專利名稱：高產(chǎn)出平行化前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高產(chǎn)出平行化AVC/H. 264前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABACdecoder)的方法,尤指一種具有步驟“估測(cè)對(duì)應(yīng)于發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(most probablesymboI，MPS)的路徑和事先解碼出該路徑所包含的第一二位元”的高產(chǎn)出平行化AVC/H. 264前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的方法。
背景技術(shù)：
前后文適應(yīng)性二位兀算數(shù)解碼(Context-basedAdaptive Binary ArithmeticCoding, CABAC)是AVC/H. 264的一個(gè)重要技術(shù)，且因前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器在編碼中能夠有效率地提升壓縮效率，故其不只已在AVC/H. 264的影像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中占有一席之地，在未來(lái)新訂的影像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中更是一個(gè)不可或缺的編碼方式。
如果能通過(guò)提高CABAC解碼器在二進(jìn)制算數(shù)解碼上的平行度，以有效地提升CABAC解碼器的輸出率，以及使其能配合支持高規(guī)格的架構(gòu)，則可大幅改善前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的效率。由此，發(fā)明人鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺失，乃思及改良發(fā)明的意念，終能發(fā)明出本發(fā)明的“高產(chǎn)出平行化前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的方法”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種AVC/H. 264內(nèi)文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的算法，此項(xiàng)技術(shù)具有高吞吐量的優(yōu)勢(shì)；透過(guò)由上到下的設(shè)計(jì)方法、算法分析和數(shù)據(jù)流模型在高粒度和低粒度的比較與歸納，實(shí)現(xiàn)出所設(shè)計(jì)的架構(gòu)；對(duì)所提出的算法做更進(jìn)一步分析后，可統(tǒng)計(jì)出CABAC解碼器和維特比(Viterbi)解碼器之間的相似性，并根據(jù)此相似性提高CABAC解碼器的平行度，有效地提升CABAC解碼器的輸出率。本發(fā)明的又一主要目的在于提供一種用于前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABAC decoder)的方法，包含下列步驟接收位元串(bitstream)、更新范圍(rangeupdate)、發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生二位元(bin)與或然率模式更新值；接收所述二位元(bin)并產(chǎn)生語(yǔ)法元素(syntax element);接收所述或然率模式更新值、前后文信息、序列信息、圖像信息、切片(slice)信息與初始化前后文變量，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值；使用所述前后文信息以于解碼所述二位元時(shí)估測(cè)出發(fā)生機(jī)率較大的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的各所述二位元；接收所述切片信息，用以產(chǎn)生所述初始化前后文變量；以及除非結(jié)束，否則回到所述接收位元串步驟。本發(fā)明的另一主要目的在于提供一種用于前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABAC decoder)的方法，包含下列步驟接收位元串(bitstream)、更新范圍(rangeupdate)、發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生二位元(bin)與或然率模式更新值；接收所述或然率模式更新值、前后文信息、序列信息、圖像信息、切片信息與初始化前后文變量，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值，其中所述前后文信息用于在解碼所述二位元時(shí)估測(cè)出發(fā)生機(jī)率較大的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的所述二位元；當(dāng)進(jìn)行旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼時(shí)，也事先解碼出對(duì)應(yīng)于所述旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼的路徑所包含的所述二位元，以提高所述方法的平行度；以及除非結(jié)束，否則回到所述接收位元步驟。本發(fā)明的再一主要目的在于提供一種解碼方法，包含下列步驟接收發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生或然率模式更新值；以及接收所述或然率模式更新值，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值，其中當(dāng)所述或然率值顯示MPS發(fā)生時(shí)，估測(cè)對(duì)應(yīng)于所述MPS的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的第一二位元。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖I是維特比解碼器中平行度的示意圖；圖2是維特比解碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的較佳實(shí)施例的前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器；圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的較佳實(shí)施例的二位元解碼單元的數(shù)據(jù)路徑的示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的較佳實(shí)施例的平行二位元解碼器的示意圖。
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的較佳實(shí)施例所提出的二位元算數(shù)解碼平行化機(jī)制，一個(gè)平行的高產(chǎn)出平行化AVC/H. 264前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器的方法被提出。本發(fā)明擴(kuò)展了二位元算數(shù)解碼的平行化。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所提出的前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器在應(yīng)用方面可以支持AVC/H. 264高端類(High Prof ile)、水平4. 2 (Level 4. 2)，且所支持的分辨率為1920X 1088，幀率為64fps ;通過(guò)提高平行度后的CABAC解碼器可以大幅增加二位元解碼的吞吐量，當(dāng)其工作于108MHz時(shí)，跟原本循序二位元解碼的吞吐量做比較后，發(fā)現(xiàn)大約可改善3. 5倍左右。另，因?yàn)镠EVC(High Efficiency Video Coding,高效率的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn))為一個(gè)尚未制定的新興標(biāo)準(zhǔn)，所以其在設(shè)計(jì)時(shí)的彈性程度較高。在JCTVC的會(huì)議文件中，Qualcomm提出了前后文模組不要連續(xù)地更新，而是透過(guò)延遲不同數(shù)量的二位元來(lái)達(dá)到可以提高產(chǎn)出的方法，但其實(shí)這方式會(huì)降低編碼的BD-rate。而Panasonic則提出延遲部分的語(yǔ)法元素到每個(gè)區(qū)塊結(jié)束，再更新前后文模組。參考文獻(xiàn)為JCTVC-G576以及JCTVC-G349。而本發(fā)明的編碼績(jī)效卻不會(huì)因?yàn)槠叫谢档?，這也是本發(fā)明的特點(diǎn)之一。下列表一為依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的較佳實(shí)施例所提出的架構(gòu)與其它設(shè)計(jì)(也即設(shè)計(jì)[I]，[2]與[3],其中[I]為Yao_Chang Yang and Jiun-In Guo,“A High ThroughputH.264/AVC High Profile CABAC Decoder for HDTV Applications,，，IEEE Transactionson Circuits and Systems for Video Technology, Volume 19, Issue 9, pp.1395—1399,Sep.2009. ； [2]為Pin_Chih Lin, Tzu-Der Chuang, and Liang-Gee Chen,“A BranchSelection Multi-symbol High Throughput CABAC Decoder Architecture for H. 264/AVC,，，IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 365-368, May2009. ; [3]為Peng Zhang,Don Xie,and Wen GaoZiVariable-Bin-Rate CABAC Engine forH. 264/AVC High Definition Real-Time Decoding,，，IEEE Transactions on Very LargeScale Integration (VLSI) Systems, Volume 17, Issue 3, pp. 417-426, Mar. 2009.)的比較。設(shè)計(jì)[I]在105MHz時(shí)，只能支持幀率30fps，且每秒解碼的二位元是90. 3M。設(shè)計(jì)[2]使用90奈米技術(shù)來(lái)增加產(chǎn)出，但是在222MHz時(shí)，僅能支持幀率30fps。設(shè)計(jì)[3]在222MHz時(shí)，只能支持 AVC/H. 264 主要類(Main Profile)、水平 4. 0 (Level 4. 0)，1080i 以及幀率 30fps,且產(chǎn)出是每秒102M 二位元。表一本發(fā)明所提出架構(gòu)與其他設(shè)計(jì)的比較
權(quán)利要求
1.一種用于前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABAC decoder)的方法，包含下列步驟 接收位元串(bitstream)、更新范圍(range update)、發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生二位元(bin)與或然率模式更新值； 接收所述二位元(bin)并產(chǎn)生語(yǔ)法元素(syntax element)； 接收所述或然率模式更新值、前后文信息、序列息、圖像信息、切片(slice)信息與初始化前后文變量，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值； 使用所述前后文信息以于解碼所述二位元時(shí)估測(cè)出發(fā)生機(jī)率較大的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的各所述二位元； 接收所述切片信息，用以產(chǎn)生所述初始化前后文變量；以及 除非結(jié)束，否則回到所述接收位元串步驟。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述解碼器包括前后文模組(contextmodel)與或然率估測(cè)模組(probability estimation model),所述接收所述或然率模式更新值步驟進(jìn)一步包括下列步驟 透過(guò)所述前后文模組接收二位元(bin)、前一二位元值(last bin value)與所述前后文信息以產(chǎn)生前后文模組編號(hào)(number of context model);以及 透過(guò)所述或然率估測(cè)模組接收所述前后文模組編號(hào)與所述前一二位元值，以產(chǎn)生所述或然率值與所述MPS值。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述接收所述二位元步驟進(jìn)一步包括步驟從所述前后文信息產(chǎn)生LPS范圍，從所述MPS值產(chǎn)生MPS范圍和初始化現(xiàn)有范圍(current range)與現(xiàn)有偏移量(current offset)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述接收所述二位元步驟進(jìn)一步包括下列的步驟 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)位算數(shù)解碼(regular binary arithmetic decoding)； 當(dāng)所述現(xiàn)有偏移量>所述MPS范圍時(shí)，使所述二位元的值=發(fā)生機(jī)率最低的符號(hào)(LPS)值，且當(dāng)所述現(xiàn)有偏移量<所述MPS范圍時(shí)，使所述二位元的所述值=所述MPS值；以及 當(dāng)所述現(xiàn)有范圍> (1/2) x(上限)時(shí)，則進(jìn)行下一二位元解碼程序，且當(dāng)所述現(xiàn)有范圍<(1/2) x(上限)時(shí)，則設(shè)定所述更新范圍=所述現(xiàn)有范圍x2，且使更新偏移量=(所述現(xiàn)有偏移量<< I) Il (從所述位元串讀入一位元)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述接收所述二位元步驟進(jìn)一步包括下列的步驟 進(jìn)行旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼(bypass binary arithmetic decoding)； 當(dāng)所述現(xiàn)有偏移量彡現(xiàn)有范圍時(shí)，則所述二位元值=1，且進(jìn)行下一二位元解碼程序；以及 當(dāng)所述現(xiàn)有偏移量<現(xiàn)有范圍時(shí)，則所述二位元值=0，且進(jìn)行所述下一二位元解碼程序，其中所述旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼需使用一個(gè)位元，且可被平行解碼。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在代表所述MPS時(shí)，需使用較少的信息與較短的范圍，且所述MPS極罕見地需要額外的信息；在代表所述LPS時(shí)，需使用較多的信息與較長(zhǎng)的范圍，且所述MPS確定需要額外的信息；所述現(xiàn)有范圍是選自由一系列的MPSs、一系列的MPSs后碰到LPS、第一個(gè)為L(zhǎng)PS和一系列的MPSs、第一個(gè)為L(zhǎng)PS和一系列的MPSs后碰到LPS和連續(xù)碰到兩個(gè)LPSs所組成的群組中的一個(gè)，而所述方法是將較可能的路徑先執(zhí)行，進(jìn)而可以節(jié)省硬件上的成本。
7.如權(quán)利要求3所述的方法,還包括平行可能度(probabledegree of parallelism),其中所述平行可能度決定于三個(gè)因子，即所述MPS范圍的長(zhǎng)度，所述現(xiàn)有范圍的長(zhǎng)度與所述現(xiàn)有偏移量的長(zhǎng)度，所述方法所選擇的最大平行度為5，是指所述方法可同時(shí)平行處理的最大數(shù)量為5 ;而所述方法是從序列層級(jí)(sequence level)開始，再移至圖像層級(jí)(picture level),之后移至切片層級(jí)(slice level),最后移至宏塊層級(jí)(macro blocklevel);所述解碼器在各所述層級(jí)從控制緩存器(control register)讀取解碼信息(coding information),當(dāng)各個(gè)切片程序開始時(shí),將執(zhí)行或然率的初始化,且所述語(yǔ)法元素是屬于所述宏塊層級(jí)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述接收所述二位元步驟進(jìn)一步包括下列步驟 使用所述MPS范圍的所述長(zhǎng)度、所述現(xiàn)有范圍的所述長(zhǎng)度與所述現(xiàn)有偏移量的所述長(zhǎng)度以計(jì)算所述平行可能度；以及 依據(jù)所述計(jì)算所得的平行可能度，以進(jìn)行平行二進(jìn)位算數(shù)解碼。
9.一種用于前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABAC decoder)的方法，包含下列步驟 接收位元串(bitstream)、更新范圍(range update)、發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生二位元(bin)與或然率模式更新值； 接收所述或然率模式更新值、前后文信息、序列信息、圖像信息、切片信息與初始化前后文變量，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值，其中所述前后文信息用于在解碼所述二位元時(shí)估測(cè)出發(fā)生機(jī)率較大的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的所述二位元； 當(dāng)進(jìn)行旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼時(shí)，也事先解碼出對(duì)應(yīng)于所述旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼的路徑所包含的所述二位元，以提高所述方法的平行度；以及 除非結(jié)束，否則回到所述接收位元步驟。
10.一種解碼方法，包含下列步驟 接收發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生或然率模式更新值；以及 接收所述或然率模式更新值，以產(chǎn)生所述MPS值與所述或然率值，其中當(dāng)所述或然率值顯示MPS發(fā)生時(shí)，估測(cè)對(duì)應(yīng)于所述MPS的路徑和事先解碼出所述路徑所包含的第一二位元。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，適用于前后文適應(yīng)性二位元算數(shù)解碼器(CABACdecoder),且進(jìn)一步包括下列步驟 當(dāng)所述或然率模式更新值指示所述MPS未發(fā)生時(shí)，解碼對(duì)應(yīng)于發(fā)生機(jī)率最低的符號(hào)(LPS)的第二二位元；以及 當(dāng)進(jìn)行旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼時(shí)，也事先解碼出對(duì)應(yīng)于所述旁道二進(jìn)位算數(shù)解碼的路徑所包含的第三二位元，以提高所述方法的平行度。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種解碼方法，包含下列步驟接收發(fā)生機(jī)率最高的符號(hào)(MPS)值與或然率值，用以產(chǎn)生或然率模式更新值；以及接收該或然率模式更新值，以產(chǎn)生該MPS值與該或然率值，其中當(dāng)該或然率值顯示MPS發(fā)生時(shí)，估測(cè)對(duì)應(yīng)于該MPS的路徑和事先解碼出該路徑所包含的第一二位元。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102790879SQ201210155090
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者李國(guó)君, 林和源, 梁嘉偉, 蕭景瑞 申請(qǐng)人:李國(guó)君