CN100525446C - 可纵向译码输出的区块译码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可纵向译码输出的区块译码方法及装置，其利用扫描压缩数据流而获得解压缩影像的每一个最小编码单元行在该压缩数据流的起始地址，而使译码装置能够由纵向对区块执行霍夫曼译码，再通过反锯齿排列、反量化处理、反离散余弦转换及经旋转处理后，可以获得90°旋转的区块，由于译码的方向与打印机输出的方向一致，因此仅需暂存该解压缩影像的一列的区块数据即可进行打印输出，因此可以大幅减少所需的记忆空间。

Description

可纵向译码输出的区块译码方法及装置

技术领域

本发明涉及一种区块译码方法及系统，特别是一种可纵向(longitudinal)译码输出的区块译码方法及系统。

背景技术

区块译码是一种已知的影像压缩/解压缩技术，其中广为人知的是联合图像专家组(JPEG)译码，图1是一种现有的JPEG译码器10的方块图，其主要由译码装置110、反锯齿(de-zigzag)排列装置120、反量化装置130、反离散余弦装置140、色彩空间转换装置150、控制装置160及记忆装置170构成，用于对JPEG压缩影像文件100进行译码。而该JPEG压缩影像文件100中提供有关于其压缩数据流101的表格数据102及表头数据103，此表格数据102包括编码表格111及反量化表格131等，以便当JPEG译码器10译码压缩数据流100时，译码装置110依据编码表格111对压缩数据101执行霍夫曼译码，而获得由一维排列的像素所构成的一维区块，反锯齿排列装置120依据JPEG标准所规范的锯齿排列顺序将一维区块排列成由二维排列的像素所构成的二维区块，图2示出了前述的锯齿排列顺序，箭头所示即为将一维区块的像素排列成二维区块的像素的顺序，其依序由横向(右)、斜向(左下)、下、斜向(右上)等方向排列。

前述反量化装置130根据反量化表格131对二维区块执行反量化运算，以获得一个二维反量化区块。图3示出了此反量化表格131内容的一个例子。前述反离散余弦装置140将二维反量化区块由频率域(frequency domain)转换为空间域(spatial domain)。前述色彩空间转换装置150再对二维空间域区块进行色彩转换，以便把三补色(YCbCr)格式转换为三原色(RGB)格式，从而获得近似原始影像的解压缩影像区块。

控制装置160控制整个JPEG译码流程，以获得RGB格式的解压缩影像200。并执行前述译码装置110、反锯齿排列装置120、反量化装置130、反离散余弦装置140、色彩空间转换装置150等内部缓存器的初始化及设定。前述记忆装置170则暂存JPEG压缩影像文件100及解压缩影像200。

由前述的JPEG译码过程可知，JPEG译码器10需要对压缩数据流101的区块依序进行译码，再重新组合成完整的解压缩影像200，如以图4所示的图像来表示解压缩影像200，可了解JPEG译码器10是依据图4中的方向A(横向)依序译码每一个区块41。而当要打印解压缩影像200时，一般打印机的进纸方向是如图4中的方向B，并依据图4中的方向C(纵向)来撷取解压缩影像200的区块41，所以可以知道，JPEG译码器10需要先由压缩数据流101译码出所有区块41并将其暂存至记忆装置170后，才能依据方向C所示撷取解压缩影像200，以便打印输出，不过随着影像的分辨率的增加，记忆装置170也需要加大，以储存大量的数据，以图4所示的具有(M+1)×(N+1)个区块的解压缩影像200为例，如果每一个区块包括红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)三颜色，每一个区块所需的记忆空间为8×8×3字节，则JPEG译码器10所需的已忆装置170的大小将高达(M+1)×(N+1)×643字节，从而造成硬件成本高昂。

为避免前述问题，在USP6298166号专利中，其在编码压缩时一并纪录下关于压缩单元的额外信息(additional information aboutcompressed units)，这些额外信息包括了压缩单元的位置指针等。这些额外信息并不是在JPEG标准规格定义中必需具备的数据，而是提供给特殊化的JPEG译码器使用的。根据这些额外信息，JPEG译码器可以在纵向上译码，并根据影像旋转与镜射的要求重新排列后，再进行压缩，输出JPEG文档。前述的技术是在编码压缩时进行额外的处理，此系统较适合在数字影像输入系统内部执行旋转与镜射的功能，对于非数字影像输入系统如何进行纵向处理则未提及，另外，这篇专利中所提及的是在频率域处理影像镜射及旋转的方法，而不是在空间域处理影像镜射及旋转的方法，较偏向于理论推导，缺乏实际运作的装置。由此可知，现有的JPEG译码方法在实用性上仍有改善的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种可纵向译码输出的区块译码方法及装置，能够节省所需数据缓冲存储器的大小，从而达到节省成本的目的，同时，只需稍微改变JPEG译码器的结构，即可进行JPEG横向及纵向区块译码，不需要使用特殊的压缩格式或一定要在数字影像输入系统内才能进行JPEG纵向区块译码。

依据本发明的特色，提出一种可纵向译码输出的区块译码方法，其对输入的压缩数据流进行译码以获得具有多个以行列排列的区块的解压缩影像，每一个区块由二维排列的像素构成，且K个区块(K为大于1的正整数)构成最小编码单元行，该方法包括扫描步骤，其对压缩数据流进列扫描，以获得每一个最小编码单元行在压缩数据流中的起始地址，以及在最小编码单元行中的K个区块的直流值；译码步骤，依据最小编码单元行的起始地址，以便由纵向对区块执行霍夫曼译码，从而获得最小编码单元行内K个区块的频率值；反锯齿排列步骤，以反锯齿排列顺序对最小编码单元行内N个区块的每个频率值进行重排；反量化步骤，用反量化表格对重排后最小编码单元行内K个区块的频率值执行反量化运算；反离散余弦转换步骤，用于把反量化后的最小编码单元行内K个区块由频率域转换至空间域，以获得最小编码单元行内K个区块的空间域系数；旋转步骤，用于对最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行旋转运算。

依据本发明的另一个特色，提供一种可纵向译码输出的区块译码装置，其对输入的压缩数据流进行译码，以获得具有多个以行列排列的区块的解压缩影像，每一个区块由二维排列的像素构成，K个区块(K为大于1的正整数)构成最小编码单元行，装置包括记忆装置、译码装置、控制装置、反锯齿排列装置、反量化装置、反离散余弦装置及旋转装置。记忆装置用于储存压缩数据流；译码装置耦合至记忆装置，以接收压缩数据流，对压缩数据流扫描而获得每一个最小编码单元行在压缩数据流中的起始地址及在最小编码单元行中的K个区块的直流值，并储存至记忆装置；控制装置耦合至记忆装置，依据最小编码单元行的起始地址及在最小编码单元行中的K个区块的直流值，由纵向对最小编码单元行中的K个区块执行霍夫曼译码，从而获得最小编码单元行内K个区块的频率值，并储存至记忆装置；反锯齿排列装置耦合至译码装置及记忆装置，以反锯齿排列顺序对最小编码单元行内K个区块的每个频率值进行重排动作；反量化装置耦合至锯齿排列装置，以反量化表格对重排后最小编码单元行内K个区块的频率值执行反量化运算；反离散余弦装置耦合至反量化装置，用于把反量化后的最小编码单元行内K个区块的由频率域转换为空间域，以获得最小编码单元行内K个区块的空间域系数；旋转装置耦合至反离散余弦装置及记忆装置，用于对最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行旋转运算，并对旋转化后的最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行向上取样运算。

附图说明

图1是现有JPEG译码器的方块图。

图2示出了现有JPEG译码的锯齿排列顺序。

图3示出了现有JPEG译码的反量化表格的例子。

图4示出了一个解压缩影像。

图5是本发明的纵向译码输出的区块译码装置的方块图。

图6是本发明的纵向译码输出的区块译码方法的流程图。

图7是影像中4:2:2压缩格式的示意图。

图8是影像中4:2:0压缩格式的示意图。。

图9示出了本发明扫描表格的示意图。

图10是本发明旋转装置执行0°旋转运算的示意图。

图11是本发明旋转装置执行90°旋转运算的示意图。

图12示出了本发明的用记忆装置暂存解压缩影像的最小编码单元行的示意图。

主要组件符号说明：

JPEG译码器          10       JPEG影像文件      100

压缩数据流          101      表格数据          102

表头数据            103      区块译码装置      50

霍夫曼译码装置      110      编码表格          111

扫描表格              112     反锯齿排列装置    120

反量化装置            130     反量化表格        131

反离散余弦装置        140     色彩空间转换装置  150

控制装置              160     频率值            161

记忆装置              170     旋转装置          180

解压缩影像            200     多个区块          201

区块                  41      记忆装置          570

区块1                 701     区块2             702

具体实施方式

有关本发明的可纵向译码输出的区块译码装置的优选实施例，以JPEG译码为例进行说明，如图5所示的方块图，其用于对输入的压缩影像文件100进行译码，以获得具有多个区块201的解压缩影像200，多个区块201以二维数组方式排列，区块(i，j)为解压缩影像200的第i行第j列的区块(i＝0～M、j＝0～N，M、N为整数)，K个区块(K为大于1的正整数)构成最小编码单元行(Minimum Code Unit Row、MCUR)。压缩影像文件100中提供有关其压缩数据101的表格数据102及表头数据103，此表格数据102包括编码表格111及反量化表格131等。

区块译码装置50包括记忆装置570、译码装置110、控制装置160、反锯齿排列装置120、反量化装置130、反离散余弦装置140、色彩空间转换装置150及旋转装置180。

参照图6所示的本发明的可纵向译码输出的区块译码方法的流程图，当欲进行译码输出时，如不选择纵向输出，由于本发明的译码装置110、反锯齿排列装置120、反量化装置130、反离散余弦装置140、色彩空间转换装置150、及记忆装置570等都可以通过与传统JPEG译码器相同的方式运作，因此，本发明的区块译码装置仍可以象现有的那样，由横向译码输出(步骤S620)。

当选择纵向输出时，以译码装置110对压缩数据流101进行扫描，从而产生扫描表格112。扫描表格112包括每一个最小编码单元行在压缩数据流中的起始地址及在最小编码单元行(MCUR)中的K个区块的直流值，并储存至记忆装置(步骤S601)。

图7是影像200中4:2:2压缩格式的示意图。其中，R1、R2、G1、G2、B1及B2分别为区块1(701)及区块2(702)的红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)成分。经由RGB至YUV(也称为YCrCb)转换后，分别获得区块1及区块2的YUV成分(Y1、Y2、U1、U2、V1及V2)。U1及U2、V1及V2经水平方向向下取样分别获得U、V区块。在4:2:2格式中，最小编码单元行(MCUR1)由标示Y1、Y2、U及V四个区块所组成。图8是影像200中4:2:0压缩格式的示意图。U1、U2、U3及U4、V1、V2、V3及V4经水平及垂直方向向下取样而分别获得U、V区块。在4:2:0格式中，最小编码单元行(MCUR1)由标示Y1、Y2、Y31、Y4、U及V六个区块所组成。

前述的扫描先对压缩数据流100执行霍夫曼译码，产生扫描表格112。图9是扫描表格112的示意图，其中包括直流值及起始地址。在4:2:2格式最小编码单元行中，直流值有四组，分别对应至Y1、Y2、U及V四个区块。在4:2:0格式最小编码单元行中，直流值有六组，分别对应至Y1、Y2、Y3、Y4、U及V六个区块。

前述控制装置160接收压缩数据流101，并依据扫描表格112所获得的最小编码单元行的起始地址，依据纵向(列方向)区块的顺序执行霍夫曼译码，以获得最小编码单元行中区块内每个频率值161，并储存在记忆装置570中。在该步骤中，由于每一个最小编码单元行在压缩数据流101中的起始地址是已知的，因此能够以起始地址选择所要译码的区块，达到按照纵向顺序进行译码的效果。

由于在JPEG规格中，每一个区块的直流值(DC)是利用差分脉冲编码调制(Differential Pulse Code Modulation、DPCM)的方法进行编码的。当控制装置160依纵向顺序进行译码时，最小编码单元行中区块内的直流值无法参照横向顺序的前一个区块做DPCM。所以控制装置160依据扫描表格112所获得的正确直流值。

前述反锯齿排列装置120耦合至记忆装置570，以便依据图2所示锯齿排列顺序对最小编码单元行中的区块(i，j)内每个频率值161进行重排动作(步骤S603)。

反量化装置130耦合至反锯齿排列装置120，其依据图3的反量化表格131对最小编码单元行中的二维区块(i，j)执行反量化运算，以获得一个二维反量化区块(i，j)(步骤S604)。

反离散余弦装置140耦合至反量化装置130，用于把最小编码单元行中的二维反量化区块(i，j)由频率域(frequency domain)转换为空间域(spatial domain)(步骤S605)。

旋转装置180耦合至反离散余弦装置140，用于对最小编码单元行中的二维空间域区块(i，j)进行旋转运算(步骤S606)。旋转装置180利用旋转表格(图中未示出)对一个二维空间域区块(i，j)进行旋转运算。旋转运算的旋转角度可以是0°、90°、180°或270°。图10是旋转装置180执行0°旋转运算的示意图。由于须依据图4中的方向A(横向)打印，所以旋转装置180对二维空间域区块(i，j)进行重新排列，再储存于内存，以方便后续的运算。图11是旋转装置180执行90°旋转运算的示意图。由于须依据图4中的方向A(横向)打印，旋转装置180执行90°旋转运算后，再对旋转后的二维空间域区块(i，j)进行重新排列，最后储存于内存，以方便后续的运算。基于上述说明，旋转装置180执行180°或270°旋转运算对于本领域技术人员而言，能够轻松完成，故不再赘述。

在编码时，YUV4:2:2格式在水平方向进行向下取样运算。在译码时，由于已经执行过旋转运算，所以旋转装置180在垂直方向进行向上取样运算，以便把译码的Y1、Y2、U及V四个区块扩充为译码的Y1、Y2、U1、U2、V1及V2六个区块。在编码时，YUV4:2:0格式在水平及垂直方向进行向下取样运算。在译码时，旋转装置180在垂直及水平方向进行向上取样运算。

色彩空间转换装置150耦合至反离散余弦装置140及旋转装置180，用于对最小编码单元行中的二维空间域区块(i，j)进行色彩转换，而由YCbCr格式转换为RGB格式，从而获得近似原始影像的解压缩影像的区块(i，j)(步骤S607)。

步骤608判断是否完成一列最小编码单元行的区块的译码，如否，则再执行步骤S602～S607，以便对下一个最小编码单元行进行译码，如是，则可将已完成译码的一列最小编码单元行输出(步骤S609)，再对下一列最小编码单元行进行译码，直至完成全部的译码。

图12示出了用记忆装置570暂存解压缩影像200的最小编码单元行的区块(i，j)的示意图，其中，每个最小编码单元行区块(i，j)具有多个(K个)次区块，每个次区块包括64个像素(编号1至64)。在4:2:2格式中，最小编码单元行由标示Y1、Y2、U及V四个区块所组成。也就是说，一列的最小编码单元行对应解压缩影像200中的16列像素。而记忆装置570仅需暂存解压缩影像200的一列最小编码单元行即可进行打印输出。所以用YUV4:2:2格式，每一列最小编码单元行将产生16行解压缩影像，所以仅需(M+1)×8×16×3个储存字节来暂存解压缩影像200中的16行解压缩影像，即可做到影像纵向输出。

由以上说明可知，本发明是利用扫描压缩数据流而获得解压缩影像的每一个最小编码单元行在压缩数据流的起始地址，从而使得译码装置能由纵向对区块执行霍夫曼译码。再通过反锯齿排列和反量化处理、反离散余弦转换、以及经旋转处理后，可获得90°旋转的区块。由于译码的方向与打印机输出的方向一致，因此仅需暂存解压缩影像的一行最小编码单元行的影像数据即可进行打印输出，故可大幅减少所需的记忆空间。且其所处理的压缩数据流的格式即为JPEG标准格式，并不需要额外的信息，而译码的过程也兼容于JPEG标准，因此可与传统的JPEG译码器相结合，达成同时支持纵向及横向译码的目的。

上述实施例仅仅是为了方便说明而进行的举例，本发明所述的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (12)

1.一种可纵向译码输出的区块译码方法，其对输入的压缩数据流进行译码以获得具有多个以行列排列的区块的解压缩影像，每一个区块由二维排列的像素构成，且K个区块构成最小编码单元行，其中K为大于1的正整数，所述方法包括：

扫描步骤，其对所述压缩数据流进行扫描，以获得每一个最小编码单元行在所述压缩数据流中的起始地址以及在所述最小编码单元行中的K个区块的直流值；

译码步骤，其依据最小编码单元行的起始地址及所述最小编码单元行中的K个区块的直流值，由纵向对区块执行霍夫曼译码，从而获得所述最小编码单元行内K个区块的频率值；

反锯齿排列步骤，以反锯齿排列顺序对所述最小编码单元行内K个区块的每个频率值进行重排；

反量化步骤，以反量化表格对重排后最小编码单元行内K个区块的频率值执行反量化运算；

反离散余弦转换步骤，用于把所述反量化后的所述最小编码单元行内K个区块由频率域转换到空间域，以获得所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数；以及

旋转步骤，用于对所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行旋转运算。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

向上取样步骤，用于对所述旋转化后的所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行向上取样运算。

3.如权利要求2所述的方法，其还包括色彩空间转换步骤，其用于对所述向上取样后的所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数进行色彩转换。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述色彩空间转换步骤是把YCbCr格式转换为RGB格式。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述扫描步骤到所述色彩空间转换步骤是重复执行的，用于对所述压缩数据流中所有区块由纵向进行译码。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述压缩数据流是依据JPEG标准进行压缩所产生的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述旋转运算的旋转角度是0度、90度、180度及270度的其中之一。

8.一种可纵向译码输出的区块译码装置，其对输入的压缩数据流进行译码，以获得具有多个以行列排列的区块的解压缩影像，每一个区块由二维排列的像素构成，K个区块构成最小编码单元行，其中K为大于1的正整数，所述装置包括：

记忆装置，其用于储存所述压缩数据流；

译码装置，其耦合至所述记忆装置，用于接收所述压缩数据流，对所述压缩数据流扫描而获得每一个最小编码单元行在所述压缩数据流中的起始地址及在所述最小编码单元行中的K个区块的直流值，并储存至所述记忆装置；

控制装置，其耦合至所述记忆装置，依据最小编码单元行的起始地址以及在所述最小编码单元行中的K个区块的直流值，由纵向对所述最小编码单元行中的K个区块执行霍夫曼译码，从而获得最小编码单元行内K个区块的频率值，并储存至所述记忆装置；

反锯齿排列装置，其耦合至所述译码装置及所述记忆装置，以反锯齿排列顺序对最小编码单元行内K个区块的每个频率值做重排动作；

反量化装置，其耦合至所述反锯齿排列装置，以反量化表格对重排后最小编码单元行内K个区块的频率值执行反量化运算；

反离散余弦装置，其耦合至所述反量化装置，用于把反量化后的所述最小编码单元行内K个区块由频率域转换为空间域，以获得所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数；以及

旋转装置，其耦合至所述反离散余弦装置及所述记忆装置，用于对所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数执行旋转运算，并对所述旋转化后的所述最小编码单元行内K个区块的所述空间域系数执行向上取样运算。

9.如权利要求8所述的区块译码装置，其还包括色彩空间转换装置，其耦合至所述记忆装置，对向上取样后的所述最小编码单元行内K个区块的空间域系数进行色彩转换。

10.如权利要求9所述的区块译码装置，其中，所述色彩空间转换装置把YCbCr格式转换为RGB格式。

11.如权利要求8所述的区块译码装置，其中，所述压缩数据流是依据JPEG标准进行压缩所产生的。

12.如权利要求8所述的区块译码装置，其中，所述旋转运算的旋转角度是0度、90度、180度及270度的其中之一。

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