《電視原理》課件第9章

9.1視頻編解碼器設(shè)計(jì)實(shí)例

9.2完全高清1080p片上數(shù)字電視系統(tǒng)

視頻編解碼器的設(shè)計(jì)與目標(biāo)平臺、傳輸環(huán)境和用戶使用的環(huán)境相關(guān)。

1．視頻編解碼器的接口設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)實(shí)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖9.2所示。

(2)?YV12(4∶2∶0)(見圖9.3)：當(dāng)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(shù)據(jù)，接著是長寬各半的CB和CR分量數(shù)據(jù)。

圖9.2YUY2格式圖9.3YV12格式圖9.4YV12格式數(shù)據(jù)示例如圖9.5所示，讀取新的輸入圖像，讀取在運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)償中作為參考的圖像，寫重構(gòu)的圖像。這意味著編碼器的輸入端，對于ITU-R601的視頻流，內(nèi)存帶寬至少需要3×216=648Mb/s。如果允許在運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)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(shù)據(jù)的輸入/輸出設(shè)計(jì)

編碼后的視頻數(shù)據(jù)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(guān)系數(shù)和運(yùn)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(yīng)當(dāng)前幀的特定位置。但是由于編碼的內(nèi)容不一樣，每個編碼單元編碼所用的位數(shù)不同，結(jié)果導(dǎo)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(jié)構(gòu)和MPEG-4中的視頻包)。圖9.7顯示了當(dāng)前幀中宏塊數(shù)目不同的條帶，以保證在編碼時各條帶編碼后的總比特?cái)?shù)

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(shù)設(shè)計(jì)

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

1)編碼器

2)解碼器3)狀態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)

5．基于軟件的編解碼器的設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)目標(biāo)

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(yīng)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(shí)現(xiàn)的編碼器流程圖

圖9.10軟件實(shí)現(xiàn)的解碼器流程圖有些步驟的順序已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定好了，如宏塊的頭信息一般會包含CBP系數(shù)，來表明當(dāng)前宏塊中的各子塊是否存在編碼后的DCT系數(shù)，所以對宏塊頭進(jìn)行VLC編碼前必須先進(jìn)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(diǎn)

3)設(shè)計(jì)功能模塊

4)改進(jìn)性能

5)測試

為了幫助調(diào)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(shù)的數(shù)據(jù)都會記錄到一個文本文件中。

6．基于硬件的編解碼器的設(shè)計(jì)

一個專用的硬件設(shè)計(jì)過程與軟件不同，盡管很多設(shè)計(jì)的目標(biāo)與軟件編解碼器相同。

1)設(shè)計(jì)目標(biāo)

2)示例

3)規(guī)范和分割

與圖9.9和圖9.10列出的各項(xiàng)操作一樣，硬件編解碼器也要進(jìn)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(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)具有一定的靈活性和適應(yīng)性，但是性能會受到總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和單個處理單元工作時序的影響。圖9.13是顯示流水線結(jié)構(gòu)的例子，由于各處理單元流水線的獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)或需要確定不同的編碼模式時，這種結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)。

4)設(shè)計(jì)功能模塊

功能模塊的設(shè)計(jì)取決于設(shè)計(jì)的目標(biāo)(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(jié)構(gòu)。圖9.13流水線結(jié)構(gòu)的編碼器方案

7．測試

硬件編解碼器的測試和驗(yàn)證可能是一個很復(fù)雜的過程，因?yàn)橹挥性诘玫接布脑秃?，才能用真正的視頻流進(jìn)行測試。

1．系統(tǒng)主要特征

2．優(yōu)點(diǎn)

3．外部連接框圖

完全高清數(shù)字電視的結(jié)構(gòu)由三大部分組成：接收部分、信號解碼處理部分以及標(biāo)準(zhǔn)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(shù)字電視系統(tǒng)圖9.14高清數(shù)字電視的外圍連接線路圖

4．內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

高清數(shù)字電視的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見圖9.15。

5．?dāng)?shù)字化高清電視接收機(jī)

(1)數(shù)字化高清電視接收機(jī)