专利名称：对编码视频信号进行译码的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码的方法，每一个宏数据块都包括多个亮度数据块和多个色度数据块，所述编码视频信号是以数字信号的形式被发送和/或存贮的。根据所述的图象是否是在未参考所述顺序中的其它图象的情况下被进行编码或是由所述多个宏数据块组成的，所述的数字信号重新组合用来规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与I、P或B类的顺序图象相对应，所述图象的大部分是借助在I或P图象的基础上的单向运动补偿或宏数据块进行预测的，并且，大部分图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的，所述方法顺序地包括对所述编码视频信号进行译码的步骤；存贮随后将被译码的信号的步骤以及以所述块频率显示所述信号的步骤。
本发明还涉及到用于执行本发明所述方法的一个译码系统以及包括这种译码系统的视频接收设备。本发明被用于一般清晰度和高清晰度数字电视领域，特别是应用于所述的电视信号和MPEG标准相互兼容的块合，所述的MPEG标准将在后面加以描述。
最近几年来，国际标准化组织ISO已经开发了多种用于压缩数字数据的不同算法，特别是所述的MPEG标准(是根据工作于＂运动图象专家组＂的专家组命名的)。这个算法基于两种技术其一是要被压缩的信号的变换，利用这种技术，可以减少一个图象之内的空间冗余，其二是图象间运动的补偿，利用这种技术，可以减少这些图象之间的时间冗余。
运动补偿是一种把已经利用表示在连续图象内运动的数据进行编码的图象组合起来的技术。当所述图象被细分成多个数据块时，所述的编码器在在前图象中检索那些在编码期间与这些数据最接近的数据，然后，借助于表示空间位移、即在这个在前图象和所述当前图象之间运动的一个矢量来表示这些数据之间的这一位移。随后将要被选择的数据的数据块用作当前数据的数据块预测。所述编码是在借助于在这个在前选择的数据块和所述当前数据块之间的差进行计算而获得的余量预测误差的基础上进行的。在译码的基础上，利用逆处理去恢复所述最初的图象。在所述的MPEG标准中，每个由16×16个象素、更精确的说是每个由利用两个8×8个象素的色度数据块完成的4个8×8个象素的亮度数据块所组成的宏数据块都要执行所述的运动补偿。
规定了三种图象为＂内图象＂的I类图象，这类图象的编码不需要参考任何其它在前图象(并且随后提供对编码图象顺序的随机存取)，P类图象是通过根据I类或P类在前图象进行运动补偿而进行预测的，而B类图象是通过双向运动补偿(即根据是I类或P类图象的在前图象和在后图象)进行预测(或插入的)。为了允许这种插入或双向预测，所述图象以不同于它们被连续显示时的顺序进行发送，从而使所述在前和在后的图象二者都可以能够按照被的插入的顺序而获得。
在美国专利5,294,974(在
图1中)示出了一种编码器的结构，这种编码器适用于提供其语法符合于所述MPEG标准的数字数据的数据流。在这种编码器中，在所述原始图象移位之后所获得的所述亮度和色度信号被转移成多个数据块(在这个格式转换之后，所述顺序的每个图象此后被表示为8×8象素数据块的一个顺序，每个象素本身被表示为一个8位的数字字，且如前所述的多个数据块被重组成宏数据块)。在每个当前宏数据块和通过在一个在前参考图象之内检索类似宏数据块所获得的一个预测宏数据块之间的运动估计提供了为每一个宏数据块规定编码模式的可能性。所述I图象的每一个宏数据块根据所述的＂内＂模式进行编码。对于P类图象，其编码模式为单向预测模式，或对于某些宏数据块而言是所述的＂内＂模式。对于B类图象，其编码模式为双向预测模式，但对于某些宏数据块也可以是单向预测模式(在前或在后)，甚至是所述的＂内＂模式。对除了所述＂内＂模式以外的其它模式而言，从所述当前宏数据块中减去所述预测宏数据块，并且仅对剩余的宏数据块进行编码。
(在通过例如表示为DCT的所述数据块的离散余弦变换)将所述的空间域变换成所述频率域并量化以后，在一个变长编码电路中对所述的＂内＂宏数据块或所述的剩余宏数据块(取决于所述的模式)进行编码。然后，被编码的信号被存贮起来以构成编码数据的数据流，同时被解量化，并借助于在前一个的逆正交变换进行变换，以构成所述的预测宏数据块，在除所述＂内＂模式以外的其它模式下，所构成的预测宏数据块与所述当前宏数据块进行比较。
在由国际标准化组织编码的各种文献中，特别是在其周期性编码的介绍中都描述了与所述标准相符合的所述编码数据流的语法以及对这种数据流进行译码的方法(但不是仅与这种语法及译码方法兼容的译码方法)。另外，在文献ISCAS 94，伦敦，94年5月第3.22章＂MPEG译码器的VLSI的实现＂一文中示出了适用于对所述MPEG数据进行译码的译码器。
下面参考图1来描述在后一个文献中所描述的所述译码器的一般结构。输出信号是多个将被显示的象素的译码部件10接收已经被发送和/或存贮的编码信号，该译码部件10通过总线30连接到存贮部件20上。所述的译码部件10包括译码装置11和显示装置12。由所述译码装置11提供的译码后信号被以具有CCIR格式601 4∶2∶0的16×16个象素的宏数据块的形式存贮在存贮部件20之中。随后，被存贮的所述宏数据块被提供给所述显示装置12，该显示装置12保证它们的转换，以使其适应所需的输出格式，即交错模式4∶2∶2(一个交错图象是由两个在时间上位移一个图象的一半、在空间上位移一行的奇数块和偶数块组成的，所述奇数块重组所述的奇数行并首先被显示，所述偶数块重组所述的偶数行)。
图2示出了所述译码装置的操作，其操作特性符合MPEG标准。构成所述MPEG数据流的编码信号首先被存贮在缓冲器110之中。所述图象的所有顺序和组标题都被读入这个存贮器。然后，识别每个编码图象的开始以及图象的类型，并在变长译码电路120中对每个宏数据块执行连续译码。随后，每个译码数据的数据块(或宏数据块)被逆量化和逆变换，以便从所述频域变换到所述空间域(这里，是在逆量化和逆离散余弦变换电路130和140中执行的)。运动补偿电路150接收所述运动矢量和表示每个宏数据块类型(＂内＂或剩余，取决于编码模式)的多个信号，然后提供所述预测宏数据块，在加法器160(用于除＂内＂模式以外的模式)中，所述预测宏数据块被加到译码后的信号上，所述加法器160的输出提供将被显示的重新构成信号，以用于再现所述的图象。若这些图象是I类或P类图象，它们也要被存贮起来，直到它们成为构成所述图象必不可少的基准图象为止。在显示之前，重新存贮这些图象I、P和B的自然顺序。
在所述625行/50Hz发送系统中，大多数MPEG译码器使用一个近似16兆位(1兆位＝220位)的外部存贮器，其用于720×576个象素的图象规模的容量分配如下(a)输入缓存器110约2.5兆位(根据所述的MPEG规定，该存贮器具有1.85兆位的容量就足够了，但实际表明它需要约600千位的容量)；(b)用于存贮在前和在后参考图象的存贮器，(如所解释的，这两个图象对于所述B类图象宏数据块的双向插入是必要的，所需的存贮容量为720×576×8×1.5＝每个图象5兆位，即10兆位)；(c)用于每个B类图象的存贮器约3.8兆位。
这样，所达到的最小容量为16.3兆位，对于一个其规模为16.8兆位(224＝16.8.106)的外部存贮器而言，这使得只有500千位可作它用。
这个限制涉及到与存贮器存取相关的带宽，在下面的描述中简称之为速率或存贮器带宽，并且它表示了在所述译码部件10和存贮部件20之间的通信速率。从一个宏数据块到另一个宏数据块的一般存贮器带宽的值不是一个常数根据所述＂内＂模式编码的宏数据块使用较低的值而通过利用被确定为一个象素一半的运动矢量进行双向插入而预测的宏数据块则需要较高的值。在部件10和20之间进行通信的这个速率可以在大约400到700兆位/秒的范围之内变化。如已解释的，用于所述存贮部件20的所述外部存贮器是一个工作于54MHz的16兆位的存贮器(这里是一个同步动态随机存取存贮器SDRAM)，在所述54MHz频率下，所述存贮器带宽为864兆位/秒，而这恰好超出了前述范围。
这样就出现了一个问题，即当执行对在这里所处理的视频信号进行译码的带宽基本上被完全使用了。因此，就不可能在执行这个方法的同时，执行任何辅助操作。而在不远的将来，通过增加功能的集成度将允许执行例如远程电文、图形处理，屏幕显示等操作，这种限制阻碍了它们在实际中的应用。
本发明的第一个目的就是要提供一种用于对与所述MPEG标准兼容的编码信号进行译码并能避免上述限制的方法，这种方法提供执行上述附助操作的可能性。
为达到此目的，本发明涉及到在开始段落中所描述的编码方法，其特征在于对于涉及到B类每个宏数据块的亮度的信号，所述的译码和显示步骤被细分成用于对与每个块相对应的信号进行译码的两个子步骤和用于显示每个块的两个子步骤，并且，用于对一个块进行译码的每个子步骤就在用于显示所述块的每个子步骤之前，同时，就所述B类宏数据块的飞程译码而言，在所述存贮步骤期间没有任何缓冲存贮地以相同的速率执行用于译码一个块的每个子步骤。
利用随后所建议的方法，只有当所述B类宏数据块的所述亮度信息分量必须被得到以用于显示的瞬间，才对其进行译码，这表明不需要对它们进行存贮，从而节省了存贮器的空间。
在随后所建议的动态译码的一种修改中，这种方法的特征在于对于涉及到B类每个宏数据块的亮度的信号而言，所述的译码步骤被细分成两个译码子步骤第一子步骤用于以所述的帧频率对与所述宏数据块相关的规定信号进行译码；第二子步骤用于以所述的块频率对所述数据块的有用信号进行译码。就所述B类宏数据块的飞程译码而言，就在所述用于显示所述B类宏数据块的步骤之前的第二译码子步骤是以相同的速率没有对有用信号进行任何缓冲存储的情况下加以执行的。
在所述首先建议的方案中，由于所述的译码操作对于每个宏数据块将连续两次完成，所以，这个译码操作可按照较高的频率加以实现，而修改后的方案是把这种译码操作分成两个连续的操作第一个操作涉及到了用于规定所述宏数据块的信号，并且是以正常速率执行的，第二操作仅涉及到了所述的有用信号，并且是以等于所述显示速度的较高速率加以执行的，从而使得译码后的信号可以不经任何缓冲存贮地直接加以显示。这种修改后的方案提供了一个极大的改进。由于所述的第一译码子步骤仅涉及到了用于规定所述宏数据块的信号，所以它要比在惯常结构的MPEG译码器中所执行的译码方法简单。加之由于这样的事实，即使用很小的辅助存贮区，所述的规定信号事先已经被译码和存贮，特别是由于在执行所述的第二译码子步骤之前已知了所述标题和宏数据块的长度，所以，可以借助于并行执行以极高的速率对所述的有用信号进行译码。所特别建议的解决方案还将所述的第二译码子步骤细分成两个用于对宏数据块的每一行进行变长译码的并行操作，以保证每个宏数块行的一半的并行译码。
这种方法另一修改的特征在于将所述的第二译码子步骤细分成两个用于对每个宏数据块行进行变长译码的并行操作，以保证每个数据块行一半的并行译码。这个所述第二子步骤的并行操作提供了加速所述译码处理的可能性。
所述的译码方法可以加以改善，其中，根据本发明的所述动态译码涉及到了色度和亮度信息成份。所述存贮器带宽的节省被进一步增加。
在上述的所有情况下，所建议方法的译码和显示步骤或子步骤特别适用于去处理MPEG编码视频信号。
每一个实现所述存贮器通常新的节省的补充改进都是在所述译码方法本身期间将所述宏数据块的格式转换成所述视频显示格式，并不使用所述的外部存贮器，或者其中通过将要被译码的信号从所述的空间域向所述的频率域变换所获得的系数数据块不是以发送顺序译码，而是以这样一个顺序进行译码，即在这个顺序中，至被连续显示的行是经过块来发送的。
本发明的另一个目的就是要提供一种译码系统，该系统适合于执行前述本发明任一修改中的译码方法。
为达此目的，本发明特别涉及对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块所产生的编码视频信号进行译码的系统，每个宏数据块包括亮度数据块和色度数据块，并以数字信号的形式被发送和存贮。所述的数据信号根据所述的图象是否是在没有参考所述顺序中其它图象的情况下被进行编码或是否是由多个数据块组成的来重新组合用于规定每个宏数据块的参数的信号以及与每一个宏数据块的每一个象素相关的所述有用信号，并分别与所述I，P或B类的顺序图象相对应，所述大部份图象是借助于I或P图象基础上的单向运动补偿进行预测的，或借助于多个宏数据块进行预测的，所述大部份图象是借助在I和/或P在前和在后图象的双向运动补偿而插入的。所述系统包括一个译码部件，该译码部件被连接到用于存贮随后将要通个一个总线被译码的信号并由一个译码装置和一个用于以块频率显示所述信号的装置组成的一个部件上，其特征在于为了对涉及到B类每个宏数据块的亮度、可能还涉及到色度的信号进行译码和显示，所述系统包括一个装置，用于将所述的两个操作细分成用于对与每个块相对应的信号进行译码的两个子步骤以及用于显示所述块的两个子步骤，每一个译码一个块的子步骤都恰好是在相应的显示所述块的子步骤之前执行，就所述B类宏数据块的飞程编码而言，使用了相同的速率并没有任何缓冲存贮。
根据另一个重要的实施例，本发明还涉及到一种系统，用于对由两个交错块组成的所述图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码，每一个宏数据块包括有亮度数据块和色度数据块，并且是以数字信号的形式被发送和存贮，所述的数字信号根据所述图象是否是在没有参考所述顺序中其它图象的情况下被进行编码的或者是否是由多个宏数据块组成的来重新组合用于规定每个宏数据块参考的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与所述I，P或B类的顺序图象相对应，大部份图象是借助于在I或P类图象的基础上的单向运动补偿进行预测的，且大部份图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的。所述的系统包括一个译码部件，该译码部件被连接到用于存贮随后将要通过一个总线被译码的信号并由一个用于译码的装置和一个用于以块频率显示所述信号的装置组成的部件上，其特征在于为了对涉及到B类每一个宏数据块的亮度，可能还涉及色度的所述信号进行译码和显示，所述系统包括一个装置，用于将所述的译码操作细分成两个译码子步骤所述第一子步骤用于以所述帧频率对与所述宏数据块相关的清晰度信号进行译码，而第二子步骤用于以所述块频率对所述宏数据块的有用信号进行译码，就所述B类宏数据块的飞程译码而言，所述就在用于显示B类宏数据块的步骤之前的第二译码子步骤是以相同的速率没有对有用信号进行任何缓冲存贮的情况下加以执行的。
在后一个实施例中，可以使用一个修改，根据这个修改，提供了一个细分装置，用于将所述的第二译码子步骤细分成两个变长译码操作，以保证并行译码每个宏数据块行的一半。
最后，本发明的第三个目的就是要建议一种包括有用于处理MPEG编码视频信号的译码系统的视频接收设备。
通过参照后面描述的实施例，本发明上述和其的方面将会变得明显。
图1示出了惯常类型的MPEG译码器的一般结构；图2示出了惯常类型MPEG译码器的操作；图3-9示出了与每个图象相关以及与具有类似于图3所示图象的公知译码器相关的；—所述译码器的输入图象(图3)；—该译码器输入存贮器内容的展开(图4)；—译码后的图象(图5)；—为使能够进行B类图型插入而存贮在两个参考存贮器中的I或P类图象(图6和7)；—所述显示存贮器中的图象(图8)；—所存贮和显示的图象(图9)；图10指出了该译码器处于最不适宜状态下的存贮器带宽限制；图11和12指出了(都是处于最不利状态下的)两个依据本发明的编码方法的不同例子中比在所述公知译码器情况下有利的多的新的带宽限制；图13示出了一个宏数据块的四个亮度数据块的行结构，并示出了在显示所述译码的信号之前所需的所述格式转换的原理；图14-21相对于图3-9示出了与执行本发明方法之一相对应的新的曲线图。
在描述本发明的方法之前，首先参考图3到图10来描述图2所示译码器操作的某些方面。
图3示出了与I、P或B类的每一个图象相关并以12个图象(在图中标为GOP图象组)为一组的编码数据流，该数据流存在于所述译码器的输入端。当所述图象的自然顺序(该顺序作为在用于显示的译码之后必须被重新存贮的一个顺序，必须在任何译码之前就已存在)被例如以如下顺序B-1B0I1B2B3P4B5B6P7B8B9P10B11B12…给定时，必须对发送顺序进行修改，以使用于插入所述图象B的图象I和P已经存在并被译码，以重新存贮这些图象B。修改后的顺序如下I1B-1B0P4B2B3P7B5B6P10B8B9I13…(所述图象I1、P4存在于所述图象B2、B3之前，所述图象B2和B3允许所述的确定，类似的，图象P4和P7位于图象B5、B6之前，等等)。
这些编码的输入数据被提供给作为存贮部件20一部分的存贮器110，自在这种情况下该存贮器是一个FIFO型存贮器(先入先出首先写入的数据被首先读出)。图4示出了与每个图象在这个FIFO存贮器中进行存贮处理相关的时间曲线(所述图象的存贮是由在表示该存贮操作级数的斜率末端处的信号进行的)。然后，每个图象可以被译码。为了满足所述MPEG标准关于位速率控制的要求，涉及到一个图象的所有数据必须在所述译码器处理这个图象的一刹那间理想地保存于所述的存贮器中。这示于图5，图5示出了根据相同的图象在所述FIFO存贮器的存贮情况，对逐个图象进行译码的时间位置(在存贮结束以前译码不开始)。
下面，将选择一个在对一组图象进行译码期间对所述图象进行存贮和显示的详细处理作为例子加以描述。帧内图象I，(即其所有的宏数据块都是连续的)被译码和定向，以将其存贮于所述第一参考存贮器中(在该存贮器中，它将被保存，直到其它的译码后图象接替它，即在这种情况下，它将被保存六个图象周期)，对此，如图6所示，所述图6示出了这个存贮器的内容(图7示出了其它参考存贮器的内容)。由于所述的图象I，随后要被译码和存贮，这需要占用两个图象周期，而在这两个图象周期内，两个B类图象将根据所述图象I1被插入到所述发送序列中和/或被存贮，但是这两个B类图象将位于所述原始图象自然顺序中的所述图象I1这后，所以可以被标为B-1和B0。这些图象B-1和B0被直接存贮于所述的显示存贮器中，以用于连续的逐块显示(奇数和偶数帧分别被标注为＂0＂和＂e＂)。图8和图9分别示出了所述显示存贮器的内容以及显示顺序。
应当注意，相对于在所述显示存贮器中的存贮，所述显示被移位了一个块。在一个块周期(所述图象周期的一半)之后，在所述显示存贮器中可以全部得到所述奇数行的信息，即所述奇数块的信息，并且这个奇数块可以被显示。所述奇数块的信息不再有用，在所述存贮器中被腾空的空间允许存贮所述偶数行的信息。利用译码和显示的适当同步，使它在某个时刻成为单一块，该单一块必须被存贮在所述显示存贮器中以用于所述图象B。由于各种原因(所述宏数据块最后一行所需的较高容量、相对于存贮两个块情况下的地址发生器的更复杂性、整个彩色图象，即228行而不仅是一个块的存贮)；在所述存贮器中用于存贮图象B所需的空间实际上大于4兆位。
当(借助于双向插入)对所述图象B-1和B0的译码结束时，接着依发送和/或存贮顺序对图象P4进行译码，所述图象P4被译码并定向于所述的第二参考存贮器(该图象P4将被保存在该存贮器之中，直到在6个图象周期之后由另一个译码后图象取代它)，有关这点如图7所示。如同在前对图象B-1和B0所作的，图象P4和I1将允许图象B2和B3的插入，所述图象B2和B3直发送和/或存贮顺序中的P4图象之后。所述图象B2和B3被存贮在所述显示存贮器之中以用于连续显示(逐块的)。在显示所述图象B-1、B0和显示所述图象B2和B3之间，通过读出所述第一参考存贮器而显示所述的图象I1，从而存贮与所述原始图象顺序相对应的图象自然顺序，并且在显示了B2和B3之后，显示所述的图象P4。然后以与前述之相同方式，以发送和/或存贮顺序(P7；根据P4和P7的B5和B6；P10；根据P7和P10的B8和B9；等等)持续所述的译码处理，并以同样的方式，按照所述原始图象的自然顺序(B5，B6，P7、B8、B9、P10，…等)持续所述的显示。
由于已经描述了所述存贮器的这个控制，所以图10示出了在各个译码步骤期间以及在最不利状态下(如已示出的，有用带宽是根据所述宏数据块而变化的，对于I类图象是通过使用少于被预测的宏数据块进行的)、即在所有的宏数据块都被进行预测(理论上，在处理功率方面，任何译码器结构都应满足最不利状态的需要)的状态下的所述通信的时间限制(即所述的存贮器带宽)。在图10中，在每个行上的＂a＂到＂o＂表示图象顺序(行a、b、e、g、h、i、j、k、l)或M位/秒级的带宽参考(行c到n)，逐行的这些表示是(a)、待被译码的图象(它们是以发送和/或存贮顺序存在的)；(b)、以自然顺序显示(和如上所述，相对于所述译码后图象时间移位了一块)的图象；(c)、对所述输入存贮器10进行存取的速率，由于图象I、P或B分别包含有2，1或0.5兆位的信息，所以等分整个图象；(d)、在这个存贮器110和所述译码电路120之间的信息成份速率(最大的位置与所发送的I图象有关，而最小的位置与B图象相关)；(e)、从所述的译码电路120向所述显示装置12的存贮器，即所谓的显示存贮器传送译码后的色度信息成份(即8×8×1620×2×25×8位/秒)；(f)和(g)、分别是在前和在后的运动补偿，用于所述的色度成份(9×9×1620×2×25×8位/秒)；(h)、来自所述显示存贮器，显示与所述色度成份相同应的这些信息成份；(i)到(1)，涉及到所述色度(步骤e到h)，这些步骤i到l分别对应于从所述电路120向所述显示存贮器传送译码后亮度信息成份(16×16×1620×2×25×8位/秒)、在前和在后的运动补偿(18×18×1620×2×25×8位/秒)和这些亮度信息成份的显示(16×16×1620×2×25×8位/秒)；(m)、传送诸如标题等的各种其它信息成份(也要等分所述图象)；(n)、考虑到了各种预备操作的情况下每个图象大致需要的通带；(o)、利用由虚线所示的存取时间平均值，表示用于每个图象的相应存贮器存取时间。
在描述了惯常类型的MPEG译码器之后，下面将描述本发明。本发明的原理不再是将涉及到所述B图象的译码后信息成份存贮到所述的显示存贮器中，而是根据所谓动态译码的原理，精确地在所产生的译码后信息成份必须被得到以用于显示的一刹那间，对与这些图象相对应的编码信息成份进行译码。下面将参照一系列变形来描述本发明的这个译码方法。
在第一个实施例中，所述的译码方法是一个直接法。如已述，待被译码的图象对应于I，P或B类图象，它们是以包含有4个亮度数据块和两个色度数据块的多个宏数据块的方式排列的，并且它们是在被译码之前提供给它的，它们以数字信号的形式被发送和/或存贮，所述的数字信号用于重组规定每个宏数据块参数的信号及所述的有用信号。对于每个宏数据块，所述的规定信号包括所述宏数据块的标题，它的地址、相关的运动矢量、量化阶梯、所述宏数据块的每个数据块的DC系数预测值等以及有关每个数据块的长度的信息。所述的有用信号全都是一些其它的信号，即与所述象素对应的信号和在量化和变长编码之前通过从所述空间域变换到所述频率域(通常是离散余弦变换)所获得的信号。
根据本发明，就涉及到所述B类每个宏数据块的亮度和色度的信号而言，对按传统顺序包括有对编码视频信号进行译码的步骤，存贮然后将其译码的步骤和以块频率显示这些信号的步骤的所述直接译码方法以如下方式进行了修改。所述的译码步骤和所述的显示步骤被细分成两个用于对每个块相对应的信号进行译码的子步骤和两个用于显示这些块的子步骤，用于译码一个块的这些子步骤中的每一个就在用于显示这个块的每一个子步骤之前，并且是以同样的速率在位于所述显示步骤之前的存贮步骤期间没有任何缓冲存贮地加以执行。由于在所述显示存贮器中不存在这个存贮，所以这个操作可以被称之为飞程译码。
在这个例子中应当注意，所述的编码信号包含涉及到与每个宏数据块相关的两个块的信息成份。为了使所述的飞程译码成为可能，每个宏数块都应当被两次译码，第一次译码恰好是在显示所述奇数块之前，第二次译码恰好在显示所述偶数块之前。这个要求意味着要以较高的节奏(34Hz，而不是用于惯常类型的MPEG译码操作的16MHz)所述的内部译码操作，并意味着所述的输入信号流要在所述的输入存贮器110中保存较长的周期(补充图象周期)。这个存贮请求对应于40ms×16兆位/秒、即600千位。由于B类信息成份被避免存贮而节省的大约4兆位的存贮器空间实际上被校正以用于稍低的值，即3.2兆位序列的值，而所剩下的是有意义的。
在这个方法的变形当中，可以看到它包括一个在所述译码步骤本身之中将所述宏数据块的格式转换成视频显示格式，从而把所述的存贮器带宽保持在实际限定的范围之内。在这种情况下，这样一个内部转换仅需要92千位(对应于与亮度相关的8个块行和与色度相关的8个图象行)。
在另一个实施例中，可以下述方式执行根据本发明的所述飞程译码方法。对所述编码视频信号的译码步骤被细分为两个译码子步骤(a)、第一个子步骤允许以正常频率(所述图象频率)对与(总是B类的)多个宏数据块相关并与这些宏数据块中的每一个相关的规定信号进行译码；(b)、第二个步骤被用于以所述的显示频率(所述块频率)在没有任何缓冲存贮的情况下对所述有用信号进行译码，并对这些宏数据块中的每一个进行译码。
在所述第一译码子步骤期间被译码的所述规定信号被存贮在下面将要描述的被称之为辅助存贮器的一个外部存贮器区域内。第二个子步骤是一个以所述显示速度对所述B类宏数据块的有用信号进行飞程译码的子步骤(实际上，在所述第一步骤期间，用于规定这些宏数据块的所有基本参数都被存贮在所述辅助存贮器之中，只有在从所述空间域到所述频率域变换过程中获得的信号(这里，除了DC系数以外的其它参数都是通过离散余弦变换获得的)被保留以借助变长译码被进行译码。
应当注意，由于每个数据块的长度是已知的，所以这些变长译码操作完全可以通过例如两个变长译码电路的并行配置并行地加以执行，一个电路从宏数据块的一行的开始进行工作，而另一个电路从运行的中间开始工作。在所有的情况下，都要在这第二步骤期间根据形成所述规定信号一部份并已在第一步骤期间存贮到所述辅助存贮器中的运动矢量来执行所述的运动补偿。
在这个根据本发明的译码方法的实施例中(在两个连续的步骤中分别以所述的正常速率和所述的显示速率)，图11示出了在译码处理过程中所述带宽的限制，这里，仍然表示的是处于最不利状态之下。这个最不种状态对应于下述情况，即必须借助所述的双向预测插入所有的B图象宏数据块并规定所述的运动矢量为一个象素的一半(这表明对于8×8个象素的一个数据块要读出9×9个象素)。如图10所示，在每一行上的指示对应于图象顺序(行a、e、h、i、j、k)或对应于所述存贮器带宽的参考(b到d和f到m)，且逐行表示如下(a)、将被译码的图象的位置；(b)、对输入存贮器110的存取速率；(c)、在这个存贮器110和所述译码电路120之间用于执行所述第一译码子步骤的速率；(d)、用于将所述宏数据块规定给所述辅助存贮器的信号的存取速率；(e)、在第二译码子步骤期间所述图象的位置；(f)、在所述存贮器110和译码电路120之间用于执行所述第二译码子步骤的速率；(g)、在读出所述辅助存贮器的内容期间，在第二译码子步骤直接显示被飞程译码的数据瞬间的信息速率；(h)和(i)表示与亮度和色度信息成份相关的在前和在后的运动补偿(量为160兆位/秒和为342兆位/秒的如下获得
160＝18×18×1620×12×25；342＝18×16×1620×12×50×625/576)；(j)、存贮在第一译码子步骤期间获得的亮度和色度信息成份(125兆位/秒＝16×16×1620×12×25)；(k)、读出这些亮度和色度信息成份，以便于它们的显示；(l)、传输诸如标题等的信息(在图10中涉及到行m)；(m)、考虑到各种准备操作，每个图象大致需要的存贮器带宽，对一组图象则利用这些值的平均值指示。
对前述方法的一种替代方法仅对亮度信号进行飞程译码。然后，以惯常的方式对所述的色度信号进行处理。在根据本发明的这个第三实施例中，所述存贮器带宽的节省少于前述实施例，与前述的2.8兆位相比较，其节省级在1.2兆位，但是保留了其它的优点。图12示出了在这种情况下有关带宽的一些新的限制，每一行上的指示总是与图象顺序(行a、e、f、g、j、k、l、m)或存贮器带宽(行b到p)的考虑二者之一相对应(a)待被译码的图象；(b)对所述输入存贮器110进行存取的速率；(c)在这个存贮器110和所述译码电路120之间用于执行第一译码子步骤的速率；(d)对用于把所述宏数据块规定给所述辅助存贮器的信号进行存取的速率；(e)在第一译码子步骤期间对所述色度信息成份的惯常译码；(f)和(g)用于色度信息成份的在前和在后运动补偿(53兆位/秒＝9×9×2×1620×25×8)；(h)显示所述的色度信息成份(42兆位/秒＝8×8×2×1620×25×8)；(i)在所述存贮器110和译码电路120之间用于执行第二译码子步骤的信息速率；(j)在读出所述辅助存贮器内容期间，在所述第二译码子步骤直接显示将被飞程译码的数据的瞬间，所述信息的速率；(k)和(l)用于所述亮度信息成份的在前和在后运动补偿(105兆位/秒＝18×18×1620×8×25；228兆位/位＝18×18×1620×8×50×625/576)；(m)存贮在第一译码子步骤期间获得的亮度信息成份(84兆位/秒＝16×16×1620×8×25)；(n)读出这些亮度信息成份，以用于它们的显示(91兆位/秒＝16×16×1620×8×25×625/576)；(o)传送诸如标题等的信息(类似于图10之行m和图11之行1)；(p)考虑到各种装备步骤，每个图象大致需要的存贮器带宽，对一组图象利用这些值的平均值表示。
本发明不受前面所描述和展示的实施例的限制，但可以在这些实施例的基础上提出各种变化，特别是在后一个实施例中，它可以被改成在所述译码电路的一个内部存贮器中，而不是在所述的外部存贮器中执行从所述宏数据块格式到所述视频格式的转换操作。在下述情况下也可以获得在所述内部存贮器中空间的增益。已经知道，将要被译码的信号从所述的空间域转换到所述的频率域、然后将其量化的操作是在所述变长译码操作之前执行的。在变换之前对信号进行置换所获得的系数被重组成所述宏数据块内的数据外。图13示出了一个宏数据块的4个亮度数据外，并展示了在显示之前所需的格式转换的原理。如果所述的数据块不是根据所述的发送顺序、而是根据每个块将被显示的行的顺序被译码，那么用于所述转换的内部存贮器空间将被等分为两个部份。根据将要被译码的块是奇数块还是偶数块，并根据所述宏数据块以及将被显示的行(4个上边行或4个下边行)的编码类型(块或帧编码)，只保存两个上述的数据块(图13中是0和1)或仅保存两个下边的数据块(图13中是2和3)，而在任何情况下都可以在所述的辅助存贮器中获得所述的DC系数和每个数据块的长度。
根据本发明的另外一种变化就是将所述的译码方法归纳成涉及到所述图象I和P的两个子步骤。如已看到的，所述B类宏数据块的飞程译码允许减少所述存贮器带宽，并使未被占用的存贮器容量用于补充操作。通过将这种译码原理也应用于所述I和P图象的宏数据块，可以避免在所述处理操作及所述存贮器带宽的值中产生高的峰值。由于所述I类和P类的信息成份不需要被直接用于运动补偿和/或显示，所以，这对于在这个时刻以所述的一般速率执行这个操作是足够的。在随后所建议的变形中，就参考图3到图9所示的内容对所述操作进行了修改，图14到21示出了新的相应曲线如下同图3一样，图14示出了每个图象的输入数据流；图15示出了在这种情况下如何实现应用到所述I、P、B图象中每一个的第一译码子步骤；图16示出了逐个图象在所述FIFO存贮器中的存贮处理，并与图4相比较示出了由于在所述辅助存贮器中每个宏数据块译码后规定信号存贮的补充延时所引起的每个存贮周期的长度；图17示出了如何实现第二译码子步骤；图18到图20示出了所述辅助存贮器的内容(与每个宏数据块相关的规定信号)及所述两个参考存贮器的内容；图21示出了在与编码前的原始顺序相应的自然顺序中再存贮和显示图象的顺序。
应当注意，本发明不仅仅涉及到在前述各实施例中所描述的方法，而且还涉及到执行这个方法的任一系统。在这方面，应当注意这种装置的一个最佳实施例还包括一个微机，用于在一组适当指令的控制这下执行在前述各变形中的所述方法。为达此目的，根据本发明用于对由两个交错块组成的、其中的每个宏数据块都包含有亮度数据块和色度数据块的一系列编码数据块所产生并以数字信号形式发送和/或存贮的编码视频信号进行译码的系统如前所述包括有一个被连接到用于存贮随后要通过总线进行译码的信号的部件20上的一个译码部件10，所述的数字信号根据所述的图象是否是在后有参考所述顺序中其它图象的情况下被进行编码或所述图象是否是由多个宏数据组成的来重组用于规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的有用信号，并分别对应于I、P或B类的顺序图象，大多数图象是借助于在I或P图象基础上的单向运动补偿进行预测的，或者是借助于多个宏数据块进行预测的，且大多数图象是借助在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿进行插入的。根据本发明，由译码装置11和用于以块频率显示译码后信号的装置12所组成的部件10包括一个用于控制所述译码和显示操作的装置，利用该装置，这两个操作可以被细分成两个译码子步骤和两个显示步骤，其中的一个用于每个块。用于对一个块进行译码的每一个子步骤恰好是在用于显示同一块的相应子步骤之前执行，借此，避免了译码后信息的存贮。这个细分以及这种飞程译码仅涉及到亮度信号，或许也涉及到了色度信号，在所述最佳实施例中，这些装置也仅用于B类宏数据块。但是也可以对I类图象的宏数据块或P类图形的宏数据块使用同样的处理。
还可以为用于控制所述显示和译码操作的装置提供其它的实施例，利用这种装置，例如由于译码操作可以被分成两个译码子步骤，所以，第一子步骤仅能保证以所述一般频率(所述帧频率)对所述宏数据的规定信号进行译码，而所述的第二子步骤仅涉及到了这时以显示频率(所述块频率)对这些宏数据块的有用信号进行译码。这第二个方案的优点在于可以更快地执行译码。为了对宏数据块每一行的有用信号进行译码，可以提供两个而不是一个译码电路，每个都处于并行工作状态，以对宏数据块一行的一半进行译码(一个电路从这一行的开头译码，另一个电路从中间开始译码)。
如从对本发明方法的描述中所看到的，从所述宏数块格式到所述显示格式的转换操作不是在所述部件20的外部存贮器内执行的，而是在所述译码操作结束处的所述译码部件内执行的。在这种情况下，如前所述，如果一个宏数据块的所述数据块(数据块0和1，或数据块2和3)不是以发送顺序，而是以不同于该发送顺序的在所述译码操作过程中的所述块的顺序进行译码，那么所述存贮器空间的限制可以减少。
根据本发明的方法和系统提供了存贮器空间和存贮器带宽的节约，若所述宏数据块的规定信号表示每个宏数据块256位，每个图象具有1620个宏数据块，那么，在步骤实施例中就需要提供存贮空间为256×1620＝414千位并被称之为辅助存贮器的所述外部存贮器。由于实际上并不是所有的宏数据块都被编码，所以该存贮器的容量可以被调节到400千位、所述存贮器总的限制如下—输入缓存器3.1兆位；—两个参考存贮器每一个为5兆位；—显示存贮器1.6兆位(根据本发明仅与亮度成分有关)或0(假如所述方法涉及不亮度和色度成份)；—辅助存贮器约0.4兆位。
根据所述的色度是否包括在依据本发明的处理操作之中，上述限制导致了总占用为13.5或15.1兆位。对于一个其规模为224＝16.8兆位的外部存贮器来讲，由于本发明方法的执行而带来的存贮器中所保留的自由空间在本发明仅涉及到亮度成份时为1.7兆位，而在还要涉及到色度成份时为3.3兆位。这个结果被应用到所述系统以对625行/50Hz图象序列进行处理。在525行/60Hz系统的情况下，所述参考存贮器的占用不超过4.2兆位而不是5兆位，而现在，上述值被分别增加到3.3兆位和4.9兆位。应当注意，用于输入缓存器容量的3.1兆位的数量对应于最不利状态，并且实际上，这个值将被降低一位，以在这种情况下扩展所述存贮器的自由空间。
最后，应当注意，本发明涉及到包括有特别适用于对所述MPEG编码视频信号进行处理以及执行其中提供了如前所述的用于对所述MPEG编码视频信号进行处理的译码和显示步骤或子步骤的译码方法的一个译码系统的任一视频接收设备。
权利要求
1.对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码的方法，每一个宏数据块都包括多个亮度数据块和多个色度数据块，所述编码视频信号是以数字信号的形成被发送和/或存贮的，根据所述的图象是否是在未参考所述顺序中的其它图象的情况下被进行编码或是由所述多个宏数据块组成的，所述的数字信号重新组合用来规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与I、P或B类的顺序图象相对应，所述图象的大部分是借助在I或P图象的基础上的单向运动补偿或宏数据块进行预测的，并且，大部分图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的所述方法按顺序包括对所述编码视频信号进行译码的步骤，存贮这些信号，然后将其译码的步骤以及以所述块频率显示所述信号的步骤，其特征在于所述块频率显示所述信号的步骤，其特征在于对于涉及到及每一个宏数据块的亮度的信号，所述的译码和显示步骤被细分成用于对与每个块相对应的信号进行译码的两个子步骤和用于显示所述块的两个子步骤，且其中，用于对一个块进行译码的每个子步骤就在显示所述块的每个子步骤之前，并且由于所述B类宏数据块的飞程译码，以相同的速率并且在所述存贮步骤期间无缓冲存贮地执行用于对一个块进行译码的每一子步骤。
2.对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码的方法，每一个宏数据块都包括多个亮度数据块和多个色度数据块，所述编码视频依赖是以数字信号的形成被发送和/或存贮的，根据所述的图象是否是在未参考所述顺序中的其它图象的情况下被进行编码或是由所述多个宏数据块组成的，所述的数字信号重新组合用来规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与I、P或B类的顺序图象相对应，所述图象的大部分是借助在I或P图象的基础上的单向运动补偿或宏数据块进行预测的，并且，大部分图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的，所述的方法按序包括对所述编码视频信号进行译码的步骤，存贮这些信号，随后将其译码的步骤以及以所述块频率显示所述信号的步骤，其特征在于对于涉及到B类每个宏数据块的亮度的信号，所述的译码步骤被细分为二个子步骤第一个子步骤用于以所述的帧频率对与所述宏数据块相关的规定信号进行译码，第二子步骤用于以所述的块频率对所述宏数据块的所述有用信号进行译码，所述第二译码子步骤就在显示B类宏数据块的步骤之前，并且由于所述B类宏数据块的飞程译码，以相同的速率并且在所述存贮步骤期间所述有用信号没有任何缓冲存贮地执行所述第二译码子步骤。
3.根据权利要求2的译码方法，其特征在于所述第二译码子步骤被细分成用于对每个宏数据块行变长译码的两个并行操作，以保证对每个宏数据块行的一半进行并行译码。
4.根据权利要求1到3中任一个的译码方法，其特征在于所述的飞程译码也与涉及到B类每个宏数据块色度的信号有关。
5.根据权利要求1到4中任一个的译码方法，其特征在于所述的译码步骤包括把所述宏数据块的格式转换成视频显示格式的步骤。
6.根据权利要求1到5中任一个的译码方法，其中，把待被译码的信号从所述空间域转换成所述频率域的步骤就在所述的译码步骤之前，其特征在于一个宏数据块的多个数据块以与每个块相关的待被连续显示的行的顺序被译码。
7.根据权利要求1到6中任一个的译码方法，其特征在于所述的方法还被以与所述图象频率相应的所述正常速率执行对所述I类图象和/或P类图象的宏数据块的处理。
8.根据权利要求1到7中任一个的译码方法，其特征在于提供所述的译码和显示步骤成子步骤，以用于对MPEG编码视频信号进行处理。
9.对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码的系统，每一个宏数据块都包括多个亮度数据块和多个色度数据块，所述编码视频信号是以数字信号的形成被发送和/或存贮的，根据所述的图象是否是在未参考所述顺序中的其它图象的情况下被进行编码或是由所述多个宏数据块组成的，所述的数字信号重新组合用于规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与I、P或B类的顺序图象相对应，所述图象的大部分是借助在I或P图象的基础上的单向运动补偿或宏数据块进行预测的，并且，大部分图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的，所述的系统包括一个被连接到用于存贮随后将通过总线(30)进行译码的信号并由一个译码装置(11)和一个用于以所述块频率显示译码后信号的装置(12)组成的一个部件(20)上的译码部件(10)，其特征在于为了对涉及B类每个宏数据块的亮度、可能还有色度的信号进行译码和显示，所述的系统包括一个装置，用于把所述的两个操作细分成两个用于对与每个块相对应的信号进行译码的子步骤和两个用于显示所述块的子步骤由于所述B类宏数据块的飞程译码，用于译码一个块的每一子步骤以相同速率并且没有任何缓冲存贮地直接在用于显示所述块的相应子步骤之前被执行。
10.对由两个交错块组成的图象的顺序编码宏数据块产生的编码视频信号进行译码的系统，每一个宏数据块都包括多个亮度数据块和多个色度数据块，所述编码视频依赖是以数字信号的形成被发送和/或存贮的，根据所述的图象是否是在未参考所述顺序中的其它图象的情况下被进行编码或是由所述多个宏数据块组成的，所述的数字信号重新组合用来规定每个宏数据块的参数的信号以及与每个宏数据块的每个象素相关的所述有用信号，并分别与I、P或B类的顺序图象相对应，所述图象的大部分是借助在I或P图象的基础上的单向运动补偿或宏数据块进行预测的，并且，大部分图象是借助于在I和/或P在前和在后图象的基础上的双向运动补偿而插入的，所述系统包括一个被连接到用于存贮随后将通过总线(30)进行译码的信号并由一个译码装置(11)和用于以所述的块速率显示译码后信号的装置(12)组成的一个部件(20)上的译码部件(10)，其特征在于为了对涉及到B类每个宏数据块的亮度和可能还有色度的信号进行译码和显示，所述的系统包括一个装置，用于把所述的译码操作细分成两个译码子步骤，第一子步骤用于以所述的帧频率对与所述宏数据块相关的规定信号进行译码，第二子步骤用于以所述的块频率对所述宏数据块的有用信号进行译码，由于所述B类宏数据块的飞程译码，以相同的速率并且所述有用信号没有任何缓冲存贮地执行就在用于显示B类宏数据块的步骤之前的所述第二译码子步骤。
11.根据权利要求10的译码系统，其特征在于提供所述的细分装置，以用于把所述第二译码子步骤细分成两个变长译码操作，以保证并行译码每个宏数据块行的一半。
12.一种包括有如权利要求9和11中任一个译码系统的视频接收设备，其特征在于提供所述的译码系统，以处理MPEG编码视频信号。
全文摘要
对编码视频信号进行译码的方法和系统。为了把长度码中的速度要求限制在一个实际的限定范围内，建议了一种两步水平译码逼近法。在这种逼近法的基础上，可实现一系列的替换。其中的每一种都使用了在内部处理要求及储存器节约之间的不同调整。
文档编号H04N7/50GK1143884SQ95121860
公开日1997年2月26日 申请日期1995年11月24日 优先权日1994年11月25日
发明者P·H·弗伦肯 申请人:菲利浦电子有限公司