[发明专利]对数字编码视频信号进行译码的可变长度译码器

说明书

交叉参考

本申请要求在1998年5月18日申请的共同未决的临时申请No.60/085,797的申请日，其公开文本在这里作为参考。

发明领域

本发明涉及数字编码视频信号的译码，尤其涉及用于对已经用固定长度值和可变长度码编码的视频数据和控制信息进行译码的译码器。

发明背景

近年来视频信号的数字传输已经被更加广泛地使用，特别是用在消费者电子工业中。数字视频信号传输以及在数字通用盘(DVD)播放器和数字视频广播(DVB)机顶盒应用中的接收的使用方面的增长例如已经导致在图象的发射序列中的图象质量的提高以及更有效地控制视频信号在现有NTSC和PAL模拟传输系统上的存储、管理和显示的能力。在这些发展的促进下，由国际标准化组织(ISO)特许设立的行业主办的运动图象专家组(MPEG)具有用于数字视频压缩的特定格式，即用于编码视频位流的语法，该语法在两个标准、ISO-11172-2(MPEG-1)和ISO-13818-2(MPEG-2)中进行了定义。因此，在下面的讨论中，参考ISO-11172-2(MPEG-1)和ISO-13818-2(MPEG-2)，以便更详细地说明用于根据这些标准对视频信号进行数字编码的位流语法。因此，这些标准中的每一个在这里都全部作为参考。

由MPEG-1和-2标准定义的位流语法涉及位流中的三种一般类型的信息或数据，即定义位流所必须的控制信息、正确地解压缩和复制图象的发射序列的控制信息、以及编码视频数据。位流控制信息可以识别位流是被分组的视频或音频数据，或者例如识别出位流是一个用MPEG-1或-2标准编码的视频信号。图象控制信息例如可以包括帧水平和垂直尺寸、即每行的图象象素(pels)数以及每帧中的行数、帧频或场频、以及画面高宽比。如同下面将要详细说明的，编码视频数据表示重新生成每一帧或场所必须的DCT变换和量化的色度和亮度象素值。

MPEG-1和-2标准分别指定被设计为通过去除空间和时间冗余的方法来提高信息密度和编码效率的位流语法。将每个MPEG图象分成一系列宏块，该宏块由16×16个亮度象素(Y)或四个8×8变换块象素的2×2阵列组成。每个宏块进一步包括8×16个色度象素(U,V)或两个8×8象素块的1×2阵列。在编码过程中，通过采用对8×8象素块的离散余弦变换(DCT)编码、随后进行量化、之字形扫描以及运行零(运行长度)和幅度电平的可变长度编码来去除空间冗余。采用运动补偿预测来去除时间冗余。

对于视频，MPEG考虑内(I-)帧、预测(P-)帧和双向预测(B-)帧。I-帧是独立编码的，是三种帧类型中编码效率最低的。P-帧比I-帧的编码效率高，相对于前面编码的I-或P-帧进行编码。B-帧是三种帧类型中编码效率最高的，相对于前面和后面的I-或P-帧进行编码。在MPEG系统中的帧的编码顺序不必与帧的出现顺序相同。位流的首部提供由译码器用来正确地对帧的时间和序列译码以展示一个活动图象所用的信息。

用于对数字发送的视频位流进行译码的典型的视频译码器具有一个用于控制可变长度译码器(VLD)的微控制器或定序器，所述可变长度译码器被设计为对位流进行语法分析，以便采用MPEG可变长度代码表(VLC)对量化的DCT系数和运动矢量进行译码。反变换处理器用于将每块量化系数值变换成一个表示该块的反之字形的值流，并对这些值进行去量化。将去量化的DCT系数传送到执行反DCT变换操作的反离散余弦变换(IDCT)处理器，以恢复色度和亮度象素值。然后将这些值与译码后的运动矢量结合起来送到一个运动补偿(MC)处理器，执行MPEG解压缩，将I-、P-和B-帧变换成全视频帧。

在典型的用于执行依从MPEG语法的位流语法分析和译码的VLD结构中，将视频位流的预定数目的未译码位存储在一个或多个寄存器中。VLD从寄存器中提取出这些位中的较小数目的位，将最左边的位总是排列为VLD提取的第一位。VLD然后在一个MPEG VLC表中执行表查找，以便对可变长度编码的视频数据进行译码，并获得代码长度。在已经对提取出的位中的可变长度代码进行译码后，VLD在寄存器中的位上执行MASK/SHIFT/OR操作，以重新排列寄存器的最左边位置上的第一未用位。VLC表一般包含在一个或多个大约具有2ⁿ×m个存储单元的PALS或ROM中，其中“n”表示在每个VLC表中的最大可能可变代码长度，“m”表示唯一VLC表的数目。