9.1視頻編解碼器設計實例

9.2完全高清1080p片上數字電視系統(tǒng)

視頻編解碼器的設計與目標平臺、傳輸環(huán)境和用戶使用的環(huán)境相關。

1．視頻編解碼器的接口設計

圖9.1顯示了一個視頻編碼器和一個視頻解碼器的主要接口。

2．視頻輸入/輸出設計

作為編碼輸入和解碼輸出的未壓縮的視頻有很多種選擇。9.1視頻編解碼器設計實例圖9.1視頻編碼器和視頻解碼器接口

(1)?YUY2(4∶2∶2)：這種格式的數據結構如圖9.2所示。

(2)?YV12(4∶2∶0)(見圖9.3)：當前幀的亮度分量連續(xù)存儲，接下來是CR分量，再接著是CB分量。CR和CB分量在水平和垂直方向上的分辨率都只有亮度分量的一半。原始圖像中的每個彩色像素平均需要12比特(1個Y分量，1/4個CB分量，1/4個CR分量)，因此得名“YV12”。圖9.4顯示了一個按此格式存儲的幀，先是Y分量數據，接著是長寬各半的CB和CR分量數據。

圖9.2YUY2格式圖9.3YV12格式圖9.4YV12格式數據示例如圖9.5所示，讀取新的輸入圖像，讀取在運動估計和運動補償中作為參考的圖像，寫重構的圖像。這意味著編碼器的輸入端，對于ITU-R601的視頻流，內存帶寬至少需要3×216=648Mb/s。如果允許在運動估計和運動補償中采用兩個或兩個以上的參考幀(例如，在MPEG-2中的B幀編碼)，則需要更大的帶寬。圖9.5編碼器輸入的存儲存取

3．編碼數據的輸入/輸出設計

編碼后的視頻數據是描述了編碼視頻的各種語法元素(例如文件頭、變換后的相關系數和運動向量)的連續(xù)比特流。

圖9.6顯示了在采用H.263、MPEG-4編碼時一幀圖像中各塊組的位置，編碼單元(這種情況下就是塊組)對應當前幀的特定位置。但是由于編碼的內容不一樣，每個編碼單元編碼所用的位數不同，結果導致形成大小不等的編碼單元(塊組)，如圖9.6所示。圖9.6在一幀中的GOB位置與變長編碼單元另一種可選方式是采用變長的條帶(例如H.263中的條帶結構和MPEG-4中的視頻包)。圖9.7顯示了當前幀中宏塊數目不同的條帶，以保證在編碼時各條帶編碼后的總比特數

相近。圖9.7在一幅畫面中的條帶邊界與固定大小的編碼單元

4．控制參數設計

下面列出了一些重要的控制參數，但視頻編解碼器的應用程序接口(API)可能沒有提供這些參數的全部接口。

1)編碼器

2)解碼器3)狀態(tài)參數設計

5．基于軟件的編解碼器的設計

1)設計目標

2)規(guī)范和分割

圖9.9顯示了基于塊/宏塊的幀間編碼(如MEPG-l，MEPG-2，MPEG-4或H.263)簡化了的流程圖，圖9.10顯示了相應的解碼器流程圖。

圖9.8在視頻CODEC軟件中幀大小與幀速率之間的均衡圖9.9軟件實現的編碼器流程圖

圖9.10軟件實現的解碼器流程圖有些步驟的順序已經被標準規(guī)定好了，如宏塊的頭信息一般會包含CBP系數，來表明當前宏塊中的各子塊是否存在編碼后的DCT系數，所以對宏塊頭進行VLC編碼前必須先進行DCT變換和量化。

解碼端的情況也類似，如圖9.11所示。圖9.11編碼器與解碼器之間的互操作點

3)設計功能模塊

4)改進性能

5)測試

為了幫助調試，提供一種跟蹤模式是很有必要的，在這種模式下，主要函數的數據都會記錄到一個文本文件中。

6．基于硬件的編解碼器的設計

一個專用的硬件設計過程與軟件不同，盡管很多設計的目標與軟件編解碼器相同。

1)設計目標

2)示例

3)規(guī)范和分割

與圖9.9和圖9.10列出的各項操作一樣，硬件編解碼器也要進行同樣的操作。圖9.12顯示了采用普通總線的解碼器的例子。圖9.12公共總線結構這種結構具有一定的靈活性和適應性，但是性能會受到總線上傳輸的數據和單個處理單元工作時序的影響。圖9.13是顯示流水線結構的例子，由于各處理單元流水線的獨立工作，可以提高編解碼器的性能。但是，在支持不同的編碼標準或需要確定不同的編碼模式時，這種結構需要重新設計。

4)設計功能模塊

功能模塊的設計取決于設計的目標(例如小尺寸、小功耗及高性能)，在某種程度上也取決于編碼器結構。圖9.13流水線結構的編碼器方案

7．測試

硬件編解碼器的測試和驗證可能是一個很復雜的過程，因為只有在得到硬件的原型后，才能用真正的視頻流進行測試。

1．系統(tǒng)主要特征

2．優(yōu)點

3．外部連接框圖

完全高清數字電視的結構由三大部分組成：接收部分、信號解碼處理部分以及標準顯示輸出模塊。其中電路部分的外圍連接線路框圖如圖9.14所示。9.2完全高清1080p片上數字電視系統(tǒng)圖9.14高清數字電視的外圍連接線路圖

4．內部結構框圖

高清數字電視的內部結構框圖見圖9.15。

5．數字化高清電視接收機

(1)數字化高清電視接收機