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1、数字电视与数字视频广播一种M P E G 一2 编码系统的设计与实现半笃彦马林华毛柏鑫张登福许蕴山l引言随着人们消费水平的提高，具有高清晰度画面、高品质伴苛的D V I ) 家庭影院系统、D V B 广播系统正逐渐普及。为适应这一发展，国内厂家纷纷组织人力，开发此类产品。目前，大多数厂家主要将精力集中在D “ C D 及D Y B 的解码技术上，而对实现上述系统的编码技术研究较少，以致于目前的D Y D 和D V B 编码系统主要从国外购买。针对这一情况，笔者对D V D 和D V B 编码的核心技术M P E G 一2 编码器进行了研究和攻关白行开发了M P E G 一2 编码器。考虑到系统
2、实现的可行性和方便性，采用了一种并行处理技术，即用4 块常用的M P E G - I 压缩卡并行工作以实现M P E G - 2 编码。众所周知，M P E G - 1 压缩技术是现有比较成熟的技术采用M P E G - I 压缩卡，以降价成本，提高系统的性能价格比。在开发的系统中选用了D E C 公司的D E C2 1 2 3 0M P E G 1 压缩卡。该系统具有强大的软件开发功能，可以方便地实现多卡的并行同步工作和M P E G - - 2 码流的合成。合成的M P E G 2码流包含一路M P M L 视频流和2 到8 路M P E G - I 层音频流。该系统已用于D V B 流的
3、基本码流产生器。2D E C2 1 2 3 0 简介D E C2 1 2 3 0 芯片是D E C 公司研制生产的音视频编码解码芯片，它提供与P C I 总线的无缝接口。由计算机软件控制，可动态加载各种微码，从而方便地实现M P E G I ，H2 6 1 及H 2 6 3 等多种编码标准，真正地达到了片多能的功教。在D E C2 1 2 3 0 芯片推出的同时，D E C 公司还同时提供与之相应的开发板。正是由于其强大的功能和方便的开发过程，使得世界上众多的多媒体厂家纷纷采用D E C2 1 2 3 0 芯片及其开发环境进行二次F 发，从而出现了众多的以D E C2 1 2 3 0 为核心的
4、多媒体编解码产品。例如：R T 一5 ，A P P O L L O ，S N A Z Z I ，J M C 一2 3 0 等。整个芯片由音频端口与I ： C I 接口、视频接口、存储器控制、动态命令序列、滤波与运动处理、量化、D C T变换7 个单元电路组成。其存储器控制可控制多达4M B 字节的扩展内存；运动处理单元可实现正负2 2 个像素范围，精确到半个像素的运动预测和快速的运动补偿；D C T 变换可以2 5 万次s 的速度实现前向和反 向8 x 8D C T 变换。D E C2 1 2 3 0 芯片的组成如图1 所示。在软件的配合下D E C2 1 2 3 0 可以实现M P E G
5、一1 的I 帧、I B P 帧、I B B P 帧编码模式及H 2 6 1 编码，经过扩展还可实现H2 6 3 编码。在M P E G 一1 的压缩中，D E C2 1 2 3 0 可实现与N T S C 和P A L 的输人输出接口，产生的数据流为：3 5 2 x 2 4 03 0 f s ( N T S C ) ，3 5 2 x 2 8 92 5 f s ( P A L ) 。这样的标准格式町很方便地用4 块D E C2 12 3 0 压缩卡实现M P E G 一2M P M I 的7 2 0 x 5 7 62 5 ( 或7 0 4 x 5 7 62 5f s ) 压缩。1 2 5数字化趋
6、势P C ! 总线1 6 音顺端口与一P C I 接口单“荇储器 拧制单元8 完成指示横板指8序列完成指示 处理器濮数。m取台单元数据流引擎 1 6 像素 吼M D 引擎量化单元滤波与双瑷存运动处理单无D C T 单元图ID E C2 1 2 3 0 芯片组成框图在目前市场上已推出的以D E C2 1 2 3 0 芯片为主的j 盘缩卡中，大多只能实现单卡单任务工作。而笔者在研究开发中。自行设汁了可开窗订的基于D E C2 1 2 3 0 芯片的M P E C ，一I 压缩卡，并且实现了单机多压缩卡的多任务并行工作。3M P E G 一2 编码器的编码格式设计为利用现有D E C2 1 2 3
7、0 压缩芯片，系统采用隔行视频压缩的M P E G - 2 语法，其编码格式如图2 。3 1 编码格式设计对于图2 所规定的模式，将其划分为6 个窗口，如图3 所示，其前4 个窗1 2 1 分别采用4 块D E C2 1 2 3 0 压缩卡进行并行压缩编码，每块压缩卡将输出l 路( 3 5 2 2 8 8 x 2 5 ) M P E G 一1 数据流，窗口5 和6 则是简单重复窗2和窗4 中最后一个1 6 x 1 6 相应宏块的内容。最终的M P E G - 2 ( M P M L7 2 t ) x 5 7 62 5f s 隔行) 数据流由C P U对前6 个窗几输出的6 个M P E G 一
8、1 数据流进行分析和合并。3 2 组成M P E G 一2 视频流时片和宏块的设定为方便组成M P E G 一2 流，片和宏块的划分如图4 。在前4 个窗口中，因每行可有3 5 2 1 6 = 2 2 个宏块；在垂直方向则有2 8 8 1 6 = 1 8 个宏块行。对于整体图像1 2 6碘场13底场57 2 0 一像素数2 8 8 - ?123 5 2 3 5 37 0 2 7 0 3 7 2 0厦! 至2 臣( J M C 2 3 。I ) 匿( J M C 2 3 0 - 2 1 卧嘶厦场4 l窗1窗2! 亨l 2 8 8 行，。I5 J j 数7 2 0 像衰图2M P E G 一2 的
9、隔行编码体制的规定j _ i 一 F i1 J M C 2 3 03 )I 【J M C 2 3 04 )- t l 。一L 一宙i 2 8 8 像素 6、- _ _ _ 。_ - _ 、，。_ _ _ 一、_ - - v - _ - 、，- - p _ 一 3 5 2 像素3 5 2 像素圈34 块D E C 2 1 2 3 0 压缩仁所要处理的区域3H瞬5晦仟8勰1 6 行1 6 行顶场1 6 行底场6 像煮片IH2与疆场类似注：3 6 个片中，奇数H 巾各有2 2 十宏块偶数片中各有2 3 个霞块 ( 笫2 3 个宏块为其相邻的第2 2 十在块的复制) 。田4 片及宏段的设定数字电视与数
10、字视频广播( 7 2 0 X 5 7 6 ) 1 i i i，将得到3 6 个宏块行，每个宏块行分为两个片，其中奇数片包含2 2 个宏块，偶数片包含2 3 个宏块。相对于M P E G 一1 的输出，窗2 中每片第一个宏块地址增量将在原有基础上增加2 2 。4M P E G 一2 编码系统组成所设计的M P E G - 2 编码器组成如图5 所示。蓄吾 彖据凄 盖图5M P E G 一2 骗码器组成框图基_ 奉视叛漉输出基奉音顺流输出系统主要由视频分割单元，4 块D E C2 1 2 3 0 卡M P E G - 2M P M L 数据流合成单元组成。视频分割单元完成将一路视频信号分割为方案中
11、所规定的4 个窗口，并分别送人4 个压缩卡。M P E G - 2M P M L 数据流合成单元主要由1 台奔腾1 1 4 0 0 的微机来实现。其中4 块压缩卡分别插人计算机的4 个P C I 插槽上。最后所实现的编码器为1 0 台微机，其上留有视频及音频插口，所生成的基本视频及音频流可直接存储在计算机硬盘上，也可通过自行研制的传输卡向外发送。5 参考文献I l 】钟玉琢，乔秉新，祁卫译运动图像及其伴音通用编码国际标准- M P E C - 2 北京：清华大学出版社，1 9 9 76【2 】2 马小虎，张明敏，严华明等编多媒体数据压缩标准及实现北京：清华大学出版社，1 9 9 6 1 2 7
