CN1282368C - 共用反离散余弦变换的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种共用反离散余弦变换的方法，首先，接收一组输入字符组，解析出其中的数据字符组与表示数种编码方式之一的标识符。接下来反离散余弦转换数据字符组成为一有符号数字字符组，再依据此标识符所表示的编码方式将有符号数字字符组的值转换为一介于一最大值与一最小值的格式化字符组。输入字符组可以用一字符组接收装置来接收，再经由反离散余弦转换装置将数据字符组转换为有符号数字字符组，再经字符组转换装置转化为格式化字符组，如此便可以用共用的反离散装置与方法来处理不同的编码方式的输入字符组，以节省重复的成本。
Description
技术领域
本发明有关于一种共用反离散余弦变换的装置与方法，特别是有关于将MPEG与JPEG共用于同一反离散余弦变换的装置与方法。
背景技术
动画压缩标准(Moving Pictures Experts Group；简称MPEG)为国际标准组织(International Organization for Standardization；ISO)所制定的数字影音压缩标准之一，主要为国际标准组织所定义了一种压缩位元数据流(compressed bit stream)，也因此间接定义了一种解压缩器(decompressor)。MPEG标准是历经国际标准组织多次修改而产生，因此MPEG只是这个标准的简称，其正式的名称为ISO/IEC(InternationalElectro-technical Commision)JTC1(Joint Technical Committee 1)SC29(Sub-committee 29)WG11(Work Group 11(moving pictures with...uh，audio))。
JPEG听起来与MPEG很相近，是由相同的国际标准组织次委员会(sub-committee)的一部份。JPEG是应用于静态图像压缩(still imagecompression)，与MPEG最大的不同在于MPEG是采以区块为基础的动像补偿预测(motion compensated prediction；MCP)。其次，JPEG与MPEG的差异在于应用领域，JPEG是用于一般的目的(general purpose)，具有与色彩空间(Color Space)不相关、各分量(component)皆具有其量化表格(quantization tables)的特性。JPEG的延伸模式主要包含有两种取样精确度(8bit与12bit sample accuracy)、频率累进的组合(combinationsof frequency progressive)、空间累进(spatially progressive)与幅度累进扫瞄模式(amplitude progressive scanning modes)等等。并且在色彩独立上主要是归功于可下载的霍夫曼表(down-loadable Huffman tables)。
因为MPEG的目标是在于特殊的应用，因此只具有一种色彩空间(4:2:0 YCbCr)，一种取样精准度(8bit)与一种扫瞄模式。并且在亮度与彩度上是共用相同量化表格，也因此限制了取样维度的范围(the rangeof sampling dimensions)，并且在微区块(microblock，例如16×16pixelarea)层加入了适应性量化(为JPEG所特有)，使得较平顺的位元速率控制(bit rate control)与较感觉得出来的一致性量化(perceptually uniformquantization)能遍及画面与图像序列。另外，MPEG的长度变动编码表(variable length coding tables)为非下载的(non-lownloadable)，因此很适用于对于最佳化一特定压缩比的限定范围的特殊目的应用。
在局部空间与相关的方法上，MPEG与JPEG两者非常相似，画面数据是以二维正交的8×8离散余弦变换(Discrete Cosine Transform；DCT)来作区块转换编码(block transform coded)。离散余弦变换后所产生的63AC变换系数再以zig-zag样本对应来向量转置为具有更多0的系数，接下来再将这向量的系数以一致的数值量化(uniformly scalarquantized)与串长编码(run-length coding)，其中经串长编码所产生的结果是以标准的(canonical(JPEG))或修改过的(MPEG)霍夫曼码编码。
因此，JPEG与MPEG数据流在重现其播放结果前，需先经过反离散余弦变换(Inverse Discrete Cosine Transform；)。一般来说反离散余弦变换(IDCT)都预先界定于处理一特定范围的数值，也就是串长编码的结果需先行转换在此特定范围的最大值与最小值间，才能应用于反离散余弦变换。如图1A所示，JPEG的反离散余弦转换的最大值与最小值一般分别为127与-128，也就是从JPEG数据流所输入的每一字符组需先行如步骤110判断是否小于-128，若小于-128则如步骤112以-128输出，同时还需如步骤120判断是否大于127，若大于127则如步骤122以127输出，否则如步骤124以原值输出。类似地，MPEG的反离散余弦转换的最大值与最小值一般分别为255与-256，参考图1B，从MPEG数据流所输入的每一字符组需先行，如步骤130判断是否小于-256，若小于-256则如步骤132以-256输出，同时还需如步骤140判断是否大于255，若大于255则如步骤142以255输出，否则如步骤144以原值输出。有时转换后的数值还需要经过偏移(offset)后才能做反离散余弦转换，例如在处理JPEG的数据时可将转换后的数值加上128，使得送交反离散余弦转换的数值介于255与0之间。
据此，反离散余弦变换为处理JPEG与MPEG的重要步骤。然而，在执行IDCT时，JPEG数据格式是使用软件(例如：使用C语言所写成的程序)来执行，而在处理MPEG数据格式的IDCT时，则是使用硬件的电路(Circuits)来实施(例如：使用Verlog HDL)，以便能够获得较快的转换速度。因此，若能将JPEG的数据格式也能使用MEPG数据格式的电路来处理IDCT时，除了可使JPEG数据格式的处理速度加快外，对于数字播放装置(DVD Player)等而言，只需设置一IDCT电路，即可同时处理JPEG与MPEG的数据格式，因此可节省许多成本。
发明内容
基于前述的动机，本发明提出一种共用反离散余弦变换的装置与方法，将经过离散余弦变换的不同规格的字符组以共用的反离散余弦转换的装置或方法来处理，可节省重复设置不同反离散余弦变换装置的成本。
本发明也提出一种共用反离散余弦变换的装置与方法，以使多媒体播放装置具有更大的数字数据处理兼容性，可以播放更多的数字数据格式。
依据以上所述的目的，本发明提出一种反离散余弦变换的方法与装置。首先，接收一组输入字符组，解析出其中的有符号数字字符组与表示数种编码方式之一的标识符。接下来，经过反离散余弦转换解析出的数据，而组成一有符号数字字符组。然后，依据此标识符所表示的编码方式，将有符号数字字符组的值转换为一介于一最大值与一最小值的格式化字符组。此输入字符组可以一字符组接收装置来接收，再经由字符组转换装置转化为格式化字符组，如此便可以用共用的反离散方法来处理不同的编码方式的输入字符组，以节省重复设置不同反离散余弦变换装置的成本。
附图说明
本发明相对于先前技艺的优点与好处在于参考下列附图图标与具体实施例比较后将更容易显现，其中：
图1A与图1B为先前技术的流程图；
图2为本发明反离散余弦变换的方法的方块示意图；
图3A为本发明的方法通过判断格式转换格式化字符组的示意图
图3B为本发明的标识符为JPEG编码方式，转换为转换格式化字符组的示意图；以及
图4为本发明的反离散余弦变换装置方块示意图。
主要部份的代表符号：
110、112、120、122、124、130、132、140、142、144、200、210、220、221’222、223、224、225、226、227、228、229、230、231、321、322、323、324、325、326、327、328、329、330：步骤
402输入字符组
410字符组接收装置
412数据字符组
414标识符
420反离散余弦转换装置
422有符号数字字符组
430字符组转换装置
432格式化字符组
具体实施方式
为了阐述本发明在数字图像数据中的格式化字符组的转换方式，接下来会更进一步的说明。然而，为了使叙述能够清楚且明白，在下列的说明过程中，以MPEG(9位元)与JPEG(8位元)为例来说明。然而，这些说明并非用以限制本发明的适用范围。
由于MPEG与JPEG有许多的相似性，因此有可能可以发展同时适用于两者的编码与译码方式及装置，进而降低成本。仅管如此，两者间还是有着一些差异，主要是离散余弦转换与量化精准度在MPEG下是9位元，而JPEG为8位元。也就是MPEG的饱和范围(Saturation Range)介于-256至255间，而JPEG为介于-128至127之间。但由于JPEG在离散余弦转换后是介于0至255之间，因此JPEG还需要经过偏移(OFFSET)128，以转换为介于-128至127之间，及需增加减去128的步骤来做偏移处理。
因此，本发明提出一种共用反离散余弦变换的方法，请参考图2，其为本发明之一较佳实施例的示意图。首先，步骤200接收一组输入字符组，此输入字符组包含一数据字符组及一标识符(identifier)，其中此标识符是表示此输入字符组的编码方式。
前述的标识符可以是一个或多个字符组所组成，被用来表示所输入的数字字符组是以哪种方式编码。例如，此标识符可以表示一输入字符组为JPEG、MPEG-1、MPEG-2或其它的编码方式，所述的编码方式是指以离散余弦变换所产生的编码方式。然而，在此强调的是本发明对使用何种方法来执行此编码方式并不加以限制，同时，对于所接收到输入字符组与其中的数字字符组数据的位元数也不加以限制。例如输入字符组可以为32位元、64位元或者其它，而数据字符组则不限为8或9字符，例如，其可以为11位元。
接下来在步骤210中，数据字符组经反离散余弦转换成为一有符号数(signed)字符组，有符号数字字符组代表此数字字符组数据为正数或是负数，其表示方式可以是”2”的补码(complement)或是”1”的补码，或是其它可以用以表示正数与负数的表示方式。之后再根据步骤220，依据前述的标识符所指的编码方式，将有符号数字字符组转换成为一组格式化字符组。此经过转换的格式化字符组被定义在一数值区间，而此数值区间可以用直接或经转换后，仍被包含于格式化字符组的直接或经转换之前的数值区间中，因此，可将不同编码方式的有符号数字字符组格式化于一特定的区间中。最后再依据步骤230，输出格式化字符组。
请参照图3A所示，为本发明的共用反离散余弦变换的方法转换格式化字符组的示意图。为了更清楚说明本发明如何执行步骤220，以便将各种编码方式的数值区间以直接或经转换后，能够被包含于格式化字符组的数值区间中，各种编码方式的数值区间需经过偏移或者被限制在与格式化字符组的数值区间内。首先，当接收到一组有符号数字字符组时，先判断其格式(如步骤221所示)，而用于判断其格式的标识符，可以是内含于输入字符组中或经分析输入字符组所产生。接下来，判断有符号数字字符组是否小于此格式的最小值(如步骤222所示)，如果小于最小值，则如步骤226所示，输出最小值。反之，则继续判断有符号数字字符组是否大于其格式的最大值(如步骤224所示)，如果大于格式的最大值，则输出一最大值(如步骤225所示)。如果有符号数字字符组也不大于最大值时，则依步骤231所示，以原值输出。再接着，当接步骤221所判断的结果为另一格式时，则如步骤223所示，判断有符号数字字符组是否小于其格式的次最小值，如果小于次最小值，则如步骤226所示，输出一最小值。反之，则由步骤225所示，判断有符号数字字符组是否大于其格式的次最大值，如果大于其格式的最大值，则如步骤225所示，输出一最大值。如果有符号数字字符组也不大于次最大值，则如步骤227所示，依标识符判断此格式是否需要偏移，若不需要偏移则如步骤230所示，以原值输出，反之则如步骤229所示，经数值偏移后再输出。
举例来说明，并请参考图3B所示。如前所述，以下的例子说明以MPEG与JPEG来说明。当辨识出一MPEG的有符号数字字符组时(如步骤321所示)，若数值区间介于一最小值(如-256)与一最大值(如255)之间，则每一个有符号数字字符组在转换成格式化字符组时，就需要被限制在此最小值至最大值之间。因此，当一有符号数字字符组大于最大值时，则输出的格式化字符组会被转换为最大值，而当一有符号数字字符组小于最小值时，则输出的格式化字符组会被转换为最小值。例如，格式化字符组的数值区间为-256至255时，当有符号数字字符组小于-256时(如步骤322所示)，格式化字符组被转换为-256并输出(如步骤324所示)。而当某一有符号数字字符组大于255时(如步骤325所示)，则此一格式化字符组被转换为255并输出(如步骤327所示)。若当某一有符号数字字符组介于最大值255时与最小值-256之间时，则以原值输出(如步骤328所示)。另外，当辨识出一JPEG的格式化字符组时，则将其有符号数字字符组的格式化字符组的数值区间定义在一次最大值与一次最小值间。因此，在反离散余弦转换后，便可以直接转换至所定义的次最大值(127)与次最小值(-128)间或者最小值(-256)与最大值(255)之间。例如，JPEG预先所定义的次最大值与次最小值分别为127与-128，因此，当有符号数字字符组小于次最小值-128时(如步骤323所示)，则格式化字符组被转换为最小值-256并输出(如步骤324所示)。而当有符号数字字符组大于次最大值127时(如步骤326所示)，则此一格式化字符组被转换为最大值255并输出(如步骤327所示)。若当某一有符号数字字符组介于最大值255时与最小值-256之间时，则以原值直接输出(如步骤328所示)。当JPEG的有符号数字字符组介于次最大值与一次最小值间时，则以原值直接输出(如步骤328所示)。此外，有符号数字字符组在转换成格式化字符组的过程中，还可以加上一偏移量，使得格式化字符组在一特定范围。如JPEG的有符号数字字符组所预设的次最大值与次最小值由127与-128偏移为255与0，则此偏移量为128。例如，当标识符为JPEG时，格式化字符组为有符号数字字符组加上偏移量128(未显于图标中)，若标识符不为JPEG时，格式化字符组为有符号数字字符组。在本例中，有符号数字字符组加上偏移量128可以将第9位元(由最小位元算起)以后的位元都设为0，并且将第8位元由1转为0或由0转为1。
根据上述，本发明在步骤220中最大的特征是在判断为JPEG格式时，将大于其编码方式的有符号数字字符组的值(即次最大值)转换成最大值表示，而将小于其编码方式的有符号数字字符组的值(即次最小值)转换成最小值表示，并且可以包含将特定编码方式的有符号数字字符组偏移。必须强调的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例；对本发明的精神而言，上述的各步骤的顺序可以任意调换更改，本发明并不限制这些细节。
前述的各编码方式的格式化字符组的次最大值与次最小值或偏移后的次最大值与次最小值需包含于最大值与最小值之间，例如格式化字符组的最大值与最小值分别为255与-256，则MPEG的有符号数字字符组的数值区间介于-256至255之间，而JPEG的有效数字字符组的数值区间可以是介于-128至127之间，或介于0至255之间。至于此格式化字符组的数值区间与数值区间的范围本发明并不加以限制。
此外本发明可以用于各种数值的表示方式，如2进位、4进位、8进位、16进位或其它种表示方式。另外2进位在有符号数的表示方式上可以为二的补码、一的补码或其它有符号数表示方式。再者，有符号数的表示方式中，可以用最高位元(most significant bit)为1时表示负数，反之，为0时表示正数。
再者，MPEG编码方式与JPEG的编码方式的区间范围可分别为-256至255与-128至127，当输入字符组为32位、64位、128位或更大时，指定以其中固定11个连续位元作为有符号数字字符组，并且以输入字符组中某一特定的位元作为有符号数字符。此有符号数字符通常为最低位元(LSB，least significant bit)，当有符号数字字符组为0或正数时，该有符号数字符为0，反之，当有符号数字字符组为负数时，该有符号数字符为1。而有符号数字字符组通常是以二的补码来表示，例如数值255、127、0、-128、-256分别以无号数255、127、0、1920、1792来表示。
据此，根据前述的方法，本发明提出一种共用反离散余弦变换的装置，如图4所示，其为本发明的共用反离散余弦变换装置方块示意图。共用反离散余弦变换的装置包含：一字符组接收装置410、一反离散余弦转换装置420与一字符组转换装置430。所述的字符组接收装置410是用以接收一输入字符组402，此输入字符组402包含一数据字符组412以及一标识符414，其中该标识符414是表示输入字符组412的编码方式，亦即此数据字符组412具有数种编码方式。此外，反离散余弦转换装置420是用以进行反离散余弦转换来将数据字符组412转换为一有符号数字字符组422，接下来由字符组转换装置420依据标识符将有符号数字字符组422格式化后产生一格式化字符组432。其中，字符组转换装置420是依据步骤220(如图3A所示，包括步骤221-229)，将大于其编码方式的次最大值的有符号数字字符组422以最大值表示，与将小于其编码方式的次最小值的有符号数字字符组422以最小值表示，并且可以包含将特定编码方式的有符号数字字符组422偏移。本较佳实施例的其它细节皆与前一较佳实施例相同，因此在此不再赘述。
当使用本发明所提供的方法来达到共用反离散余弦变换的装置时，对原来的电路而言，仅需增加一个位元(即一个管脚)，用来判断所要处理的数据格式为何。而在控制的程序代码上，则只需作些转换即可达成。因此，当使用本发明实施例所提供的方法及装置来处理JPEG与MPEG的数据格式时，由于共用一个IDCT电路，故除了可使JPEG数据格式的处理速度加快外，对一个数字播放装置(DVD Player)而言，只需设置一IDCT电路，因此可节省许多成本。
当然，将本发明实施例所提供的方法及装置使用在多媒体播放机时，并不一定限制其只能处理JPEG与MPEG的数据格式。对本发明的方法而言，只要能辩识出任何两个不同的数字图像的数据格式时，可据以实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围中。
Claims (10)
1.一种共用反离散余弦变换的方法，该方法是将MPEG与JPEG共用于同一反离散余弦变换的方法来处理不同编码方式的输入字符组，其特征在于，包含：
接收一组输入字符组，该输入字符组包含一数据字符组及一标识符，其中该标识符表示该输入字符组的编码方式；
反离散余弦转换，该输入的数据字符组经反离散余弦转换为一组有符号数字字符组；
通过一判断格式产生一组格式化字符组，该判断格式将有符号数字字符组的值定义在一数值区间，依据上述标识符标识的编码方式，以及定义的数值区间所对应的一最大值与一最小值以及一次最大值与一次最小值，将有符号数字字符组转化为该格式化字符组；以及
输出该格式化字符组。
2.如权利要求1所述的共用反离散余弦变换的方法，其中上述的有符号数字字符组以二补码来编码。
3.如权利要求1所述的共用反离散余弦变换的方法，其中上述的有符号数字字符组的编码方式选自下列之一：MPEG编码方式或JPEG编码方式。
4.如权利要求1所述的共用反离散余弦变换的方法，其中上述的格式化字符组设定方法选自下列之一：
该有符号数字字符组是小于一最小值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组以MPEG来编码，该格式化字符组是以该最小值表示；
该有符号数字字符组不是小于一最小值，而是大于一最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组以MPEG来编码，该格式化字符组是以该最大值表示；
该有符号数字字符组是小于一次最小值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组以JPEG来编码，该格式化字符组是该最小值，其中，该次最小值大于该最小值；
该有符号数字字符组不是小于一次最小值，而是大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，该格式化字符组是该最大值，其中，该次最大值小于该最大值；以及
该有符号数字字符组不是小于一最小值，并且不是大于一最大值时，或该有符号数字字符组不是小于一次最小值，并且不是大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，该格式化字符组的值是该有符号数字字符组的值。
5.如权利要求4所述的共用反离散余弦变换的方法，更包括当上述的有符号数字字符组不小于一次最小值并不大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，偏移该格式化字符组的值为该有符号数字字符组的值加上128，其中该最小值、该次最小值、该次最大值与该最大值分别为-256、-128、127与255。
6.一种共用反离散余弦变换的装置，其特征在于，包含：
一字符组接收装置，该字符组接收装置用以接收一输入字符组，该输入字符组包含一数据字符组以及一标识符，其中该标识符是表示该输入字符组的编码方式；
一反离散余弦转换装置，该反离散余弦转换装置是将该数据字符组经反离散余弦转换后产生一有符号数字字符组；以及
一字符组转换装置，依据该标识符所表示的输入字符组的编码方式，通过判断格式转换该有符号数字字符组成为一格式化字符组。
7.如权利要求6所述的共用反离散余弦变换的装置，其中上述的标识符可以表示输入字符组是MPEG编码方式或是JPEG编码方式。
8.如权利要求6所述的共用反离散余弦变换的装置，其中该有符号数字字符组转换为格式化字符组时，还包括下列特征之一：
当有符号数字字符组小于一最小值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组以MPEG来编码，该格式化字符组是以该最小值表示；或
当有符号数字字符组大于一最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组以MPEG来编码，该格式化字符组是以该最大值表示。
9.如权利要求8所述的共用反离散余弦变换的装置，转换上述格式化字符组的设定方式采用一判断格式，其中：
判断该有符号数字字符组小于一次最小值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，该格式化字符组是该最小值，其中，该次最小值大于该最小值；
判断该有符号数字字符组大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，该格式化字符组是该最大值，其中，该次最大值小于该最大值；以及
判断该有符号数字字符组不是小于一最小值，并且该有符号数字字符组不是大于一最大值时，或该有符号数字字符组不是小于一次最小值，并且该有符号数字字符组不是大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码时，该格式化字符组的值是该有符号数字字符组的值。
10.如权利要求8所述的共用反离散余弦变换的装置，其中更包含当上述的有符号数字字符组不小于一次最小值并不大于一次最大值时，并且该标识符表示该有符号数字字符组是以JPEG来编码，偏移该格式化字符组的值为该有符号数字字符组的值加上128，其中该最小值、该次最小值、该次最大值与该最大值分别为-256、-128、127与255。
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