CN111279617A - 数据解压缩的装置与方法 - Google Patents

Abstract

提供一种数据解压缩的装置与方法，该装置包括控制模块、缓存模块与解压缩模块。控制模块用于，将包括压缩单元的压缩数据载入缓存模块，压缩单元包括压缩信息与非零数据，压缩信息表示压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置；控制模块还用于，向解压缩模块发送当前压缩单元在缓存模块中的初始存储位置；解压缩模块用于，根据初始存储位置，在缓存模块中读取当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取当前压缩单元对应的原始数据。不存在压缩数据与压缩指令之间的同步问题，可以在一定程度上减小数据解压缩的时间开销，从而可以提高数据解压缩的效率。

Description

数据解压缩的装置与方法

版权申明

本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。

技术领域

本申请涉及数据处理领域，并且更为具体地，涉及一种数据解压缩的装置与方法。

背景技术

在数据处理过程中，通常待处理的数据要从存储器(Memory)中读取，送入处理单元进行处理。例如，在神经网络的计算过程中，参与计算的数据量巨大，主要是特征图数据和权重数据，这些数据都要从存储器中读取，送入处理单元(例如，计算单元(CalculateUnit))中参与计算。可以理解到，在数据带宽(Bandwidth)有限的情况下，如果处理单元在单位时间内获得的数据越多，处理单元的利用率越高，直到处理单元满负载工作。

为了提高数据处理效率，数据压缩技术被提出来。可以理解到，如果将数据进行有效压缩，那么一块数据在存储器中的存储空间将会变小，相应地，只需要更小的数据带宽、更短的时间就可以把这块数据装载到处理单元中，这样可以提高数据处理效率。

从Memory中读取压缩数据并送入处理单元后，需要先解压缩，然后对解压缩之后的数据进行处理。

现有技术的数据压缩与数据解压缩方案通常为，分别从存储器读取压缩数据与压缩指令，然后将压缩数据与压缩指令传输到解压缩装置中进行数据解压。在现有的数据解压缩过程中，存在压缩数据与压缩指令之间的同步问题，如果二者的传输不同步，会产生相互等待从存储器中读取回来的时间开销，这会增大解压缩的时间开销。如果解压缩的装置性能不良，例如，时间开销较大，会降低数据压缩带来的效益。

发明内容

本申请提供一种数据解压缩的装置与方法，相比于现有技术，可以在一定程度上减小数据解压缩的时间开销，从而可以提高数据解压缩的效率。

第一方面，提供一种数据解压缩的装置，所述数据解压缩的装置包括控制模块、缓存模块与解压缩模块。所述控制模块用于，将包括压缩单元的压缩数据载入所述缓存模块，所述压缩单元包括压缩信息与非零数据，所述压缩信息表示所述压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置；所述控制模块还用于，向所述解压缩模块发送当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置；所述解压缩模块用于，根据所述初始存储位置，在所述缓存模块中读取所述当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

本申请中涉及的压缩数据由压缩单元组成，压缩单元包括非零数据与压缩信息。针对一个压缩单元，只要解压缩模块获取到该压缩单元的非零数据与压缩信息，就可以获得这个压缩单元对应的原始数据，即可以实现解压缩。在本申请中，一个压缩单元的非零数据与压缩信息都是以一个整体，即压缩单元来存储、传输和解压缩的，因此，本申请提供的数据解压缩方案，不存在压缩数据与压缩指令之间的同步问题，自然不存在由于这种同步问题引起的时间开销。因此，相比于现有技术，本申请提供的数据解压缩方案可以有效减少数据解压缩的时间开销，从而可以提高数据处理效率。

第二方面，提供一种数据处理的装置，所述装置包括：缓存模块，包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数；控制模块，用于将待处理数据载入所述缓存模块，还用于向处理模块发送当前数据在所述缓存模块的初始存储位置，其中，数据的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；所述处理模块，用于根据所述当前数据的初始存储位置，从所述缓存模块读取所述当前数据并处理；所述控制模块还用于通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存待处理数据：1)，在待处理数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的待处理数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；2)，当所述当前数据的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的数据载入所述第一寄存器中，循环执行步骤1)与步骤2)，直至数据处理结束。

本申请采用乒乓机制缓存压缩数据，可以保证缓存模块提供待解压缩数据的连续性。

此外，在本申请中，更新第一寄存器中的压缩数据的条件是，当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间。当当前压缩单元的初始存储位置未移动到第一寄存器的高R比特存储空间时，确定不需要更新第一寄存器中的压缩数据；当当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间时，确定需要更新第一寄存器中的压缩数据。当前压缩单元的初始存储位置是一个已经产生好的寄存器信号，因此，上述判断逻辑较为简单，这样有助于提高数据解压缩装置可以运行到的工作时钟频率。

第三方面，提供一种数据解压缩的方法，所述方法包括：将包括压缩单元的压缩数据载入缓存模块，所述压缩单元包括压缩信息与非零数据，所述压缩信息表示所述压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置；向解压缩模块发送当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置，以使所述解压缩模块根据所述初始存储位置，读取所述当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

第四方面，提供一种数据缓存模块的控制方法。所述数据缓存模块包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数。所述控制方法包括：将待处理数据载入所述缓存模块；向处理模块发送当前数据在所述缓存模块的初始存储位置，以使所述处理模块根据所述当前数据的初始存储位置，从所述缓存模块读取所述当前数据并处理，其中，数据的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存待处理数据：1)，在待处理数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的待处理数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；2)，当所述当前数据的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的数据载入所述第一寄存器中，循环执行步骤1)与步骤2)，直至数据处理结束。

因此，本申请提供的数据解压缩的方案，不存在指令与数据之间的同步问题，可以减少时间开销，有助于实现实时解压缩，保证数据流的连续性。此外，本申请提供的数据解压缩的方案，还可以减小解压缩装置与外部存储器之间的带宽开销，也可以减少解压缩装置内部的指令缓存开销。

附图说明

图1是数据解压缩的架构示意图。

图2是根据本申请实施例的数据解压缩的装置的示意性框图。

图3是根据本申请实施例的压缩单元的示意图。

图4是根据本申请实施例的压缩单元与压缩数据的示意图。

图5是根据本申请实施例的缓存模块的示意性框图。

图6是根据本申请实施例的缓存模块的控制方法的示意性流程图。

图7是根据本申请实施例的缓存模块的控制方法的另一示意性流程图。

图8是根据本申请实施例的具有流水结构的解压缩模块的示意性框图。

图9是根据本申请实施例的数据解压缩的方法的示意性框图。

图10是根据本申请另一实施例的数据处理装置的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本申请实施例可以应用于数据解压缩的场景。

图1为数据解压缩的架构示意图。从存储器(Memory)中读取数据，送入处理模块进行处理。其中，存储器中存储的数据为压缩数据(即经过数据压缩处理后的数据)。处理模块中包括解压缩单元与处理单元(例如计算单元)。解压缩单元对从存储器读取到的压缩数据进行解压缩，获得压缩数据对应的原始数据，处理单元对该原始数据进行相关处理。

应理解，相对于原始数据(即未进行数据压缩处理的数据)，压缩数据在存储器中所需的存储空间较小，从存储器传输到处理莫模块所需的数据带宽(Bandwidth)也较小，即可以通过较短的时间把数据装载到处理模块中，这样可以提高数据处理效率。

如前文描述，在现有技术中，分别从存储器读取压缩数据与压缩指令，然后利用压缩指令与压缩数据进行数据解压缩，获得原始数据。该现有技术存在压缩数据与压缩指令之间的同步问题，倘若二者的传输不同步，就需要相互等待，会增加数据解压缩的时间开销，这种时间开销可能会降低上述数据压缩带来的提高数据处理效率的效益。

针对上述问题，本申请提出一种数据解压缩的方案，可以在一定程度上降低数据解压缩的时间开销，提高数据解压缩的效率，从而可以提高数据处理效率。

图2为本申请实施例提供的数据解压缩的装置200的示意性框图。该装置200包括控制模块210、缓存模块220和解压缩模块230。

控制模块210用于，控制外部存储器中的压缩数据载入缓存模块220。如图2所示，外部存储器表示数据解压缩的装置200之外的存储模块。

控制模块210可以是控制电路。

控制模块210控制压缩数据载入缓存模块220的方式可以是：控制模块210读取外部存储器中的压缩数据，将其写入缓存模块220。

压缩数据表示原始数据经过数据压缩处理之后得到的数据。

在本申请实施例中，压缩数据由压缩单元组成。每个压缩单元由非零数据与压缩信息组成，如图3所示。其中，非零数据表示该压缩单元对应的原始数据中取值不为零的数据；压缩信息为用于表示该压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置的信息(也相当于，压缩信息为用于表示该压缩单元对应的原始数据中取值不为零的数据的位置)。

每个压缩单元对应的原始数据包括M个数据，相当于，在原始数据中，每M个数据作为一个压缩单元进行压缩。M为正整数，例如，M等于8。

原始数据的数据精度为N比特，相当于，在原始数据中每个数据都是N比特精度。N为正整数，例如，N为8比特(1byte)。

作为示例，假设每个压缩单元对应的原始数据包括8个数据，数据精度为8比特。例如，一个压缩单元对应的原始数据为“D,C,0,0,0,B,0,A”，对该原始数据进行数据压缩之后得到的压缩数据为“DCBA_11000101”，即该压缩单元为“DCBA_11000101”。其中，“DCBA”为该原始数据中的非零数据，“11000101”为8比特的压缩信息，用于表示原始数据“D,C,0,0,0,B,0,A”中非零数据“DCBA”的位置，也相当于表示原始数据“D,C,0,0,0,B,0,A”中取值为零的数据的位置。

应理解，如果压缩单元对应的原始数据为8字节，则压缩单元的大小范围为1字节至9字节。例如，如果一个压缩单元对应的原始数据中8个数据均为0，则该压缩单元的大小为1字节。再例如，在上述“DCBA_11000101”的例子中，压缩单元的大小为5字节。再例如，如果一个压缩单元对应的原始数据中的8个数据均为非零数据，则压缩单元的大小为9字节。

图4为本申请实施例中涉及的对原始数据进行压缩获得压缩数据的示意图。一块连续的原始数据，划分成多组压缩单元对应的原始数据，对这多组原始数据分别压缩，连续排布之后，形成一块连续的压缩数据，即包括多个压缩单元的压缩数据。

控制模块210还用于，向解压缩模块230发送当前压缩单元在缓存模块220中的初始存储位置。

本文中描述的当前压缩单元表示当前待解压缩的压缩单元。

可选地，由控制模块210确定当前压缩单元在缓存模块220中的初始存储位置。

可选地，该装置200还包括位置确定模块(图2中未示出)，该位置确定模块用于确定当前压缩单元在缓存模块220中的初始存储位置。控制模块210用于从位置确定模块获取当前压缩单元的初始存储位置。

解压缩模块230用于，根据初始存储位置，从缓存模块220中读取当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并根据所获取的压缩信息与非零数据，解压缩获得当前压缩单元对应的原始数据。

应理解，控制模块210按照压缩单元依次向解压缩模块230发送初始存储位置，因此，解压缩模块230按照压缩单元为粒度依次对第一寄存器中存储的压缩数据进行解压缩。

可以理解到，解压缩模块230获得当前压缩单元对应的原始数据的过程为图4所示的压缩过程的逆过程。

解压缩模块230解压缩获得的原始数据可以送入处理单元，例如计算单元中进行数据运算。

本申请中涉及的压缩数据由压缩单元组成，压缩单元包括非零数据与压缩信息。针对一个压缩单元，只要解压缩模块获取到该压缩单元的非零数据与压缩信息，就可以获得这个压缩单元对应的原始数据，即可以实现解压缩。在本申请中，一个压缩单元的非零数据与压缩信息都是以一个整体，即压缩单元来存储、传输和解压缩的，因此，本申请提供的数据解压缩方案，不存在压缩数据与压缩指令之间的同步问题，自然不存在由于这种同步问题引起的时间开销。因此，相比于现有技术，本申请提供的数据解压缩方案可以有效减少数据解压缩的时间开销，从而可以提高数据处理效率。

如果将压缩单元中的压缩信息视为压缩指令，可以认为，在本申请实施例中，压缩指令与压缩后的有效数据连续存储、连续传输、依次解压缩，因此，不存在指令与数据之间的同步问题，可以减少时间开销，有助于实现实时解压缩，保证数据流的连续性。

此外，可以理解到，在本申请实施例中，可以只通过一条指令来实现数据解压缩。例如，本申请实施例的数据解压缩的装置200接收一条解压缩指令，该指令指示解压缩一块数据，该指令还指示该数据中包括多少个压缩单元，然后装置200按照上述实施例描述的方式进行解压缩，直至完成所有压缩单元的解压缩。从这个角度来说，本申请实施例不需要大量的指令来协助解压缩，可以减小解压缩装置与外部存储器之间的带宽开销，也可以减少解压缩装置内部的指令缓存开销。

因此，本申请提供的数据解压缩的方案，不存在指令与数据之间的同步问题，可以减少时间开销，有助于实现实时解压缩，保证数据流的连续性。此外，本申请提供的数据解压缩的方案，还可以减小解压缩装置与外部存储器之间的带宽开销，也可以减少解压缩装置内部的指令缓存开销。

可选地，在一些实施例中，缓存模块220包括至少两个寄存器；控制模块230用于，控制至少两个寄存器采用乒乓机制缓存压缩数据。

缓存模块220中包括的每个寄存器的存储空间都相同。例如，缓存模块220中包括的每个寄存器的存储空间为2R比特，R为8的倍数的正数。例如，R为128。

以缓存模块220包括第一寄存器与第二寄存器为例，第一寄存器用于为解压缩模块提供压缩数据，换言之，控制模块230用于在第一寄存器上确定当前压缩单元的初始存储位置；第二寄存器用于从外部存储器载入压缩数据，换言之，控制模块230用于控制外部存储器中的压缩数据载入第二寄存器。在需要更新第一寄存器中的压缩数据时，控制模块230用于控制第二寄存器中的压缩数据载入第一寄存器。上述这种缓存数据的方式可以称为乒乓机制。

应理解，缓存模块220采用乒乓机制缓存压缩数据，可以保证缓存模块提供待解压缩数据的连续性，从而提高数据解压缩的效率。

可选地，作为第一种实现方式，缓存模块220包括第一寄存器与第二寄存器，第一寄存器与第二寄存器的存储空间大小均为2R比特。当前压缩单元的初始存储位置从第一寄存器的存储空间开始被获取。控制模块230用于将外部存储器中的2R比特的压缩数据载入第二寄存器，在当前时刻，当确定下一个压缩单元的初始存储位置已经不在第一寄存器时，将第二寄存器中的2R比特的压缩数据载入第一寄存器中。

针对待解压缩的数据中的首个2R比特的压缩数据，可以直接载入第一寄存器，也可以先载入第二寄存器，再由第二寄存器载入第一寄存器。

可选地，作为第二种实现方式，如图5所示，缓存模块220包括第一寄存器与第二寄存器，第一寄存器与第二寄存器的存储空间为2R比特，R为8的倍数的正数。例如，R为128。第一寄存器与第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间。当前压缩单元的初始存储位置从第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取。

压缩数据在第一寄存器与第二寄存器中的缓存与更新方式为：在压缩数据载入第一寄存器之后，第一寄存器的高R比特存储空间中的压缩数据无条件被载入第二寄存器的低R比特存储空间中；对第一寄存器中存储的压缩数据进行解压缩时，按照压缩单元依次进行，如果当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间中时，则第二寄存器中2R比特的压缩数据被装载入第一寄存器。应理解，这个过程相当于，将第一寄存器的高R比特存储空间中的压缩数据移动到第一寄存器的低R比特存储空间，同时把新的R比特的压缩数据从第二寄存器的高R比特存储空间移动到第一寄存器的高R比特存储空间。

控制模块210可以被配置成执行图6所示的流程，以控制第一寄存器与第二寄存器以上述方式缓存压缩数据。图6的流程包括步骤610与步骤620。下面对这些步骤进行描述。

在步骤610中，1)在压缩数据载入第一寄存器之后，无条件将第一寄存器的高R比特存储空间中的压缩数据载入第二寄存器的低R比特存储空间中；2)将外部存储器中的下一个R比特的压缩数据载入第二寄存器的高R比特存储空间。

在步骤620中，当当前压缩单元的初始存储位置位于第一寄存器的高R比特存储空间时，将第二寄存器中的2R比特的压缩数据载入第一寄存器中。

循环执行步骤610与步骤620，直至解压缩结束。

需要说明的是，对于待解压缩的压缩数据中的首个2R比特的压缩数据，控制模块210可以将其直接载入第一寄存器；也可以先将该2R比特的压缩数据载入第二寄存器，再由第二寄存器将该2R比特的压缩数据载入第一寄存器。

在步骤610中，1)与2)之间可以没有先后顺序的限制。

应理解，在步骤610中，如果当前时刻外部寄存器中没有下一个R比特的压缩数据了，则不执行步骤610中的2)。

作为示例，如图7所示，控制模块210可以被配置成执行图7所示的流程，以控制第一寄存器与第二寄存器以上述方式缓存压缩数据。图7的流程包括步骤710与步骤780。下面对这些步骤进行描述。

接收用于指示解压缩一块数据的解压缩指令。

例如，该解压缩指令可以指示该块数据中需要解压缩的压缩单元的数量。再例如，该解压缩指令还可以指示这块数据中有多少个128比特的压缩数据。

710，将256比特的压缩数据载入第一寄存器。

将外部存储器中待解压缩的数据中的首个256比特的压缩数据载入第一寄存器，或者，将该首个256比特的压缩数据载入第二寄存器，再由第二寄存器将该首个256比特的压缩数据载入第一寄存器。

720，判断外部存储器中是否还有128比特的压缩数据？若是，转到步骤730，若否，转到步骤740。

730，将外部存储器中的下一个128比特的压缩数据载入第二寄存器的高128比特存储空间。

740，将第一寄存器的高128比特存储空间中的压缩数据载入第二寄存器的低128比特存储空间中。

750，确定待解压缩的压缩单元在第一寄存器中的初始存储位置，指示解压缩模块230对该压缩单元进行解压缩。

指示解压缩模块对该压缩单元进行解压缩，表示控制模块210向解压缩模块230发送当前压缩单元的初始存储位置，以便于解压缩模块230根据该初始存储位置从第一寄存器读取当前压缩单元，进而对该压缩单元进行解压缩，恢复得到该压缩单元对应的原始数据。

760，判断是否解压结束，若是，结束解压缩，若否，转到步骤770。

例如，当解压缩模块230完成解压缩的压缩单元的数量达到需要解压缩的压缩单元的数量时，确定解压结束，反之，解压未结束。

770，判断当前压缩单元的初始存储位置是否在第一寄存器的高128比特存储空间，若是，转到步骤780，若否，转到步骤750。

780，将第二寄存器中的256比特的压缩数据载入第一寄存器中。

应理解，在上述第二种实现方式中，更新第一寄存器中的压缩数据的条件是，当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间。当当前压缩单元的初始存储位置未移动到第一寄存器的高R比特存储空间时，确定不需要更新第一寄存器中的压缩数据；当当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间时，确定需要更新第一寄存器中的压缩数据。当前压缩单元的初始存储位置是一个已经产生好的寄存器信号，因此，上述判断逻辑较为简单，这样有助于提高数据解压缩装置可以运行到的工作时钟频率。

在前文描述的第一种实现方式中，确定需要更新第一寄存器中的压缩数据的条件是，判断下一个压缩单元的初始存储位置是否已经不在第一寄存器中了，这个判断逻辑较为复杂，可能会限制数据解压缩装置可以运行到的工作时钟频率。

因此，本实施例的方案，将当前压缩单元的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间，作为确定需要更新第一寄存器中的压缩数据的条件，有助于提高数据解压缩的效率。

应理解，除了上文描述的实现方式一与实现方式二，缓存模块220还可以采用其它可行的乒乓机制缓存压缩数据。例如，缓存模块220可以包括三个或三个以上的寄存器，以实现采用乒乓机制缓存压缩数据。

下文将描述解压缩模块230的实现方式。

解压缩模块230获取压缩单元对应的原始数据的过程可以包括如下步骤①至步骤⑤。

步骤①，获取压缩单元的初始存储位置。

可以根据控制模块210下发的控制信号，获取压缩单元的初始存储位置。

步骤②，根据该初始存储位置，在缓存模块230中获取该压缩单元的压缩信息。

假设，数据精度为8比特，则在第一寄存器的存储空间中，从该初始存储位置起始的第一个8比特的信息为该压缩单元的压缩信息。

步骤③，根据该初始存储位置以及该压缩单元的压缩信息，获取该压缩单元的非零数据在缓存模块230中的存储位置。

还以数据精度为8比特为例，假设该压缩单元的压缩信息指示该压缩单元对应的原始数据中有4个非零数据，则在第一寄存器的存储空间中，从该初始存储位置起始的第2个、第3个、第4个和第5个8比特的数据分别为该压缩单元对应的原始数据中的4个非零数据。

步骤④，根据该存储位置，在缓存模块230中获取该压缩单元的非零数据。

步骤⑤，根据该压缩单元的非零数据与该压缩单元的压缩信息，恢复出该压缩单元对应的原始数据。

例如，假设该压缩单元的压缩信息为“11000101”，该压缩单元的非零数据为DCBA，则该压缩单元对应的原始数据为“D,C,0,0,0,B,0,A”。

可选地，在一些实施例中，解压缩模块230的电路结构采用流水结构，解压缩模块230用于，采用流水线处理模式，解压缩获得当前压缩单元对应的原始数据。

解压缩模块230可以由多个寄存器构成，如图8所示，图8中所示的每个方框均可表示一个寄存器。

应理解，采用流水线处理模式进行数据解压缩，可以有效提高数据解压缩装置的工作时钟频率。

可选地，在一些实施例中，如图8所示，解压缩模块230具有五级流水结构。解压缩模块230具有4个输入端口A1、A2、A3和A4，1个输出端口B。输入端口A1用于接收当前压缩单元的压缩信息，输入端口A2用于接收当前压缩单元的初始存储位置，输入端口A3用于接收当前时刻第一寄存器中存储的压缩数据，输入端口A4用于接收当前时刻第二寄存器中存储的压缩数据。输出端口B用于输出当前压缩单元对应的原始数据。解压缩模块230具有如下五级流水结构。

第一级流水，用于获取所述当前压缩单元的初始存储位置、第一压缩数据与第二压缩数据，所述第一压缩数据为当前时刻所述第一寄存器存储的压缩数据，所述第二压缩数据为当前时刻所述第二寄存器存储的压缩数据，还用于根据所述初始存储位置获取所述当前压缩单元的压缩信息，还用于向下一级流水发送所获取的信息。

例如，如图8所示，第一级流水寄存器包括如下寄存器。

寄存器cur_info，用于存储前压缩单元的压缩信息，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器cur_ptr，用于获取前压缩单元的初始存储位置(以字节(Byte)为单位)，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器cur_unit，用于获取当前时刻第一寄存器存储的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器nxt_unit，用于获取当前时刻第二寄存器存储的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

第二级流水，用于向下一级流水发送从所述第一级流水接收的信息。

例如，如图8所示，第二级流水寄存器包括如下寄存器。

寄存器cur_info_1dly，用于寄存寄存器cur_info发送的压缩单元的压缩信息，并将其发送至下一级流水的寄存器bytex_0_flag与寄存器bytex_ptr。

寄存器cur_ptr_1dly，用于寄存寄存器cur_ptr发送的压缩单元的初始存储位置，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器cur_unit_1dly，用于寄存寄存器cur_unit发送的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器nxt_unit_1dly，用于寄存寄存器nxt_unit发送的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

第三级流水，用于根据从所述第二级流水接收的所述当前压缩单元的压缩信息与初始存储位置，获取所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，还用于向下一级流水发送如下信息：所述当前压缩单元的非零数据的存储位置、从所述第二级流水接收的所述第一压缩数据、所述第二压缩数据、所述当前压缩单元的压缩信息。

例如，如图8所示，第三级流水寄存器包括如下寄存器。

寄存器bytex_0_flag，用于根据寄存器cur_info_1dly发送的压缩单元的压缩信息，生成压缩单元中x个数据的标记(flag)，并且这x个数据的flag发送至下一级流水的相应寄存器。其中，x表示一个压缩单元包括的数据的个数，x的取值可以根据寄存器cur_info_1dly发送的压缩单元的压缩信息获得，例如，一个压缩单元的压缩信息为“11000101”，则x的取值为8。一个数据的flag表示这个数据是“0”或“1”。

寄存器bytex_ptr，用于根据寄存器cur_ptr_1dly发送的压缩单元的初始存储位置以及寄存器cur_info_1dly发送的压缩单元的压缩信息，获取压缩单元的非零数据在缓存模块中的存储位置，并将该存储位置发送至下一级流水的寄存器bytex_ptr_msb_1dly、寄存器bytex_cur与寄存器bytex_nxt。

寄存器cur_unit_2dly，用于寄存寄存器cur_unit_1dly发送的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器nxt_unit_2dly，用于寄存寄存器nxt_unit_1dly发送的压缩数据，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

第四级流水，用于根据从所述第三级流水接收的所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，分别在从所述第三级流水接收的所述第一压缩数据与所述第二压缩数据中获取第一数据与第二数据，还用于根据所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，生成每个非零数据的指示信息，所述指示信息用于指示所述每个非零数据位于所述第一寄存器或所述第二寄存器，还用于向下一级流水发送如下信息：所述第一数据、所述第二数据、每个非零数据的存储位置与指示信息、所述当前压缩单元的压缩信息。

例如，如图8所示，第四级流水寄存器包括如下寄存器。

寄存器bytex_0_flag_1dly，用于寄存寄存器bytex_0_flag发送的压缩单元中x个数据的flag，并将其发送至下一级流水的相应寄存器。

寄存器bytex_ptr_msb_1dly，用于根据寄存器bytex_ptr发送的压缩单元的非零数据的存储位置信息，以及各个非零数据所在的寄存器，生成各个非零数据的第一存储位置信息，第一存储位置信息为9比特，最高位比特用于指示非零数据所在的寄存器，例如，当最高位比特为“0”，表示非零数据位于第一寄存器，当最高位比特为“1”，表示非零数据位于第二寄存器。并将各个非零数据的第一存储位置信息发送至下一级流水。

寄存器bytex_cur，用于根据寄存器bytex_ptr发送的存储位置(应理解，要忽略最高位)，在寄存器cur_unit_2dly发送的压缩数据中获取第一数据，并将其发送至下一级流水的相关寄存器。

寄存器bytex_nxt，用于根据寄存器bytex_ptr发送的存储位置(应理解，要忽略最高位)，在寄存器nxt_unit_2dly发送的压缩数据中获取第二数据，并将其发送至下一级流水的相关寄存器。

第五级流水，用于根据从所述第四级流水接收的信息，获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

例如，如图8所示，第五级流水寄存器包括寄存器Bytex。寄存器Bytex用于根据寄存器bytex_0_flag_1dly发送的压缩单元中x个数据的flag，以及寄存器bytex_ptr_msb_1dly发送的非零数据的第一存储位置信息，从寄存器bytex_cur或寄存器bytex_nxt获取对应的非零数据。按照与第四级流水相同的规则，例如，第一存储位置信息的最高为“0”时，从寄存器bytex_cur获取非零数据，第一存储位置信息的最高为“1”时，从寄存器bytex_nxt获取非零数据。至此，恢复出该压缩单元对应的原始数据。寄存器Bytex将压缩单元对应的原始数据输出至输出端口B。

可选地，解压缩模块230也可以设计为两级、三级或四级流水结构。

例如，将本实施例中的五级流水结构中任意相邻的两个流水合并为一个流水，即可以实现将解压缩模块230设计为四级流水结构。再例如，将本实施例中的五级流水结构中任意相邻的三个流水合并为一个流水，即可以实现将解压缩模块230设计为三级流水结构。再例如，将本实施例中的五级流水结构中任意相邻的四个流水合并为一个流水线处理单元，即可以实现将解压缩模块230设计为两级流水结构。

如图9所示，本发明实施例还提供了一种数据解压缩的方法900，该方法900可以由上述实施例中的控制模块210执行。该方法900包括步骤910和步骤920。

910，将包括压缩单元的压缩数据载入缓存模块，压缩单元包括压缩信息与非零数据，压缩信息表示压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置。

该缓存模块可以是上文任一实施例描述的缓存模块220。压缩单元与压缩数据的解释如前文描述。

920，向解压缩模块发送当前压缩单元在缓存模块中的初始存储位置，以使解压缩模块根据初始存储位置，读取当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取当前压缩单元对应的原始数据。

可选地，可以从位置确定模块获取所述当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置。

该解压缩模块可以是上文任一实施例描述的解压缩模块230。

如前文的解释，本申请提供的数据解压缩的方案，不存在指令与数据之间的同步问题，可以减少时间开销，有助于实现实时解压缩，保证数据流的连续性。此外，本申请提供的数据解压缩的方案，还可以减小解压缩装置与外部存储器之间的带宽开销，也可以减少解压缩装置内部的指令缓存开销。

可选地，在一些实施例中，该缓存模块包括至少两个寄存器；所述方法900还包括：控制所述至少两个寄存器采用乒乓机制缓存所述压缩数据。

采用乒乓机制缓存压缩数据，可以保证缓存模块提供待解压缩数据的连续性。

可选地，在一些实施例中，该缓存模块具有如图5所示的结构，该方法900还可以包括如图6所示的步骤。

应理解，方法实施例的描述与装置实施例的描述相互对应，因此，未详细描述的部分可以参见前面装置实施例。

本申请可以应用于需要数据压缩-解压缩的场景。例如，本申请的数据解压缩方案可以适用于卷积神经网络(Convolution Neural Networks，CNN)与循环神经网络(Recurrent Neural Networks，RNN)硬件加速器，例如，应用方式为IP核以及IP核之间的协同工作电路。

如图10所示，本申请实施例还提供一种数据处理的装置1000，数据处理的装置1000包括控制模块1010、缓存模块1020与处理模块1030。

缓存模块1020，包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数。

控制模块1010，用于将待处理数据载入所述缓存模块1020，还用于向处理模块1030发送当前数据在所述缓存模块1020的初始存储位置，其中，数据的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取。

所述处理模块1030，用于根据所述当前数据的初始存储位置，从所述缓存模块1020读取所述当前数据并处理。

所述控制模块1010还用于通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存待处理数据：1)，在待处理数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的待处理数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；2)，当所述当前数据的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的数据载入所述第一寄存器中，循环执行步骤1)与步骤2)，直至数据处理结束。

可选地，控制模块1010可以采用图7所示的方式控制第一寄存器与第二寄存器缓存数据，其中，将图7中的“压缩数据”替换为“数据”，将“解压缩模块”替换为“处理模块”，将“解压缩”替换为“处理”。

因此，本实施例的方案，将当前数据的初始存储位置移动到第一寄存器的高R比特存储空间，作为确定需要更新第一寄存器中的数据的条件，有助于提高数据处理的效率。

应理解，本实施例可以应用数据处理领域，并不限定于数据压缩-解压缩场景。

本发明实施例还提供了一种数据缓存模块的控制方法。该数据缓存模块可以是上文实施例结合图5描述的缓存模块220或缓存模块1020。该控制方法可以用上文实施例描述的控制模块210或控制模块1010执行。该控制方法可以包括如上文中的图6或图7所示的处理流程，为避免重复，此处不再详述。

本文中描述的各个实施例可以为独立的方案，也可以根据内在逻辑进行组合，这些方案都落入本申请的保护范围中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种数据解压缩的装置，其特征在于，包括控制模块、缓存模块与解压缩模块；

所述控制模块用于，将包括压缩单元的压缩数据载入所述缓存模块，所述压缩单元包括压缩信息与非零数据，所述压缩信息表示所述压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置；

所述控制模块还用于，向所述解压缩模块发送当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置；

所述解压缩模块用于，根据所述初始存储位置，在所述缓存模块中读取所述当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓存模块包括至少两个寄存器；

所述控制模块用于，控制所述至少两个寄存器采用乒乓机制缓存所述压缩数据。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少两个寄存器包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数，压缩单元的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；

所述控制模块用于通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存所述压缩数据：

1)，在压缩数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的压缩数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的压缩数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；

2)，当所述当前压缩单元的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的压缩数据载入所述第一寄存器中，

循环执行步骤1)与步骤2)，直至解压缩结束。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述解压缩模块具有流水结构，所述解压缩模块用于，采用流水线处理模式获得所述当前压缩单元对应的原始数据。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述解压缩模块具有如下五级流水结构：

第一级流水，用于获取所述当前压缩单元的初始存储位置、第一压缩数据与第二压缩数据，所述第一压缩数据为当前时刻所述第一寄存器存储的压缩数据，所述第二压缩数据为当前时刻所述第二寄存器存储的压缩数据，还用于根据所述初始存储位置获取所述当前压缩单元的压缩信息，还用于向下一级流水发送所获取的信息；

第二级流水，用于向下一级流水发送从所述第一级流水接收的信息；

第三级流水，用于根据从所述第二级流水接收的所述当前压缩单元的压缩信息与初始存储位置，获取所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，还用于向下一级流水发送如下信息：所述当前压缩单元的非零数据的存储位置、从所述第二级流水接收的所述第一压缩数据、所述第二压缩数据、所述当前压缩单元的压缩信息；

第四级流水，用于根据从所述第三级流水接收的所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，分别在从所述第三级流水接收的所述第一压缩数据与所述第二压缩数据中获取第一数据与第二数据，还用于根据所述当前压缩单元的非零数据的存储位置，生成每个非零数据的指示信息，所述指示信息用于指示所述每个非零数据位于所述第一寄存器或所述第二寄存器，还用于向下一级流水发送如下信息：所述第一数据、所述第二数据、每个非零数据的存储位置与指示信息、所述当前压缩单元的压缩信息；

第五级流水，用于根据从所述第四级流水接收的信息，获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

位置确定模块，用于确定所述当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置；

所述控制模块用于，从所述位置确定模块获取所述当前压缩单元的初始存储位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述压缩单元对应8字节的原始数据，所述压缩单元中的压缩信息为8比特。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，R等于128。

9.一种数据处理的装置，其特征在于，包括：

缓存模块，包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数；

控制模块，用于将待处理数据载入所述缓存模块，还用于向处理模块发送当前数据在所述缓存模块的初始存储位置，其中，数据的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；

所述处理模块，用于根据所述当前数据的初始存储位置，从所述缓存模块读取所述当前数据并处理；

所述控制模块还用于通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存待处理数据：

1)，在待处理数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的待处理数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；

2)，当所述当前数据的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的数据载入所述第一寄存器中，

循环执行步骤1)与步骤2)，直至数据处理结束。

10.一种数据解压缩的方法，其特征在于，包括：

将包括压缩单元的压缩数据载入缓存模块，所述压缩单元包括压缩信息与非零数据，所述压缩信息表示所述压缩单元对应的原始数据中非零数据的位置；

向解压缩模块发送当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置，以使所述解压缩模块根据所述初始存储位置，读取所述当前压缩单元的压缩信息与非零数据，并据此获取所述当前压缩单元对应的原始数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述缓存模块包括至少两个寄存器；

所述方法还包括：控制所述至少两个寄存器采用乒乓机制缓存所述压缩数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少两个寄存器包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数，压缩单元的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；

控制所述至少两个寄存器采用乒乓机制缓存所述压缩数据，包括：

通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存所述压缩数据：

1)，在压缩数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的压缩数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的压缩数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；

2)，当所述当前压缩单元的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的压缩数据载入所述第一寄存器中，

循环执行步骤1)与步骤2)，直至解压缩结束。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

从位置确定模块获取所述当前压缩单元在所述缓存模块中的初始存储位置。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩单元对应8字节的原始数据，所述压缩单元中的压缩信息为8比特。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，R等于128。

16.一种数据缓存模块的控制方法，其特征在于，所述数据缓存模块包括第一寄存器与第二寄存器，所述第一寄存器与所述第二寄存器的存储空间均划分为低R比特存储空间与高R比特存储空间，R为8的倍数的正数；

所述控制方法包括：

将待处理数据载入所述缓存模块；

向处理模块发送当前数据在所述缓存模块的初始存储位置，以使所述处理模块根据所述当前数据的初始存储位置，从所述缓存模块读取所述当前数据并处理，其中，数据的初始存储位置从所述第一寄存器的低R比特存储空间开始被获取；

所述方法还包括：通过如下方式控制所述第一寄存器与所述第二寄存器缓存待处理数据：

1)，在待处理数据载入所述第一寄存器之后，将所述第一寄存器的高R比特存储空间中的数据载入所述第二寄存器的低R比特存储空间中，将下一个R比特的待处理数据载入所述第二寄存器的高R比特存储空间；

2)，当所述当前数据的初始存储位置位于所述第一寄存器的高R比特存储空间时，将所述第二寄存器中的2R比特的数据载入所述第一寄存器中，

循环执行步骤1)与步骤2)，直至数据处理结束。

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