CN1182488C - 数据压缩/解压缩方法与影像数据压缩/解压缩装置 - Google Patents

Abstract

一种数据压缩/解压缩方法与影像数据压缩/解压缩装置，该影像数据压缩装置包含：第一数据缓存器、第一编码器及第二编码器，该方法包含下列步骤：将由该影像撷取装置所送出的第一数据字节与第二数据字节予以储存；将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值并予以输出；对该差值进行编码得到一还原用数据码而输出至该帧缓冲器中存放，其中当该差值的绝对值小于第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的该还原用数据码，当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于第二门槛值时，利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示的该还原用数据码。

Description

数据压缩/解压缩方法与影像数据压缩/解压缩装置

技术领域

本发明涉及一种数据压缩/解压缩方法与影像数据压缩/解压缩装置，尤指应用于一计算机系统中的数据压缩/解压缩方法与影像数据压缩/解压缩装置。

背景技术

请参见图1，为一目前常用的个人计算机结构示意图，其核心部份主要由微处理器10、北桥芯片11与南桥芯片12所构成，而系统内存13利用一内存总线来连接至北桥芯片11，至于显卡14则通过一周边组件连接接口总线(PCI)或绘图加速端口(AGP)总线来与北桥芯片11连接。其中显卡14主要包含有一绘图芯片141与一区域内存(local memory)142。

显卡14所包含的区域内存142通常作为帧缓冲器(frame buffer)使用，当影像数据输出装置，例如电视调频器15(TV tuner)所产生的模拟信号送入显卡14，经其上的一模数转换器143转换成一数字影像数据后送入绘图芯片141进行处理，而绘图芯片141便将该数字影像数据写入定义于区域内存142中的帧缓冲器中，以便可将这些影像数据读出而进行播放。或是，系统还可将数字影像数据以一内存直接存取动作(DMA)直接写入系统内存13中进行存放，用以更进一步地将储存于系统内存13中数字影像数据转成一档案而存放至一非挥发性记忆装置(例如图中的硬盘16)。

但由于影像数据量通常都非常庞大，因此在进行上述影像撷取动作或是影像播放动作，需要占用大量的内存空间及其存取频宽、周边组件连接接口总线或绘图加速端口总线的频宽，甚至是非挥发性记忆装置的储存空间。于是，过大数据量传输将导致个人计算机整体效能的下降。

请参见图2，为一具有数据压缩/解压缩功能的个人计算机系统方框示意图，该计算机系统主要包含有微处理器20、北桥芯片21、南桥芯片22、系统内存23、影像撷取装置243以及影像播放装置244。而当一影像撷取装置243(例如将NTSC或PAL等模拟电视信号转换成一数字信号(例如YUV422)的电视信号译码器(TV decoder))撷取一数字影像数据并送入位于显卡24上的绘图芯片241中进行处理时，设于本系统中绘图芯片241中的数据压缩装置2411将该影像撷取装置243所输出的一数字影像数据(例如YUV422)进行压缩而得到一压缩影像数据并储存至一帧缓冲器中，而该帧缓冲器定义在设置于显卡24上的一区域内存242中。当需要立即播放时，数据解压缩装置2412便将该帧缓冲器所存放的该压缩影像数据进行解压缩而回复至该数字影像数据，再交由该影像播放装置244而在一显示器27上播放出来。

另外，当系统欲将储存于帧缓冲器中的压缩影像数据储存成一影像档案时，便可利用一内存直接存取动作来将该压缩影像数据直接写入该系统内存23中，然后再转存至硬盘26中。因此，当系统欲进行该影像档案的播放动作时，便从硬盘26中将该影像档案转存至系统内存23中，随后利用该内存直接存取动作将该压缩影像数据移动至该帧缓冲器中，而数据解压缩装置2412便可将该压缩影像数据进行解压缩而回复至该数字影像数据，然后再进一步提供给影像播放装置244于显示器27播放出来。

但是，常用的静态影像压缩技术并不适合应用于上述需要达到实时压缩及解压缩的系统结构中，而常用的动态影像压缩技术则会增加电路的复杂程度，而如何发展出一适合上述系统结构的压缩/解压缩技术，为本发明的主要目的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种数据压缩/解压缩方法，该方法不需额外的复杂电路便可快速地完成压缩与解压缩的动作，非常适合应用于实时压缩及解压缩的系统结构中。

本发明的另一目的是为了提供一种影像数据压缩/解压缩装置，该装置不需额外的复杂电路便可快速地完成压缩与解压缩的动作，非常适合应用于实时压缩及解压缩的系统结构中。

本发明的目的可通过如下措施来实现：

一种数据压缩方法，应用于先后接收到的一第一数据字节与一第二数据字节之上，该方法包含下列步骤：

将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值，其中m为一正整数；

当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的还原用数据码；

当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示的还原用数据码；以及

当该差值的绝对值大于该第二门槛值时，直接将该第二数据字节压缩成还原用数据码。

所述的数据字节代表两相邻像素点的亮度值或彩度值。

上述方法还包含下列数据解压缩方法，该方法包含下列步骤：

当接收到该还原用数据码时，检查该还原用数据码中的一特征位；

当该特征位符合一第一条件时，利用一可变长度编码对照表将该还原用数据码还原成一差值，并将该差值与该第一数据字节相加而解压缩回该第二数据字节；以及

当该特征位符合一第二条件时，直接将除去该特征位的部份该还原用数据码解压缩回该第二数据字节。

该第一条件为该特征位为1。

该第二条件为该特征位为0。

上述方法中直接将该第二数据字节中压缩成还原用数据码的方法为将该差值除以二并置入符合该第二条件的该特征位。

本发明的另一目的可通过如下措施来实现：

一种影像数据压缩装置，设置于一影像加速器中，该影像加速器包含有一影像撷取装置及一帧缓冲器，该数据压缩装置包含：

一第一数据缓存器，信号连接于该影像撷取装置，其将由该影像撷取装置所送出的一第一数据字节与一第二数据字节予以储存；

一第一编码器，信号连接于该第一数据缓存器，其将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值并予以输出，其中m为一正整数；以及

一第二编码器，信号连接于该第一编码器与该帧缓冲器，其对该差值进行编码而得到一还原用数据码而输出至该帧缓冲器中存放，其中当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的该还原用数据码，而当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，则利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示之该还原用数据码，而当该差值之绝对值大于该第二门槛值时，则直接将该第二数据字节压缩成该还原用数据码。

上述装置还包含一影像数据解压缩装置，其信号连接至该帧缓冲器，而该影像数据解压缩装置包含：

一第二数据缓存器，其储存已完成重建的该第一数据字节；以及

一译码器，信号连接于该帧缓冲器与该第二数据缓存器，其对该帧缓冲器所输出的该还原用数据码进行译码而得到该差值，其中当该还原用数据码中的一特征位符合一第一条件时，利用一可变长度编码对照表将该还原用数据码还原成一差值，并将该差值与该已完成重建的第一数据字节相加而解压缩回一第二数据字节并回存至该第二数据缓存器，而当该特征位符合一第二条件时，直接将除去该特征位的部份该还原用数据码解压缩回该第二数据字节并回存至该第二数据缓存器。

该第一条件为该特征位为1，而该第二条件为该特征位为0，而直接将该第二数据字节中压缩成还原用数据码的动作为将该差值除以二并置入位值”0”。

该第一编码器为一微分脉冲编码调变器。

附图说明

图1为目前常用的个人计算机结构示意图。

图2为具有数据压缩/解压缩功能的个人计算机系统方框示意图。

图3为本发明的数据压缩装置的一较佳实施例方框示意图。

图4为本发明较佳实施例的可变长度编码对照表。

图5为本发明的数据解压缩装置的另一较佳实施例方框示意图。

图6(a)(b)：分别表示常用手段与本发明较佳实施例中这些压缩影像数据的放置方式示意图。

具体实施方式

请参见图3，为本发明针对具有数据压缩/解压缩功能的个人计算机系统中的数据压缩装置2411所发展出的一较佳实施例方框示意图，为方便说明，以下以公知的YUV422格式中的亮度值Y为例(当然，彩度值U、V亦可用相同方式进行)，其中Y(i)、Y(i+1)代表由影像撷取装置243所输出的影像中同一列连续两点的8位亮度值，其先被置放于第一数据缓存器30中，经过由一微分脉冲编码调变器31所完成的第一编码器的处理，进而得出Y(i)、Y(i+1)的差值，随后再经由可变长度编码器32所完成的第二编码器进行编码，进而达到压缩的目的。

而相关的可变长度编码方法可参考图4中所列的对照表，其中D(i)代表Y(i)、Y(i+1)两点差值的绝对值，即D(i)＝|Y(i+1)-Y(i)|。然而，经统计后发现，通常相邻像素点的色彩值(包含亮度值及彩度值)皆不会有太剧烈的变化，因此微分脉冲编码调变器31所产生的D(i)值大多落在数值较小之处，因此，为能达到减少编码后的位数，将小于一第一门槛值(本例为8)的D(i)值编码转换成小于8个位的还原用数据码(其中最后位s系代表正负号)，而当D(i)值大于等于该第一门槛值(本例为8)而小于一第二门槛值(本例为15)时，则仅能转换成8个位的还原用数据码。至于当D(i)值大于该第二门槛值时，则直接将Y(i+1)中较高的7位数据向右移位至较低的7位数据并于最高位填入0(即将Y(i+1)除以二)，进而形成还原用数据码。

综上所述，由于微分脉冲编码调变器31所产生的D(i)值大多落在数值较小之处，因此本发明将小于8的D(i)值以较少的位数的还原用数据码表示，进而达到数据压缩的目的。而大于等于8而小于15的D(i)值则以相同的位数的还原用数据码来表示。至于当大于15的D(i)值产生时，则直接将Y(i+1)除以2来进行编码。通过上述压缩步骤所形成的还原用数据码将可被储存到定义于区域内存中的帧缓冲器33内，如此一来便可达到数据压缩与降低占用大量的内存空间及其存取频宽的目的。

另外，当系统欲将储存于帧缓冲器中的压缩影像数据储存成一影像档案时，同样可利用一内存直接存取动作来将该压缩影像数据直接写入该系统内存中，然后再转存至硬盘中。因此，当系统欲进行该影像档案的播放动作时，便从硬盘中将该影像档案转存至系统内存中，随后利用该内存直接存取动作将该压缩影像数据移动至该帧缓冲器中，而数据解压缩装置2412便可将该压缩影像数据进行解压缩而回复至该数字影像数据，然后再进一步提供给影像播放装置于显示器播放出来。

而当需要进行播放时，如图5所示的数据解压缩装置2412便可将该帧缓冲器33所存放的该还原用数据码进行解压缩而回复成该数字影像数据，进而再交由该影像播放装置而在一显示器上播放出来。其中该数据解压缩装置2412主要由一第二数据缓存器50以及一译码器51所构成。该第二数据缓存器50用以存放解压缩所重建得回的Y(i)’，而译码器51再根据由帧缓冲器33所取出的还原用数据码中的特征位(本例的最高位)进行判断，当特征位符合第一条件(本例是最高位为1)时，便可利用图4所示的可变长度编码对照表将该还原用数据码还原成包含正负号的差值，并将该差值与该已完成重建的Y(i)’相加而解压缩回一Y(i+1)’并回存至该第二数据缓存器50中。但是当该特征位符合一第二条件(本例是最高位为0)时，便可直接将除去该特征位的部份该还原用数据码乘以2后得回该Y(i+1)’，虽然此时重建的Y(i+1)’与原始的Y(i+1)有可能有误差(本例为不大于1)，但因此时Y(i)、Y(i+1)两点差值很大，因此即使重建的影像略有失真也不易被察觉。

但因压缩后的影像数据，其每一像素的亮度(Luma，Y)、彩度(Chroma，U及V)位数有可能不同，而以常用方式(见图6(a)所示)来放置影像数据并不合适，而为方便在影像播放时读取这些影像数据，本发明尚对影像数据的放置方式做了改变(见图6(b)所示)，将亮度(Luma，Y)数据、彩度(Chroma，U及V)数据分别放置在不同的内存缓存区，此种存放方式可以方便硬件电路中管线(pineline)结构的实现，因为在YUV422的结构下，亮度数据Y的取样频率为彩度数据U或V的两倍，在解压缩过程中可用两组译码器，一组对亮度数据Y进行译码，每个时脉可译码出一个亮度数据，另一组对彩度数据U或V进行译码，每个时脉可译码出一个彩度数据U或V。如此一来，各译码器只需在每个时脉中译码出一个数据即可还原出完整的像素数据Y、U及V。而在压缩处理完一列像素点数据后，分别将其长度数据写入文件头区(Y Header及CHeader)，而此文件头区的信息可以方便于解压缩动作或内存直接存取动作(DMA)中读取数据时使用，以本例而言，可用0000-0000至0000-0111来做为这些特定文件头的编码来使用。

而由上述叙述可知，本案不需额外的复杂电路便可快速地完成压缩与解压缩之动作，非常适合应用于实时压缩及解压缩之系统架构中，进而可有效地达成发展本案之主要目的。然而，本案发明得由熟习此技艺之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (10)

1、一种数据压缩方法，应用于先后接收到的一第一数据字节与一第二数据字节之上，该方法包含下列步骤：

将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值，其中m为一正整数；

当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的还原用数据码；

当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示的还原用数据码；以及

当该差值的绝对值大于该第二门槛值时，直接将该第二数据字节压缩成还原用数据码。

2、如权利要求1所述的数据压缩方法，其特征在于所述的数据字节代表两相邻像素点的亮度值或彩度值。

3、一种数据压缩/解压缩方法，应用于先后接收到的一第一数据字节与一第二数据字节之上，该方法包含下列步骤：

将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值，其中m为一正整数；

当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的还原用数据码；

当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示的还原用数据码；

当该差值的绝对值大于该第二门槛值时，直接将该第二数据字节压缩成还原用数据码；

当接收到该还原用数据码时，检查该还原用数据码中的一特征位；

当该特征位符合一第一条件时，利用一可变长度编码对照表将该还原用数据码还原成一差值，并将该差值与该第一数据字节相加而解压缩回该第二数据字节；以及

当该特征位符合一第二条件时，直接将除去该特征位的部份该还原用数据码解压缩回该第二数据字节。

4、如权利要求3所述的数据压缩/解压缩方法，其特征在于该第一条件为该特征位为1。

5、如权利要求3所述的数据压缩/解压缩方法，其特征在于该第二条件为该特征位为0。

6、如权利要求3所述的数据压缩/解压缩方法，其特征在于直接将该第二数据字节中压缩成还原用数据码的方法为将该差值除以二并置入符合该第二条件的该特征位。

7、一种影像数据压缩装置，设置于一影像加速器中，该影像加速器包含有一影像撷取装置及一帧缓冲器，该数据压缩装置包含：

一第一数据缓存器，信号连接于该影像撷取装置，其将由该影像撷取装置所送出的一第一数据字节与一第二数据字节予以储存；

一第一编码器，信号连接于该第一数据缓存器，其将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值并予以输出，其中m为一正整数；以及

一第二编码器，信号连接于该第一编码器与该帧缓冲器，其对该差值进行编码而得到一还原用数据码而输出至该帧缓冲器中存放，其中当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的该还原用数据码，而当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，则利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示之该还原用数据码，而当该差值之绝对值大于该第二门槛值时，则直接将该第二数据字节压缩成该还原用数据码。

8、一种影像数据压缩/解压缩装置，设置于一影像加速器中，该影像加速器包含有一影像撷取装置及一帧缓冲器，该数据压缩/解压缩装置包含：

一第一数据缓存器，信号连接于该影像撷取装置，其将由该影像撷取装置所送出的一第一数据字节与一第二数据字节予以储存；

一第一编码器，信号连接于该第一数据缓存器，其将该第二数据字节与该第一数据字节进行比较运算而得到一以m个比特表示的差值并予以输出，其中m为一正整数；以及

一第二编码器，信号连接于该第一编码器与该帧缓冲器，其对该差值进行编码而得到一还原用数据码而输出至该帧缓冲器中存放，其中当该差值的绝对值小于一第一门槛值时，利用一可变长度编码法对该差值进行编码而转换成以小于m个比特表示的该还原用数据码，而当该差值的绝对值大于等于该第一门槛值而小于等于一第二门槛值时，则利用一固定长度编码法对该差值进行编码而转换成以m个比特表示之该还原用数据码，而当该差值之绝对值大于该第二门槛值时，则直接将该第二数据字节压缩成该还原用数据码；

一第二数据缓存器，其储存已完成重建的该第一数据字节；以及

一译码器，信号连接于该帧缓冲器与该第二数据缓存器，其对该帧缓冲器所输出的该还原用数据码进行译码而得到该差值，其中当该还原用数据码中的一特征位符合一第一条件时，利用一可变长度编码对照表将该还原用数据码还原成一差值，并将该差值与该已完成重建的第一数据字节相加而解压缩回一第二数据字节并回存至该第二数据缓存器，而当该特征位符合一第二条件时，直接将除去该特征位的部份该还原用数据码解压缩回该第二数据字节并回存至该第二数据缓存器。

9、如权利要求8所述的影像数据压缩/解压缩装置，其特征在于该第一条件为该特征位为1，而该第二条件为该特征位为0，而直接将该第二数据字节中压缩成还原用数据码的动作为将该差值除以二并置入位值”0”。

10、如权利要求8所述的影像数据压缩/解压缩装置，其特征在于该第一编码器为一微分脉冲编码调变器。

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