CN100399833C - 使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备。存储器存储与对输入进行量化的量化操作的结果对应的数据。与所述存储器连接的最后非零查找器在量化结果数据被写入存储器的同时查找最后非零位置，并且输出最后非零位置数据。VLC(变长编码器)从量化结果数据和最后非零位置数据找出图案，查找与该图案对应的变长编码，以字为单位对变长编码打包，并输出压缩流。该高速图像压缩设备可减少变长编码时间，并可因减小了变长编码时间而快捷地操作整个压缩系统，由此增加帧频。

Description

使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备

技术领域

本发明一般涉及一种使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备，更具体地，涉及一种使用能够实现高速VLC(变长编码器)的最后非零检测电路的高速图像压缩设备，通过增加最后非零检测功能来改善图像压缩系统的性能。

背景技术

在使用统计方法消除数据冗余的无损压缩技术中，已经在例如JPEG(联合图像专家组)、MPEG(运动图像专家组)和H.263的国际标准中采用变长编码(variable length coding)用于图像压缩操作。

通常，图像压缩系统包括DCT(离散余弦变换)、量化器、VLC(变长编码器)等。DCT将空间域图像转换为频率域图像。量化器利用有损压缩技术减小频率域数据。VLC对量化结果数据执行无损压缩。

图像压缩操作以块为单位进行，每块分别由64个像素组成。即一帧被分成多个块。DCT、量化器和VLC操作在各个块上重复执行，以获得整个图像的压缩数据。

因为根据图像特性，8×8像素的频率域数据中的非零值主要集中在低频域，所以Z字形扫描(zigzag scan)首先以DC(直流)分量开始而最后进入高频域，并且重新排列数据，从而可对应于重排的顺序进行变长编码。通过对应于重排的顺序进行扫描，找出特定数据图案(pattern)，并且把所找出的特定数据图案映射到密码本(codebook)来进行变长编码。在扫描的同时，进行查找非零值的处理、计算直到所发现的非零值之前的像素的游程(run)、并确定所发现的非零值是否是给定块中的最后非零值，数据图案通过由“游程”(Run)、“数值”(Value)、和“最后”(Last)这些参数组成的集合来表述。

图1是示出了常规图像压缩流程的方框图。如图1所示，图像压缩的常规功能块包括DCT(离散余弦变换)1、DCT数据存储器2、量化器3、量化器数据存储器4、和VLC(变长编码器)5等。

如上所述，整个图像被分成分别由8×8像素组成的多个块。在各个块通过DCT 1、量化器3和VLC 5之后，产生了压缩流。一个块如图2所示存储在存储器中。图1所示的DCT数据存储器2和量化器数据存储器4基于图2所示的存储格式。

DCT 1将空间域图像转换成频率域图像。通常，在这种频率域图像中，低频率分量的数目大于高频率分量的数目。因为将空间域图像转换成频率域图像时，信息集中在低频率分量上，所以容易进行压缩。来自DCT 1的离散余弦变换结果数据存储在DCT数据存储器2中，并且被一个像素一个像素地进行量化。量化是一种仅留下人眼可感知的图像数据而丢弃剩余图像数据的有损压缩方法。因为高频率分量不会影响人眼感知图像，所以主要留下低频率分量，由此提高压缩率。VLC 5使用统计方法对量化结果数据执行无损压缩操作，以产生最终压缩流。

图3是示出了常规VLC(变长编码器)的方框图。如图3所示，常规VLC 5包括图案查找器51、最后非零查找器52、密码本查找器53和打包器(packer)54。

图案查找器51从量化结果数据中查找具有“游程”、“数值”和“最后”这三个参数的图案。在此，“数值”参数是当前像素的值、“游程”参数是具有连续零值的在先像素的个数，并且“最后”参数表明当前像素之后是否已没有非零值。

图案查找器51随后从量化器数据存储器4中读取这些数值来创建一个图案。当所读取的值为0时，图案查找器51将游程数加一。然而，当读取值非零时，“数值”参数被设定为读取值。接着，当后边的像素值全为0时，“最后”参数被设定为1。但是，当后边像素值不全是零时，“最后”参数被设定为0。重复这个图案创建过程。所创建的图案被输入到密码本查找器53中。密码本查找器53查找与该图案相对应的变长码。由变长码构成依据图像压缩方案预设的表。在该表中，当图案出现的数目大时，相应图案与短编码相对应，当图案出现的数目小时，相应图案与长编码对应。根据该表，执行统计压缩。打包器54通过以字为单位打包变长码的比特，创建最终压缩流。

在查找图案的过程中，通过用于在交替方向进行编码的Z字形扫描，将数据重新排序。因为大部分高频率分量被设定为0，所以可以利用少量的图案对这些块进行编码。

数据图案中的“最后”参数指示在Z字形扫描中的当前像素是否具有最后非零值。“最后”参数为1表示后续像素值都为0。“最后”参数不能仅由当前像素值来确定，而要在检查剩余的像素后才能确定。只有在对应像素索引63的最后像素而非当前像素被检查之后，才创建最后的图案。因此，该处理效率低。为了应对该问题，如图3所示，常规上使用最后非零查找器52。最后非零查找器52从像素索引63开始，以图5所示的反向Z字形扫描顺序，执行查找最后非零像素的位置的操作。当最后非零查找器52查找到最后非零像素并且通知图案查找器51该最后非零像素的位置时，图案查找器51可在最后非零像素的位置终止查找图案的处理。

以反向扫描顺序从量化器数据存储器4读取用作VLC输入的量化结果数据的操作仅仅用于识别最后非零像素的位置。如果可预先识别最后非零像素的位置，则可在扫描顺序中立刻执行编码操作，而无需执行上述反向扫描顺序的读操作。在执行了DCT操作之后，根据图像特性，大部分像素属于低频域。因为以反向扫描顺序查找非零像素需要很长的时段，所以VLC操作被显著延迟。

图6示出了像素索引15具有最后非零值的实例。如图6所示，扫描顺序中的最后非零像素对应于像素索引15。为了查出该最后非零像素，需要从像素索引63开始以反向扫描顺序进行50次存储器访问，接着以扫描顺序从像素索引0开始执行编码操作。用于实际编码的扫描大约需要15个周期，同时用于查找最后非零像素的反向扫描大约需要50个周期。因此上述操作的效率低。

图7是示出了块的数目的曲线图，在这些块中，最后非零值出现在对应的像素索引中。在图7中，以扫描顺序排列输入到VLC(变长编码器)中的常规图像数据中的具有最后非零值的像素索引。从图7中可见，最后非零值集中在64个像素中像素索引0到9的范围中。

图8是示出了累计块数的百分比的曲线图，在这些块中，最后非零值出现在对应的像素索引中。从图8中可见，在大约80％的块中，最后非零值集中在与64个像素的一半对应的像素索引0到31的范围内。另外，从图8中可见，大约80％的块消耗了大约50％或更多的VLC操作时间来查找最后非零像素。

因为用作编码预处理的反向扫描处理通常增加时间的延迟，所以问题在于，所增加的时间延迟成为了导致实现高速VLC时操作效率低的因素。

发明内容

因此，鉴于上述和其它问题作出了本发明，本发明的一个目的是提供一种使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备，通过增加最后非零检测功能实施高速VLC(变长编码器)，改进整个图像压缩系统的性能。

根据本发明的一个方面，通过使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备可实现上述和其它目的，该设备包括：存储器，用于存储与对输入进行量化的量化操作的结果对应的数据；连接到所述存储器的最后非零查找器，用于在量化结果数据被写入所述存储器的同时查找最后非零位置，并输出最后非零位置数据；和VLC(变长编码器)，用于根据量化结果数据和最后非零位置数据找出图案，查找与该图案对应的变长码，将变长码以字为单位打包，并输出压缩流。

优选地，所述最后非零查找器包括：扫描顺序转换器，用于根据转换所述存储器的访问顺序所需的地址信号，执行向对应于Z字形扫描顺序的地址的转换，并且输出扫描位置数据；非零检测器，用于根据检测非零位置所需的数据信号，输出检测结果值；比较器，用于根据扫描位置数据和最后非零位置数据，输出比较结果值；逻辑操作元件，用于对从非零检测器输出的检测结果值、从比较器输出的比较结果值、和写信号执行逻辑操作，当存储仅仅要在VLC中使用的数据时需要所述写信号；多路转接器(multiplexer)，用于接收并多路转接来自所述逻辑操作元件的逻辑操作结果值、所述扫描位置数据、和所述最后非零位置数据；和非零位置寄存器，用于根据来自所述多路转接器的多路转接结果值选择和更新当前写地址，并将最后非零位置数据输出给所述比较器、所述多路转接器和所述VLC。

优选地，该VLC包括：图案查找器，用于从最后非零位置数据和量化结果数据中找出图案；密码本查找器，用于查找与所述图案对应的变长码；和打包器，用于以字为单位对变长码的比特进行打包，并输出压缩流。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和其它优点通过下面结合附图的详细描述变得更容易理解，其中：

图1是示出了常规图像压缩流程的方框图；

图2示出了8×8块存储器的结构；

图3是示出了常规VLC(变长编码器)的方框图；

图4示出了用于8×8块存储器的Z字形扫描顺序；

图5示出了最后非零查找中的反向扫描；

图6示出了像素索引15具有最后非零值的示例；

图7是示出了块的数目的曲线图，在所述块中，最后非零值出现在相应像素索引中；

图8是示出了块的累计数目的百分比的曲线图，在所述块中，最后非零值出现在相应像素索引中；

图9是示出根据本发明的一个实施例的VLC(变长编码器)的结构的方框图；

图10是示出了根据本发明的最后非零检测器的方框图；以及

图11A和11B示出了执行本发明的压缩和执行常规压缩所需的时间的对比。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图9是示出了根据本发明的图像压缩系统的结构的方框图。如图9所示，根据本发明的系统包括：VLC(变长编码器)10、最后非零检测器或者查找器20、和量化器数据存储器30。

VLC 10包括图案查找器101、密码本查找器102和打包器103。从图9可见，除了与最后非零查找器20分立之外，根据本发明的VLC 10类似于常规的VLC。另外，从图9可见，与量化结果对应的数据被同时输入到最后非零查找器20和量化器数据存储器30中。

与VLC 10分立的最后非零查找器20连接到量化器数据存储器30的输入端。

在作为VLC 10输入的数据被写入依据本发明的量化器数据存储器30的同时，对最后非零位置进行查找，并且在VLC 10中使用查出的位置数据。VLC 10创建图案而不需在开始编码处理前执行最后非零查找，由此减少了VLC 10的操作时间。

与执行最后非零查找的常规VLC的操作时间相比，根据本发明的VLC的操作时间可被缩短。即，在量化结果数据被写入量化器数据存储器30的同时检测最后非零位置。当量化完成时，检测出最后非零位置。VLC 10不需额外花费时间去查找最后非零位置。

在量化结果数据完成存储并且同时检测出最后非零位置的情况下，将量化结果数据和最后非零位置数据传送给图案查找器101。

图10是示出根据本发明的最后非零检测器20的方框图。如图10所示，根据本发明的最后非零检测器20包括扫描顺序转换器201、非零检测器202、比较器203、AND门204、多路转接器205和非零位置寄存器206。

最后非零检测器20使用地址、数据、和WR(写)信号来访问量化器。地址信号用于将存储器访问顺序转换为Z字形扫描顺序。数据信号用于检测非零位置。WR信号用于提取待写的像素，即，仅仅将在VLC 10中使用的数据。

扫描顺序转换器201根据地址信号执行向对应于Z字形扫描顺序的地址的转换，并且输出扫描位置数据。如上所述，扫描顺序转换器201将常规存储器地址转换为对应于Z字形扫描顺序的地址。

非零检测器202根据数据信号输出检测结果值。此时，非零检测器202在数据信号非零时输出1。非零检测器202在数据信号为0时输出0。

比较器203同时接收来自扫描顺序转换器201的以“a”标示的扫描位置数据值、和来自非零位置寄存器206的指示最后非零位置的以“b”标示的输出值，并随后输出比较结果值。比较器203比较两个值a和b。如果a＞b则比较器203输出值1。而如果a≤b，则比较器203输出值0。

根据WR信号、从非零检测器202输出的检测结果值和从比较器203输出的比较结果值，AND门204输出逻辑操作结果值。即从AND门204输出的逻辑操作结果值用作多路转接器205的选择信号。

多路转接器205对选择信号、扫描位置数据和从非零位置寄存器206输出的值进行多路转接，并且接着输出多路转接结果值。

非零位置寄存器206将指示多路转接器205输出的最后非零位置的信号传送给比较器203、多路转接器205和图案查找器101。

如上所述构造的最后非零检测器执行下列操作。

首先，非零位置寄存器206被初始化为0，并且在数据写入量化器数据存储器30时更新。当比较器203的比较结果值是1或者扫描顺序中的当前值大于前一值，对应于从非零检测器202输出的值1的数据是非零值，并且执行对应于WR信号为1的写操作时，执行更新操作。当满足上述三个要求时，AND门204输出1。如果多路转接器205输出1，则非零位置寄存器206选择并更新当前写地址。否则，保留前一值。

当量化数据存储器30中的写操作完成时，非零位置寄存器206输出一个值。现有技术需要很多时间来获得从非零位置寄存器206输出的值。VLC 10使用从非零位置寄存器206输出的值。

因此，因为VLC 10可在执行编码处理之前识别最后非零位置，所以可快捷地执行编码操作。

图11A和11B示出对执行本发明的压缩和常规压缩所需时间进行对比的示例。参考图11A和11B，根据现有技术的VLC(变长编码器)在量化之后执行最后非零查找，并且在变长编码前，需要预定的时间进行最后非零查找。因此变长编码因最后非零查找或检测所需的时间而延迟。然而，因为最后非零查找或者检测在量化期间执行，所以根据本发明的VLC(变长编码器)可无时间延迟地对数据进行编码，由此减少了变长编码时间和压缩系统的整体压缩时间。

从上面描述显而易见，本发明提供了一种使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备，可减少变长编码时间并且可因缩短了变长编码时间而快速地操作全部压缩系统，由此增加帧频(frame rate)。

本发明可用于使用基于VLC(变长编码器)的图像压缩技术(例如JPEG(联合图像专家组)、MPEG(活动图像专家组)、和H.263)的低功率移动视频终端。

虽然为解释的目的公开了本发明的优选实施例，但是本技术领域的技术人员应该理解到，可进行的各种改进、增加和替代，而不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (3)

1.一种使用最后非零检测电路的高速图像压缩设备，所述高速图像压缩设备包括：

存储器，用于存储与量化操作的结果对应的数据，所述量化操作对输入进行量化；

最后非零查找器，与所述存储器连接，用于在量化结果数据被写入所述存储器的同时查找最后非零位置，并输出最后非零位置数据；和

变长编码器，用于根据所述量化结果数据和所述最后非零位置数据找出图案，查找与该图案对应的变长码，以字为单位对所述变长码进行打包，并输出压缩流。

2.根据权利要求1所述的高速图像压缩设备，其中所述最后非零查找器包括：

扫描顺序转换器，用于根据转换所述存储器的访问顺序所需的地址信号，执行向对应于Z字形扫描顺序的地址的转换，并且输出扫描位置数据；

非零检测器，用于根据检测非零位置所需的数据信号，输出检测结果值；

比较器，用于根据所述扫描位置数据和所述最后非零位置数据，输出比较结果值；

逻辑操作元件，用于对所述非零检测器输出的检测结果值、所述比较器输出的比较结果值、和写信号执行逻辑操作，当存储仅仅要在变长编码器中使用的数据时，需要所述写信号；

多路转接器，用于接收并多路转接从所述逻辑操作元件输出的逻辑操作结果值、所述扫描位置数据、和所述最后非零位置数据；和

非零位置寄存器，用于根据从所述多路转接器输出的多路转接结果值选择和更新当前写地址，并且将所述最后非零位置数据输出到所述比较器、所述多路转接器和所述变长编码器。

3.根据权利要求1或者2所述的高速图像压缩设备，其中所述变长编码器包括：

图案查找器，用于根据最后非零位置数据和量化结果数据找出所述图案；

密码本查找器，用于查找与所述图案对应的变长码；和

打包器，用于以字为单位对所述变长码的比特打包，并输出所述压缩流。

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