JP2002237754A - 可変長復号化装置及び方法 - Google Patents
可変長復号化装置及び方法Info
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Abstract
軽減及び符号化データのシフト手段の明確化により、可
変長符号のパイプライン復号化処理をハードウェア化す
ること。 【解決手段】 符号長及び付加ビット長を確定するため
の、2種類のデコード処理すると共に、全体の処理を符
号データの頭出しのためのステージと、デコード処理ス
テージと、シンボル確定及び付加ビット処理ステージの
3ステージに分離し、パイプライン的に実行する。
Description
符号化データの復号化装置及び方法に関するものであ
る。
化技術の一部として可変長符号によるエントロピー符号
化技術を使用する方式が良く知られており、この技術は
国際標準であるJPEG(Joint Photographic Expert Grou
p)符号化方式においても採用されている。近年、特に可
変長符号としてハフマン符号表を用いたハードウェア化
に対する実現手段が数多く提案されて来た。その従来例
を以下に説明する。
ビット単位にシフト動作を行う事が可能な回路によって
構成されるシフト手段、該シフト手段から出力される符
号化データと、予め記憶しておいた各符号長の最小符号
語もしくは最大符号語との比較を行う事によってシフト
手段から出力されている先頭符号の符号長及び発生頻度
を求めるデコーダと、発生頻度順に復号化データ(シン
ボル・データ)を格納してあるシンボル・メモリと、付加
ビット処理を行う付加ビット処理部と、前記シフト手段
のシフト量を制御するシフト量選択手段から構成され
る。
クルにおいてはデコーダより得られた符号長を選択し、
偶数サイクルではシンボル・メモリから出力される付加
ビット長を選択して、前記シフト手段に対するシフト量
とする。この例において復号化処理のスループットは常
時0.5シンボル/サイクルとなる。またこれに加えて復
号化処理のスループットを向上させる技術として、例え
ば以下に説明するようなものがある。
を備え、第一のデコーダにおいては前記デコーダと同様
の動作を行うものとする。一方、第二のデコーダにおい
ては発生頻度の高い符号語とその符号語に対応するシン
ボル・データを予め記憶しておき、発生頻度が高い符号
語については第二のデコーダによってシンボル・データ
を1サイクルで出力する。
ダにおいてシンボル・メモリへのアドレスを生成して次
のサイクルでシンボル・メモリから出力されるシンボル・
データを復号データとして出力する。この例によれば、
最大1シンボル/サイクルのスループットを得る事が可
能である。
現するためには、特定の復号化手段をハードウエア化
し、回路を高速周波数で動作させることが必要となる
が、前記の従来装置には以下のような課題が存在する。
ト処理手段が不明であったため、ハードウェア化が困難
であった。特に、最大1シンボル/サイクルで処理を行
う場合には、付加ビット処理部も最低でもこの処理速度
に対応できなければならないので、付加ビット処理部の
ハードウエアでの実現手段は、回路の高速化において非
常に重要な意味をもつ。
ータが出力されるブロックが、第二のデコーダ、あるい
はシンボル・メモリの2通り存在するところ、それぞれ
のレイテンシ(実行時間)が異なるので、シンボル・デ
ータの選択器への入力タイミングがずれてしまう。よっ
て、このタイミングのずれを考慮した制御が必要とな
り、制御が複雑化してしまう。
る。仮に前記課題において、予め第二のデコーダに記憶
してある符号語に相当する符号長を記憶しておき、選択
された符号語に対する符号長を1サイクルでシフト手段
からシフト・アウトしたとしても、復合化装置からの出
力は1サイクルであるので、復号化処理のための演算、
例えば付加ビットの演算は1サイクルで行わなければな
らず、同期式の回路設計におけるパイプライン化が困難
である。
理単位を符号化データ単位でシフトさせるべきところ、
従来は、復号装置に対する入力手段へのシフト量の制御
が不明であった。
る可変長復号化装置であって、入力された符号化データ
に対して、サイクル毎に符号語と、前記符号語に対応す
る付加ビットの頭出しを行うシフト手段と入力される符
号化データに含まれるN個の複数の符号語に対応する復
号化データを格納しておくシンボル・メモリと、前記シ
フト手段より入力される符号語のうち、前記符号語数N
個よりも少ないNt個の符号語について、前記シンボル
・メモリへのアドレス、符号長及び付加ビット長を生成
するための第一のデコード処理手段と、前記N個の符号
語について、その符号長及び前記シンボル・メモリへの
アドレスを生成するための第二のデコード処理手段と、
前記第一のデコード処理手段及び第二のデコード処理手
段から入力される2つの前記シンボル・メモリへのアド
レスのうち、いずれか一方を選択するアドレス選択手段
と、前記シフト手段の出力について、前記第一のデコー
ド処理手段と前記第二のデコード処理手段から入力され
る符号長のいずれかにもとづいて、その符号長分だけ左
にビット・シフトを行う第一の付加ビット処理手段と、
前記第一の付加ビット処理手段の出力を、前記シンボル
・メモリから出力されるシンボル・データ分右にビット・
シフトを行う第二の付加ビット処理手段と、前記シフト
手段に対してシフト量を出力する動作制御手段とを有す
る。
細に説明する。図1は、本発明を用いた可変長復号化装
置の一実施形態である。シフト手段101においては可
変長符号化された符号データに対して左ビット・シフト
処理回路を用いて符号化データの頭出しを毎サイクル行
う。シフト手段101においてはフリップ・フロップを
使用する事で、サイクル毎に前記左ビット・シフト処理
回路の出力データをラッチする。この処理をパイプライ
ン処理のステージ1とする。
デコード処理部1(103)の内部構成を図2に示す。
また、図6はデコード処理部1における処理の流れを示
したフローチャートである。テーブル記憶手段はフリッ
プ・フロップから構成され、予め可変長符号表に存在す
るN個(N≧1)の符号語のうちNt個(N≧Nt≧0)の符
号語を記憶しておく符号語アレイ402、符号語アレイ
402に対応するNt個の符号長及びNt個の符号長+付
加ビット長M(M≧0)の2種類のビット数を記憶する符
号長及び符号長+付加ビット長アレイ404、及びシン
ボル・メモリ108へのアドレスをNt個記憶するアドレ
ス・アレイ403から構成される。前記テーブル記憶手
段内の符号語アレイ402から出力される符号語とシフ
ト手段101の出力が、比較器群408においてNt個
の比較器において一致しているか否かを判定する。この
判定において、符号語アレイ402に存在している符号
語群のそれぞれの符号長が予め分かっているので、Nt
個比較器それぞれにおいて比較すべき符号長分の比較の
みを行う。すなわち、比較器群408内の比較器は最小
1ビットから最大符号長分のビット数まで比較すべき符
号長に応じたビット数分の比較を行う。
はデコーダ401に入力され、デコーダ401において
アドレス・アレイ403及び符号長及び符号長+付加ビッ
ト長アレイ404のそれぞれNt個の中から一つを選択
する選択信号が生成される。MUX406の出力は符号長
と前記Mビットを示す2種類の信号であり、前記Mビット
を示す信号は図1の動作制御部106に対して出力され
て、符号長は付加ビット処理部1(102)に対して出
力される。また、MUX405の出力データはシンボル・メ
モリ108へのアドレスとなる。
は、図5に示す通りである。また、デコード処理部2に
おける処理の流れは図7に示すフローチャートのように
なる。ここでは、符号長毎に最大符号語、又は最小符号
語を符号語アレイ502に予め記憶しておき、入力され
た符号化データに対し(S701)、比較器503及び
プライオリティ・エンコーダ504を用いて符号長を求
める(S702)。プライオリティ・エンコーダの優先
順位は符号語アレイ502に記憶されている符号語が最
大符号語である場合には符号長が長いものから優先順位
が高く、最小符号語が記憶されている場合には符号長が
短いものから優先順位が低くなっている。比較器は、符
号長の数(Nl)だけ存在するので、ゲート規模は一定で
ある。また、初期データアレイ505は、符号語アレイ
502上の符号長毎の最大符号語、又は最小符号語のそ
れぞれに対応する初期データをに予め記憶している。初
期データアレイへのアクセスは、求められた符号長に基
づきデコーダ501を利用して行う(S703)。シン
ボル・メモリ108へのアドレスは、求められた符号長
に相当する初期データと入力符号化データを演算器50
6において加算演算する事によって求める(S70
4)。
例えば最小符号語の初期データを記憶しておく場合に
は、符号長毎に以下の式より求められる。 ここで、ADDRはシンボル・メモリへのアドレス、VLCinは
現在シフト手段101にて頭出しされている符号語の下
位8ビット、VLCminは同一符号長における最小符号語、
ADDRbaseは最小符号語のシンボル・メモリのアドレスで
ある。右辺の(ADDRbase −VLCmin)を演算した下位8ビ
ットが初期データに相当する。もしシフト手段101に
て頭出しされている符号語が8ビットに満たない場合に
は、上位ビットに0をパディングする。
コード処理部2(104)とを比較すると図9の通りで
ある。デコード処理部1(103)により符号化データ
を復号化が可能なサイクルにおいては、シフト手段10
1に対して1サイクルで可変長符号と付加ビットをシフ
ト・アウトする事が可能であるために、次のサイクルに
おいて連続する符号化データの復号化処理を行う事が可
能となる。
う場合には、最初のサイクルでは求められた符号長を記
憶しておき、次のサイクルでシンボル・メモリ108か
ら得られる付加ビット長とを加算してシフト・アウトを
行うので、続く符号化データの復号化処理は2サイクル
後に行われる。
部1(103)内のNt個の比較器において一つでも一
致を検出したサイクルにおいてはデコード処理部1(1
03)からの出力を選択して、それ以外のサイクルでは
デコード処理部2(104)からの出力を選択する。一
方付加ビット処理部1(102)においてはデコード処
理部1(103)及びデコード処理部2(104)から
それぞれ符号長が入力される。図8に付加ビット処理部
1における処理のフローチャートを示す。
コード処理部1(103)内のNt個の比較器において
一つでも一致を検出したサイクルにおいてはデコード処
理部1(103)からの入力される符号長が選択されて
左にビット・シフト動作を行う(S802、S804、
S805)。それ以外の場合については、デコード処理
部2から入力される符号長を選択してビット・・シフト
動作を行う(S803)。その際、ビット・シフト処理
を行った結果をフリップ・フロップにおいて毎サイクル
記憶する(S806)。以上の動作がパイプライン処理
のステージ2に行われる処理である。
行われる処理を説明する。ステージ3においてはシンボ
ル・メモリ108からの出力、及び付加ビット処理部1
(102)からの出力を使用する。付加ビット処理部2
(107)においては、付加ビット処理部1(102)
のフリップ・フロップからの入力データに対して、シン
ボル・メモリ108から出力されるシンボル・・データの
一部である付加ビット長をシフト量として右にビット・
シフト動作を行う。
データとなる。またシンボル・メモリ108から出力さ
れるシンボル・・データはそのまま本復号化装置の出力
シンボル・・データとなる。もし前サイクルにおいてデ
コード処理部2(104)から出力されたアドレスを使
用した場合には、動作制御部105において前サイクル
にて記憶しておいた符号長とシンボル・・メモリ108
からの出力されるシンボル・・データの一部である付加
ビット長を加算してシフト手段101へと出力される。
イミング・チャートを図3に、本復号化装置に入力され
る符号化データの一例を図4に示す。
いて可変長符号1が左詰めで頭出しされている状態であ
る。デコード処理部1(103)及びデコード処理部2
(104)に対しては同一符号化データが入力されてい
る。可変長符号1は、デコード処理部1(103)の前
記テーブル記憶手段には存在せずに比較器群408の出
力はすべて偽となる。
ては可変長符号1の符号長及びシンボル・メモリ108
に対するアドレスが演算されそれぞれ出力される。付加
ビット処理部1(102)においてはデコード処理部2
(104)から入力される符号長からシフト手段1の出
力データに対して左ビット・シフト処理を行いフリップ・
フロップに記憶する。また動作制御部105において
は、デコード処理部2(104)から入力される符号長
をフリップ・フロップに記憶しておく。
108より出力される可変長符号1に対するシンボル・
データが復号データとして出力される。付加ビット処理
部2においてはシンボル・データの一部をシフト量とし
て付加ビット処理部1(102)から入力されるデータ
に対して右ビット・シフト処理が行われて付加ビット・デ
ータとして出力される。動作制御部105に対してもシ
ンボル・データの一部である付加ビット長が入力され、
前サイクルにおいて記憶しておいた符号長と加算を行
い、その結果がシフト量としてシフト手段101へと出
力される。
れサイクル1、サイクル2と同様の動作が行われる。次
ぎにサイクル5において、シフト手段101において頭
出しされている可変長符号3が、デコード処理部1(1
03)内のフリップ・フロップに予め記憶されている符
号語と一致する。付加ビット処理部1(102)におい
てはデコード処理部1(103)から入力される符号長
から左ビット・シフト処理が行われる。また、動作制御
部105においてはデコード処理部1(103)より入
力される符号長+付加ビット長がシフト量としてシフト
手段101へと出力される。
フト手段101の出力はすでに付加ビットがシフト・ア
ウトされ、次の可変長符号5が頭出しされている状態と
なる。このサイクルにおいてもデコード処理部1(10
3)においてハフマン符号語の一致が検出されてサイク
ル5と同様の動作が付加ビット処理部1(102)及び
動作制御部105において行われる。一方パイプライン
処理のステージ3においては、サイクル5においてシン
ボル・メモリ108から可変長符号3に対応するシンボ
ル・データが複号化データとして出力され、また付加ビ
ット処理部2(107)においてはシンボル・データの
一部をシフト量として、右ビット・シフト処理を行い付
加ビット・データとして出力する。
の処理が行われる。サイクル10においては、パイプラ
イン処理のステージ2においてデコード処理部1(10
3)においては符号語と一致せずにデコード処理部2
(104)の符号長とシンボル・メモリのアドレスが有
効となるがパイプライン処理のステージ3においては可
変長符号7に対応するシンボル・データと付加ビットが
出力されている。
数の機器(例えばホストコンピュータ、インタフェイス
機器、リーダ、プリンタなど)から構成されるシステム
に適用しても、一つの機器からなる装置(例えば、複写
機、ファクシミリ装置など)に適用してもよい。
である可変長復号化装置を、同期式RAMを使用した同
期設計により3ステージから構成されるパイプライン処
理として実現する事が可能である。また付加ビット処理
回路及び復号データの記憶手段を、2種類のデコーダで
共有する事が可能となり回路規模の増加を最小限に押さ
えながらスループットの向上を行う事が可能となった。
ック図である。
処理部1(103)の内部構成を示す図である。
を示す図である。
処理部2の内部構成を示す図である。
おける処理の流れを示すフローチャートである。
おける処理の流れを示すフローチャートである。
における処理の流れを示すフローチャートである。
部2(104)の比較を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】符号化データを復号化する可変長復号化装
置であって、 入力された符号化データに対して、サイクル毎に符号語
と、前記符号語に対応する付加ビットの頭出しを行うシ
フト手段と入力される符号化データに含まれるN個の複
数の符号語に対応する復号化データを格納しておくシン
ボル・メモリと、 前記シフト手段より入力される符号語のうち、前記符号
語数N個よりも少ないNt個の符号語について、前記シ
ンボル・メモリへのアドレス、符号長及び付加ビット長
を生成するための第一のデコード処理手段と、 前記N個の符号語について、その符号長及び前記シンボ
ル・メモリへのアドレスを生成するための第二のデコー
ド処理手段と、 前記第一のデコード処理手段及び第二のデコード処理手
段から入力される2つの前記シンボル・メモリへのアド
レスのうち、いずれか一方を選択するアドレス選択手段
と、 前記シフト手段の出力について、前記第一のデコード処
理手段と前記第二のデコード処理手段から入力される符
号長のいずれかにもとづいて、その符号長分だけ左にビ
ット・シフトを行う第一の付加ビット処理手段と、 前記第一の付加ビット処理手段の出力を、前記シンボル
・メモリから出力されるシンボル・データ分右にビット・
シフトを行う第二の付加ビット処理手段と、 前記シフト手段に対してシフト量を出力する動作制御手
段とを有する事を特徴とする可変長復号化装置。 - 【請求項2】 前記第一のデコード処理手段が、 前記Nt個の符号語と、 その符号長及び符号長と付随する付加ビット長を加算し
たビット数Mと、 符号語に対応するシンボル・メモリに対するアドレスと
を記憶する第一のテーブル記憶手段と、 前記第一のテーブル記憶手段から出力される符号語と前
記シフト手段の出力との一致を検出するNt個の比較手
段と、 前記Nt個の比較手段のうちどれか一つが一致を検出し
た場合に前記符号長、前記ビット数M及び前記アドレス
のそれぞれについてNt個の中から1つを選択する選択
手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の可変
長復号化装置。 - 【請求項3】 前記アドレス選択手段が、前記Nt個の
比較手段のうちの一つが一致を検出した場合には、第一
のデコード処理手段から出力されるシンボル・メモリの
アドレスを選択することを特徴とする、請求項2に記載
の可変長復号化装置。 - 【請求項4】前記シフト手段において、前記第一のデコ
ード処理手段におけるNt個の比較手段のいずれかが一
致を検出した場合には符号語と付加ビットを1サイクル
でシフト・アウトし、一致を検出しない場合には2サイ
クルで符号語と付加ビットをシフト・アウトする事を特
徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の可変
長復号化装置。 - 【請求項5】 前記第二のデコード処理手段が、 前記N個の符号語の全ての符号長について、最小又は最
大符号語とを記憶する第二のテーブル記憶手段と、 入力符号語と前記最小又は最大符号語から前記入力符号
語の符号長を求めるための、前記全ての符号長の数に一
致する数の比較手段からなる符号長決定手段と、 前記入力符号語のシンボル・メモリのアドレスを算出す
るための、前記最小又は最大符号語に対応する全ての初
期データを記憶する初期データテーブルと、 前記符号長決定手段によって決定された符号長に対応す
る、前記初期データのアドレスを前記決定された符号長
から求めるための第三のデコード処理手段と、 入力符号語と前記対応する初期データから前記シンボル
・メモリのアドレスを算出するための演算手段とを備え
ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに
記載の可変長復号化装置。 - 【請求項6】 符号化データを復号化する可変長復号化
方法であって、 入力された符号化データに対して、サイクル毎に符号語
もしくは付加ビットの頭出しを行うシフト工程と入力さ
れる符号化データに含まれるN個の複数の符号語のシン
ボル・データを格納しておくシンボル・データ格納工程
と、 前記シフト工程より入力される符号語のうちのN個以下
のNt個の符号語について、前記シンボル・データ格納
工程で格納されているシンボル・データへのアドレス、
符号長及び付加ビット長を生成するための第一のデコー
ド処理工程と、 前記N個の符号語について、その符号長及び前記シンボ
ル・データのアドレスを生成するための第二のデコード
処理工程と、 前記第一のデコード処理工程及び第二のデコード処理工
程から入力される2つの前記シンボル・データのアドレ
スのうち、いずれか一方を選択するアドレス選択工程
と、 前記シフト工程からの出力について、前記第一のデコー
ド処理工程と前記第二のデコード処理工程から入力され
る符号長のうち、いずれかにもとづいてその符号長分だ
け左にビット・シフトを行う第一の付加ビット処理工程
と、 前記第一の付加ビット処理工程の出力を、前記シンボル
・データ格納工程から出力されるシンボル・データ分だけ
右にビット・シフトを行う第二の付加ビット処理工程
と、 前記シフト工程に対してシフト量を出力する動作制御工
程とを有する事を特徴とする可変長復号化方法。 - 【請求項7】 前記第一のデコード処理工程が、 前記Nt個の符号語と、 その符号長及び符号長と付随する付加ビット長を加算し
たビット数Mと、符号語に対応する前記シンボル・デー
タのアドレスと、 を記憶する第一のテーブル記憶工程と、 前記第一のテーブル記憶工程から出力される符号語と前
記シフト工程の出力との一致を検出するNt個の比較工
程と、 前記Nt個の比較工程のうちどれか一つが一致を検出し
た場合に前記符号長、前記ビット数M及び前記アドレス
のそれぞれについてNt個の中から1つを選択する選択
工程とを有することを特徴とする請求項6に記載の可変
長復号化方法。 - 【請求項8】 前記アドレス選択工程が、前記Nt個の
比較工程のうちの一つが一致を検出した場合には、第一
のデコード処理工程から出力されるシンボル・データの
アドレスを選択することを特徴とする、請求項7に記載
の可変長復号化方法。 - 【請求項9】前記シフト工程において、前記第一のデコ
ード処理工程におけるNt個の比較工程のいずれかが一
致を検出した場合には、符号語と付加ビットを1サイク
ルでシフト・アウトし、一致を検出しない場合には2サ
イクルで符号語と付加ビットをシフト・アウトする事を
特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の可
変長復号化方法。 - 【請求項10】 前記第二のデコード処理工程が、 N個の符号語の全ての符号長について、最小又は最大符
号語とを記憶する第二のテーブル記憶工程と、 入力符号語と前記最小又は最大符号語から前記入力符号
語の符号長を求めるための、前記全ての符号長の数に一
致する数の比較工程からなる符号長決定工程と、 前記入力符号語のシンボル・メモリのアドレスを算出す
るための、前記最小又は最大符号語に対応する全ての初
期データを記憶する初期データ記憶工程と、 前記符号長決定工程によって決定された符号長に対応す
る、前記初期データのアドレスを前記決定された符号長
から求めるための第三のデコード処理工程と、 入力符号語と前記対応する初期データから前記シンボル
・データのアドレスを算出するための演算工程とを備え
ることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれかに
記載の可変長復号化方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001031582A JP2002237754A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 可変長復号化装置及び方法 |
US10/067,223 US6603413B2 (en) | 2001-02-07 | 2002-02-07 | Variable-length decoding apparatus and method |
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JP2001031582A Pending JP2002237754A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 可変長復号化装置及び方法 |
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