不解码和跳过的图象数据则按照已经限定的图象尺寸信息不解码和跳过该数据尺寸的图象数据的第五阶段。

为了达到本发明的另一个目的，用于本发明高速重放的视频数据解码装置，对按照MPEG标准记录在编码记录媒体上的数字视频数据解码和重放的装置，包含：判读输入MPEG视频数据、判断高速重放时的图象单元数据是解码的图象数据还是跳过的图象数据、对解码的图象数据进行解码、对跳过的图象数据用已经限定的图象尺寸信息不解码而跳过等控制用的微处理器单元，存贮输入视频数据的缓冲存贮器，以及对根据上述微处理器单元的控制从上述缓冲存贮器读取的视频数据进行解码的解码设备。

图1是表示MPEG视频数据层次结构的图。

图2是用于说明MPEG视频数据解码方法的流程图。

图3是表示MPEG视频数据图象层结构的图。

图4是表示按照本发明最佳实施例用于高速重放的视频数据解码装置的组成图。

图5是用于说明在图4装置进行高速重放用的视频数据解码方法的流程图。

下面根据附图对本发明的最佳实施例作详细说明。

图4是表示本发明高速重放用的视频数据解码装置的组成图。如图所示，本发明的解码装置是这样构成的，它包括：为了进行编码的逆过程而对编码的信息解码的具有可变长度解码器31、逆量化器33、逆离散余弦变换器(IDCT)35等的一般解码设备30，对输入的MPEG视频数据判读及配合重放方式控制各组成全部动作的微处理器单元(MPU)10，用于暂存输入MPEG视频数据并将存贮的视频数据输出到解码装置30的缓冲存贮器20，对已解码数据作运动补偿的运动补偿单元40，存贮运动补偿后的图象单元数据的帧存贮器50，以及将从帧存贮器50读取的图象单元数据输出到运动补偿单元40或显示单元的切换单元60。

下面根据图5对如此构成的用于本发明高速重放的视频数据解码装置作进一步具体的说明。

图5是用于说明在图4装置高速重放用的视频数据解码方法的流程图。

首先，在图象内有以表示用户数据开始的控制码user-data-start-code开始的用户数据user-data，此用户数据user-data已定义可在MPEG场合使用，但是由于未曾确定其具体的使用方法，实际上并没有使用。因此，在本发明中指定用户数据user-data的形式如下。

user-data{

user-data-start-code

user-data-id

picture-size

}

上述的用户数据形式原封不动地用表示以MPEG定义的用户数据开始的控制码user-data-start-code来在基于MPEG的解码器中识别用户数据user-data的开始。然后，设定用户数据ID(user-data-id)来识别用户数据的种类(如：图象尺寸)，设定图象尺寸picture-size项目来限定符合条件的图象的编码后尺寸。在MPEG视频数据方面，因为I图象、P图象、B图象都是可变长度编码的，所以图象的编码后尺寸随着图象的复杂度、亮度、与前后图象的相关关系而可有极大的变化。因此，即使为了找出下一图象的起始点而一一读出全部数据并与图象起始码picture-start-code比较但未找出，如果使用上述在用户数据user-data内限定的图象尺寸picture-size，就能知道图象的编码后尺寸而提前移动到紧接在后面的图象的起始点。所以本发明在高速重放时用如上所述的限定的图象尺寸picture-size就能跳过图象数据。

图4的微处理器单元10通过如图5那样地判读位于从输入比特序列来的视频序列最前面的序列头sequence-header而得到图象尺寸、图象速度等必要的信息(步骤201)之后，开始对GOP单元解码。为了对GOP单元解码，首先判读GOP头GOP-header(步骤202)，和判读与构成GOP的图象有关的数据。与图象数据有关的判断首先是判读图象头(步骤203)，找出图象的种类。以后，判断当前的重放方式是否为高速重放方式(步骤204)。如果不是高速重放方式就对当前的图象数据解码(步骤206)。如果当前重放方式是高速重放方式则微处理器单元10判断当前图象的种类是否为高速重放时跳过的图象(步骤205)。高速重放时只用I图象的场合，P图象和B图象成为跳过的图象；使用I图象和P图象的场合，B图象成为跳过的图象。如果当前图象不是跳过的图象，微处理器单元10就对其图象数据解码(步骤206)，如果是跳过的图象，则微处理器单元10通过判读图象内用户数据user-data领域内的用户数据ID来检查是否限定了在用户数据领域内的图象尺寸picture-size(步骤207)。即，微处理器单元10在确认表示在图象内的用户数据user-data中有图象尺寸picture-size信息的用户数据ID(user-data-id)之后，如果有图象尺寸信息，则跳过图象尺寸picture-size那样大小的数据尺寸(步骤208)，在没有图象尺寸picture-size信息的场合，则一一读出全部数据，同时进行跳越，直到检索到下一图象的起始码picture-start-code(步骤209)。

在步骤206的图象数据解码动作如果通过图4作进一步详细说明，则首先将比特序列形态的MPEG视频数据存贮在缓冲存贮器20中。在解码设备30的可变长度解码器31中，通过可变长度编码的逆过程对存贮在缓冲存贮器20中的MPEG视频数据解码。从可变长度解码器31输出的数据以块为单位重新排列之后在逆量化器33中逆量化，然后在逆离散余弦变换器35中逆变换。

此外，如果在图象数据内有关于运动补偿的信息(即运动向量)的话，则将该运动向量供给运动补偿单元40，运动补偿单元40从存贮在帧存贮器50中的图象单元数据读出响应运动向量的块并进行运动补偿之后，将逆变后的数据和补偿后的块数据相加，然后存贮到帧存贮器50中。这时，切换单元60按照微处理器单元10的控制将存贮在帧存贮器50中的图象数据输出至运动补偿单元40或输出至显示器单元以显示画面。

再有，在图5中上述的图象单元的解码结束(步骤206)、或者以图象尺寸picture-size跳过(步骤208)、或者检索下一个起始码(步骤209)时，就检查下一数据是否为图象起始码picture-start-code(步骤210)。如果下一数据是图象起始码picture-start-code，则微处理器单元10返回步骤203重复进行判读图象头picture-header并找出图象种类。如果下一数据不是图象起始码picture-start-code，则由于结束了对一个GOP的解码，就确认下一数据是否为组起始码(group-start-code)(步骤211)。如果下一数据是组起始码group-start-code，则微处理器单元10返回步骤202继续对下一GOP解码。另一方面，如果下一数据不是组起始码，由于有下一数据是序列头sequence-header的情况，所以检查该数据(步骤212)。检查结果(步骤212)，如果下一数据是序列头sequence-header，就返回步骤201从判读序列头sequence-header起进行重复操作。检查结果(步骤212)，如果下一数据不是序列头sequence-header，则由于应该出现序列结束码sequence-end-code而确认该序列结束码(步骤213)，确认在数据的解码过程中没有异常而结束解码。

如上所述，本发明与用于高速重放的视频数据解码方法及其装置有关，它在MPEG视频数据层次结构中图象层的各图象内限定图象尺寸信息而知道以可变化比特率编码的图象尺寸，高速重放时通过这个信息进行跳越，即使不对与跳越的图象有关的数据一一确认也能迅速地跳到下一图象的起始点并能实现自然的高速重放画面。

Claims (9)

1、一种用于高速重放的视频数据解码装置，所述装置对以MPEG标准编码的记录媒体上记录的数字视频数据进行解码和重放，其特征在于该装置包括：

控制以下各种操作的微处理器单元：判读输入的MPEG视频数据，高速重放时判断图象单元数据是解码的图象数据还是跳过的图象数据，对解码的图象数据解码，对跳过的图象数据用限定的图象尺寸不解码而跳过；

存贮输入视频数据的缓冲存贮器；以及

根据所述微处理器单元的控制对从所述缓冲存贮器读取的数据解码的解码设备。

2、如权利要求1所述的用于高速重放的视频数据解码装置，其特征在于所述微处理器单元控制以下操作：正常重放时对输入MPEG视频数据的各个图象数据解码；高速重放时对跳过的图象数据按照所述图象尺寸信息的大小加以跳过，而只对不是跳过图象的图象数据给予解码。

3、如权利要求1所述的用于高速重放的视频数据解码装置，其特征在于所述解码设备包括：

对从所述缓冲存贮器施加的视频数据进行可变长度解码的可变长度解码器；以及

对所述可变长度解码器解码后的视频数据进行逆量化和逆离散余弦变换的逆量化器和逆离散余弦变换器。

4、如权利要求3所述的用于高速重放的视频数据解码装置，其特征在于所述解码设备还包括运动补偿设备，用于在由所述微处理器单元判断输入的视频数据内含有运动向量时响应所述运动向量对解码后的视频数据进行运动补偿。

5、如权利要求4所述的用于高速重放的视频数据解码装置，其特征在于所述运动补偿设备包括：

存贮已解码的视频数据的帧存贮器；

运动补偿单元，用于对存贮在所述帧存贮器中响应运动向量的数据进行补偿然后加到所述的已解码数据上再输出到所述帧存贮器中；以及

将所述帧存贮器的输出输出到所述运动补偿单元或输出以显示画面的切换单元。

6、一种用于高速重放的视频数据解码方法，对以可变比特率编码的图象数据解码和重放，其特征在于所述方法包括：

判读位于所述图象数据最前面的顶端数据、高速重放时判断是解码和重放的图象数据还是不解码并跳过的图象数据的第一阶段；

判断当前重放方式是高速重放方式还是正常重放方式的第二阶段；

如果在所述第二阶段判断是正常重放方式则对输入的图象数据解码和重放的第三阶段；

如果在所述第二阶段判断是高速重放方式并且在所述第一阶段判断输入的图象数据是解码和重放的图象数据则对输入的图象数据解码和重放的第四阶段；以及

如果在所述第二阶段判断是高速重放方式并且在所述第一阶段判断输入的图象数据是不解码并跳过的图象数据则按照已经限定的图象尺寸信息不解码并跳过该数据尺寸的图象数据的第五阶段。

7、如权利要求6所述的用于高速重放的视频数据解码方法，其特征在于所述图象尺寸信息使用MPEG的数据结构的场合，通过用户数据ID来表示在图象数据内的用户数据领域内限定的图象尺寸信息的存在。

8、如权利要求7所述的用于高速重放的视频数据解码方法，其特征在于如果所述第五阶段在输入的跳过图象数据内的用户数据领域内没有限定图象尺寸信息，则一边一一读取数据一边进行跳越直到有规定数据结构的起始码输入。

9、如权利要求7所述的用于高速重放的视频数据解码方法，其特征在于所述第一阶段依次判读构成顶端数据的视频序列头、相继于序列头排列的GOP头、相继于GOP头排列的图象头。

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