[發(fā)明專利]高效并行CABAC解碼方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610167355.5
• 申請(qǐng)日: 2006-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN101212676A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京展訊高科通信技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04N7/26
• 分類號(hào): H04N7/26;H04N7/30;H04N7/50
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)字視頻解碼中自適應(yīng)算術(shù)編解碼方法及裝置，尤其涉及一種視頻解碼芯片中并行的二進(jìn)制算術(shù)解碼方法及其裝置。

背景技術(shù)

H.264是國際電聯(lián)(ITU)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)聯(lián)合制定的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼作為一項(xiàng)核心技術(shù)被H.264所采納，但基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼在大幅度提高編碼效率的同時(shí)，也帶來了極高的計(jì)算復(fù)雜度。

算術(shù)編碼是基于區(qū)間劃分的一種高效數(shù)字編碼方式，其廣泛用于數(shù)字圖像，數(shù)字視頻等數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域。通常情況下，其數(shù)據(jù)壓縮能力明顯優(yōu)于哈夫曼編碼，指數(shù)哥倫布編碼等其他變長編碼方式。基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼是二進(jìn)制算術(shù)編碼的一種改進(jìn)。其編解碼過程簡述如下：

視頻編碼碼流中包含各種語法元素，比如宏塊類型，編碼系數(shù)等。編碼過程中，語法元素的值由一個(gè)二進(jìn)制比特串來表示，該串的每一個(gè)比特被送入二進(jìn)制算術(shù)編碼器進(jìn)行獨(dú)立編碼。編碼器為不同的語法元素的不同的比特位置定義了不同的概率模型，該模型是基于上下文的，故也成為上下文模型。上下文模型用來預(yù)測不同的語法元素中不同位置的比特在不同的上下文條件下等于1或者0的概率。模型存儲(chǔ)在RAM(隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)中，其每一項(xiàng)由大概率值(即0和1中概率較大的那個(gè)值)和大概率值發(fā)生的概率(以后簡稱概率)構(gòu)成。算術(shù)編碼器記錄一個(gè)包含于(0，1)內(nèi)的區(qū)間，每編碼一個(gè)二進(jìn)制比特，算術(shù)編碼器區(qū)間根據(jù)該比特的概率劃分成兩個(gè)子區(qū)間，大概率區(qū)間和小概率區(qū)間。如果待編碼的比特和大概率值相同，則算術(shù)編碼器區(qū)間更新成大概率區(qū)間，否則更新成小概率區(qū)間。每當(dāng)區(qū)間長度小于0.5時(shí)，輸出一個(gè)編碼比特流。

解碼器同樣擁有一個(gè)相同上下文模型存儲(chǔ)器，和一個(gè)區(qū)間。解碼過程正好相反，根據(jù)當(dāng)前比特的概率將區(qū)間劃分成大概率區(qū)間和小概率區(qū)間，并由一個(gè)偏移來決定當(dāng)前的實(shí)際解碼比特是0還是1。這個(gè)偏移由輸入比特流決定。

基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)解碼過程中的條件判斷極多，數(shù)據(jù)流及復(fù)雜，而且相關(guān)性極大。例如，各語法元素碼字長度不定，甚至不是整數(shù)；不解碼當(dāng)前輸出比特值，就無法確定當(dāng)前語法元素解碼是否結(jié)束，于是也就無法確定下一個(gè)比特解碼所需要的概率模型，進(jìn)而無法進(jìn)行直接意義上的并行解碼；同時(shí)下一個(gè)比特解碼所需要的實(shí)際區(qū)間和實(shí)際偏移也必須等待前一個(gè)比特解碼完成才能完全確定。

基于上述原因，除本發(fā)明以外，目前現(xiàn)有的基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)解碼器，最多均只能實(shí)時(shí)處理標(biāo)準(zhǔn)清晰度的視頻碼流。它們大多都是基于串行的比特處理，或者并行度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種高效并行二進(jìn)制算術(shù)解碼方法及其裝置，以達(dá)到實(shí)時(shí)處理高清圖像的要求。

本發(fā)明包括變長算術(shù)解碼方法，以及與之相對(duì)應(yīng)的并行二進(jìn)制算術(shù)解碼裝置，和并行概率生成及更新裝置。高速二進(jìn)制算術(shù)解碼的關(guān)鍵問題在于開發(fā)算術(shù)解碼過程中的并行性，而二進(jìn)制算術(shù)解碼又具有高度的串行性，如何在一次算術(shù)解碼過程中并行解出多個(gè)輸出比特是提高二進(jìn)制算術(shù)編碼的關(guān)鍵。

并行計(jì)算需要打破算術(shù)解碼過程中的那些緊密的數(shù)據(jù)相關(guān)。本發(fā)明的基本思想在于對(duì)未完全解碼的輸出比特進(jìn)行預(yù)測，其預(yù)測值即為該輸出比特的大概率值。通過預(yù)測，多個(gè)輸出比特的解碼過程可以基于預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行并行計(jì)算，從而計(jì)算出在輸出均為大概率值的情況下，各輸出比特的上下文概率，和算術(shù)解碼器狀態(tài)。在最后，通過并行輸出的各比特的比特值是否真正與大概率值相等來決定原先的大概率預(yù)測是否正確。對(duì)于錯(cuò)誤預(yù)測的比特及該比特之后的比特，我們將它們標(biāo)記為無效輸出比特，不計(jì)算進(jìn)概率模型的更新和語法元素切換。

多個(gè)比特的并行解碼需要多個(gè)概率和大概率值，需要多個(gè)算術(shù)解碼器狀態(tài)(包括范圍和偏移)。多個(gè)比特需要的概率和大概率值的確定，不通過這些比特的實(shí)際解碼，而是假設(shè)解碼結(jié)果都是大概率值的情況進(jìn)行。多個(gè)算術(shù)解碼器狀態(tài)的更新，也不需要這些比特的實(shí)際解碼，而是假設(shè)解碼結(jié)果都是大概率值的情況進(jìn)行。解碼之后，根據(jù)比特輸出結(jié)果的有效標(biāo)記，確定哪些比特的輸出結(jié)果對(duì)上下文概率模型進(jìn)行更新，概率更新的過程也是各有效輸出比特并行進(jìn)行。

并行解碼需要同時(shí)獲得多個(gè)概率和大概率值，這對(duì)上下文RAM的帶寬提出了太高要求。為了緩解這種帶寬擁塞，本發(fā)明采用局部上下文寄存器。局部上下文寄存器將解碼一個(gè)圖像塊需要用到的上下文模型暫時(shí)寄存在各語法元素解碼模塊內(nèi)部。從而大大降低了RAM擁塞，同時(shí)提高了系統(tǒng)的解碼速度。