MPEG-4编/解码设计与剖析（6）

2．MPEG-4视频解码

视频解码工作相对于视频编码，运算量大大降低，在一般情况下，后者是前者的1/3。大家都知道，MPEG-4视频算法是可兼容传统视频帧的面向对象编码的。但是目前视频对象分割是难点，因此几乎所有的MPEG-4视频应用都是基于传统的矩形视频帧来处理的。只不过MPEG-4把整个图像画面看做一个对象，即视频对象平面VOP（Video Object Plane）。

如图14-6所示是VOP解码功能框图，频码流包含I-VOP、B-VOP、P-VOP纹理信息和运动信息。帧间（Inter）和帧内（Intra）解码处理单位仍然是16 16的宏块。其中Intra宏块是图像数据经过IDCT和AC/DC预测得到的。Inter块是块数据间的残差作IDCT，然后加回到比较块，比较块的位置是根根码流中的运动向量MV（1个或4个）的值来确定的。运动向量的精度有1/2像素、1/4像素，这根据码流中的信息来决定，当然有可能指向参考帧的边界外。

XviD CODEC解码算法也提供了对CPU平台的汇编优化支持。检测CPU、初始化核心模块函数指针的代码完全编码工作与相同，请参考前面的小节。

 

（点击查看大图）图14-6  VOP解码功能框图

XviD的MPEG-4解码算法实现以一个函数及其3个不同的参数传递来完成。

/*-------------------------解码器操作-----------------------------------*/
#define XVID_DEC_CREATE  0 /* 创建解码器实例；0代表成功*/
#define XVID_DEC_DESTROY 1 /* 销毁解码器实例；0代表成功*/
#define XVID_DEC_ENCODE  2 /* 解码一帧图像：返回已经解码的字节数（>=0）*/
/*---------------------------编码器入口函数---------------------------------*/
extern int xvid_decore(void *handle, int opt, void *param1, void *param2);
解码器的入口函数xvid_decore的实现如下：
int xvid_decore(void *handle, int opt, void *param1, void *param2)
{
switch (opt) {
case XVID_DEC_CREATE:           /*创建解码器实例*/
return decoder_create((xvid_dec_create_t *) param1);
case XVID_DEC_DESTROY:          /*销毁解码器实例*/
return decoder_destroy((DECODER *) handle);
case XVID_DEC_DECODE:           /*解码一帧图像*/
return decoder_decode((DECODER *) handle,      /*解码器句柄*/
(xvid_dec_frame_t *) param1, /*解码帧结构体*/
(xvid_dec_stats_t*) param2); /*解码状态结构体*/
default:
return XVID_ERR_FAIL;
}
}

上述代码是解码器的所有功能函数，创建解码器实例、使用解码器解码图像、销毁解码器。在应用层，解码器可以有多个，这就通过解码句柄handle来控制不同的解码器。创建解码器decoder_create、销毁解码器decoder_destroy均只调用一次。循环调用decoder_decode解码图像帧。

1）创建解码器实例

创建解码器实例，即解码器句柄。解码器的所有动作和使用配置都是通过该句柄来控制完成的，XviD CODEC视频解码器可以同时解码多路视频。

/*图像分辨率大小发生变化，释放已申请的内存，并重新申请*/
static int decoder_resize(DECODER * dec)
{
/*释放存在的图像空间*/
image_destroy(&dec->cur, dec->edged_width, dec->edged_height);
image_destroy(&dec->refn[0], dec->edged_width, dec->edged_height);
image_destroy(&dec->refn[1], dec->edged_width, dec->edged_height);
image_destroy(&dec->tmp, dec->edged_width, dec->edged_height);
/*所有图像指针清零*/
image_null(&dec->cur);      //当前解码帧的空间y/u/v指针清空
image_null(&dec->refn[0]); //参考帧0的空间y/u/v指针清空
image_null(&dec->refn[1]); //参考帧1的空间y/u/v指针清空
image_null(&dec->tmp);  //tmp临时空间的y/u/v指针清空
xvid_free(dec->last_mbs); //释放宏块结构空间
xvid_free(dec->mbs);      //释放宏块结构空间
dec->last_mbs = NULL;    //指针清空
dec->mbs = NULL;           //指针清空
/*重新申请内存*/
dec->mb_width = (dec->width + 15) / 16;      
 /*图像帧宏块宽度，16的倍数*/
dec->mb_height = (dec->height + 15) / 16;     
 /*图像帧宏块高度，16的倍数*/
dec->edged_width = 16 * dec->mb_width + 2 * 
EDGE_SIZE;/*图像边扩展了的图像宽度*/
dec->edged_height = 16 * dec->mb_height + 2 
* EDGE_SIZE;/*图像边扩展了的图像高度*/
/*申请图像空间*/
if (   image_create(&dec->cur, dec->edged_width, dec->edged_height) 
|| image_create(&dec->refn[0], dec->edged_width, dec->edged_height)
|| image_create(&dec->refn[1], dec->edged_width, dec->edged_height)
|| image_create(&dec->tmp, dec->edged_width, dec->edged_height))
goto memory_error;     //申请失败
/*申请所有宏块的解码信息*/
dec->mbs = xvid_malloc(sizeof(MACROBLOCK) * dec->
mb_width * dec->mb_height, CACHE_LINE);
if (dec->mbs == NULL)  goto memory_error;   //申请失败
memset(dec->mbs, 0, sizeof(MACROBLOCK) * dec->
mb_width * dec->mb_height); /*清空*/
/* 解码B帧时，用到的宏块解码信息 */
dec->last_mbs=xvid_malloc(sizeof(MACROBLOCK)*dec->
mb_width * dec->mb_height, CACHE_LINE);
if (dec->last_mbs == NULL)   goto memory_error; //申请失败
memset(dec->last_mbs, 0, sizeof(MACROBLOCK) * 
dec->mb_width * dec->mb_height);
return 0;
memory_error:
/*释放图像空间、结构体，指针置空 */
xvid_free(dec->mbs);
image_destroy(&dec->cur, dec->edged_width, dec->edged_height);
//释放当前解码帧空间
image_destroy(&dec->refn[0], dec->edged_width, dec->edged_height);
//释放参考帧0空间
image_destroy(&dec->refn[1], dec->edged_width, dec->edged_height);
//释放参考帧1空间
image_destroy(&dec->tmp, dec->edged_width, dec->edged_height);
//释放临时帧空间
/*释放解码器句柄*/
xvid_free(dec);
return XVID_ERR_MEMORY;
}
/*创建编码器实例*/
int decoder_create(xvid_dec_create_t * create)
{
DECODER *dec;
dec = xvid_malloc(sizeof(DECODER), CACHE_LINE); 
/*创建并初始化解码器句柄，使句柄完
全可控*/
if (dec == NULL)   return XVID_ERR_MEMORY;
memset(dec, 0, sizeof(DECODER));
create->handle = dec;      /*获取解码输入的参数*/
dec->width = create->width;
dec->height = create->height;
image_null(&dec->cur);    /*图像空间指针清零*/
image_null(&dec->refn[0]);
image_null(&dec->refn[1]);
image_null(&dec->tmp);
dec->mbs = NULL;
dec->last_mbs = NULL;
init_postproc(&dec->postproc);  
/*支持图像后处理，如滤波、去块效应*/
dec->frames = 0;                    
/*支持B帧解码，用来保存参考帧的时间*/
dec->time = dec->time_base = dec->last_time_base = 0;
dec->low_delay = 0;
dec->packed_mode = 0;
dec->time_inc_resolution = 1;  /* 直到VOL头更改为其他数据 */
/*创建解码器时，已知图像宽度和高度*/
dec->fixed_dimensions = (dec->width > 0 && dec->height > 0);
if (dec->fixed_dimensions)    return decoder_resize(dec);
else  return 0;
}

上述代码实现创建解码器，把图像空间的指针清空，如果已知图像的分辨率，则申请各种空间。如果不知道分辨率或分辨率设置不正确，则解码器在分析码流的头结构后，获取分辨率再重新申请空间。

在创建解码器时，也可以不输入图像分辨率，因为码流中本身有分辨率width、height信息，能够从码流中解析到，然后再重新申请图像空间。