JP2800538B2

JP2800538B2 - 可変長ビット列処理プロセッサ

Info

Publication number: JP2800538B2
Application number: JP6431792A
Authority: JP
Inventors: 康大井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1998-09-21
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JPH05268100A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変長ビット列処理プロ
セッサに関し、特に符号化復号化に関連する構文処理
と、それに伴う意味処理を混在させてソフトウェアプロ
グラム処理を可能にした回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】可変長符号化復号化においては、各符号
の出現頻度の逆数の対数（２を底とする）に相当するビ
ット長に符号化することで、平均符号長を最小にするこ
とができる。このような符号化は、エントロピー符号化
とよばれている。ハフマン符号化はエントロピー符号化
の代表例である。

【０００３】大量のデータ伝送や蓄積を行なう場合、デ
ータの生起確率に著しい偏りがある場合は、エントロピ
ー符号化によるデータ圧縮が可能である。例えば、過去
１００年間の毎日の天気を記録する場合、１：晴、０
１：曇、００１：雨、０００１：雪、ｅｔｃとしておけ
ば、晴天の多い地方ではデータ圧縮上有利である。雪の
多い地方では、別な符号割り当てのほうが有利になるこ
とは自明である。

【０００４】伝送もしくは蓄積すべきデータが１種類の
場合、エントロピー符号化に必要な符号化復号化テーブ
ルは１つでよい。上述の例は、天候の符号テーブル１つ
で情報を符号化する例である。

【０００５】オーディオ・画像などのデータは、送るべ
きデータの種類が複数あり、しかも、各々でエントロピ
ー符号化が必要な場合（可変長データ）と、そうでない
場合（固定長データ）が混在している場合が多い。その
ような混在ビットデータの処理を実現するには、複数の
符号化復号化テーブルを準備する必要がある。

【０００６】このような混在ビットデータの符号化復号
化処理を実行する従来の装置例を図２および図３に示
す。

【０００７】図２は、専用ハードウェアを接続して、混
在ビットデータ処理を実行する場合の従来例である。こ
のハードウェアは、専用シーケンサを用いて制御され
る。

【０００８】図２において、入力ＦＩＦＯ１２１に存在
するビット列のデコードを行なう場合、固定長デコード
結果は、シフタ１２２の出力をテンポラリレジスタ１２
４で受けて出力される。可変長デコード結果は、シフタ
１２２の出力をテーブルアドレス生成部１４１の入力に
供給し、そこから生成されたアドレスをテンポラリレジ
スタ１４２を介してテーブル１４３に入力し、その検索
結果（もしくは、その検索結果を再びテーブルアドレス
生成部１４１に供給して、テーブル検索を繰り返した結
果）で得られる。

【０００９】また、エンコードについては、固定長エン
コードの場合、テンポラリレジスタ１３４のデータが、
パックシフタ１３２を通じて出力ＦＩＦＯ１３１に詰め
込まれていく。可変長エンコードの場合は、エンコード
されるデータをテーブルアドレス生成部１４１の入力に
供給し、そこから生成されたアドレスをテンポラリレジ
スタ１４２を介してテーブル１４３に入力し、その検索
結果をテンポラリレジスタ１３４にストアして、あとは
固定長エンコードと同様の処理を行なうことになる。

【００１０】図3は、汎用プロセッサを用いて混在ビッ
トデータ処理を実行する場合の従来例である。この場
合、すべての処理は、プログラムで実行される。図示さ
れない命令メモリから命令が逐次命令デコーダ１０１に
供給され、入力ＦＩＦＯ１２１からのデータを処理し、
出力ＦＩＦＯ１３１へと出力していく。符号化の場合、
ＦＩＦＯ１３１にビット列が格納され、複合化の場合、
ＦＩＦＯ１２１にビット列が格納される。

【００１１】符号化復号化処理自体は、汎用レジスタフ
ァイル１０２のデータを用いてＡＬＵ１０３での演算と
して実行される。１０４，１０５，１０６のパイプライ
ンレジスタはパイプライン処理の実現方式に依存して追
加される性質のものであり、また、ＡＬＵ以外にバレル
シフタなどのデータ操作ユニットが別途存在してもよ
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図２の専用ハードウェ
アによる方法は、混在ビットデータを用いたの意味処理
（例えば、前述の天候の例では、１週間晴天の続いた週
がいくつあるかをカウントするなど）や、ヘッダデータ
の付加に対する柔軟性が小さいという課題を有する。そ
のため、このようなハードウェアを使用する場合には、
例えば復号化の場合には、予めヘッダなどのビット列を
取り除いた状態で供給することになるし、符号化の場合
は、後で付加するという形式をとることになる。

【００１３】図３の汎用プロセッサによる方法は、図２
の方法に比べ性能が出ない。特に、画像符号化復号化に
ついては、平均１Ｍｂｐｓ以上の可変長符号化復号化
（ピーク時にはこの１０−１００倍の性能が必要）の実
行能力が要求されるが、この性能をマイクロプロセッサ
技術のみで解決するのは困難であるという課題を有す
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の可変長ビット列
処理プロセッサは、エントロピー符号化に基づいて符号
化された可変長ビットフィールドと、固定長ビットフィ
ールドとが混在するビット列に対する符号化復号化用ビ
ット列処理プロセッサであって、少なくとも、命令デコ
ード手段と、レジスタファイル手段と、入力ビット列を
指定された長さ毎に抽出するアンパックシフト手段と、
出力ビット列を指定された長さ毎に挿入するパックシフ
ト手段と、可変長復号テーブル手段と、可変長符号テー
ブル手段と有し、固定長復号化命令、可変長復号化命
令、固定長符号化命令、可変長符号化命令が実行できる
という特徴を有している。

【００１５】また、上述の可変長復号テーブル手段と、
可変長符号テーブル手段の２つを１つのテーブル手段で
兼ねた実現方法が考えられる。

【００１６】さらに、アンパックシフト手段の後段に右
揃えシフト手段を有し、左詰めのビット列をアンパック
した後のデータを右揃えし、かつ上位ビットをゼロ拡張
して前記レジスタファイル手段に格納する実現方法が好
ましい場合がある。

【００１７】同様に、パックシフト手段の前段に左揃え
シフト手段を有し、レジスタファイル手段のデータの下
位側を左揃えした後、ビット列としてパックする実現方
法が好ましい場合がある。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

【００１９】図１は、本発明の実施例を示すブロック図
である。

【００２０】図１において、１０４及び１０５，１０６
はパイプラインレジスタであり、１２４及び１３４，１
４２はテンポラリレジスタである。

【００２１】以下では、このブロック図に基づいて、可
変長符号化復号化処理を実行する手順を命令ごとに説明
する。［固定長復号化命令］固定長復号化命令は、２つのオペ
ランド（復号化データ長、復号化データの格納されるレ
ジスタファイル１０２のレジスタ番号）からなる。

【００２２】命令は命令デコーダ１０１でデコードさ
れ、オペランドとして指定された復号化データ長をアン
パックシフト量制御回路１２３と右揃えシフタ１１１に
転送する。

【００２３】入力ＦＩＦＯ１２１のビット列は、アンパ
ックシフタ１２２に転送され、アンパックシフト量制御
回路１２３からのシフト量に基づいてシフトしたデータ
をテンポラリレジスタ１２４に転送する。さらにこのデ
ータを右揃えシフタ１１１で右揃えして、パイプライン
レジスタ１０４に転送する。この右揃えシフタは、論理
・数値データの最上位ビット（ＭＳＢ：ＭｏｓｔＳｉ
ｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）が最も先に転送されるよう
なビット列を復号化する場合に使用される。この右揃え
機能をアンパックシフタ１２２に含ませることもでき
る。この場合、シフト量制御回路１２３に、右揃え用補
正機能が必要になる。［可変長復号化命令］可変長復号化命令は、２つのオペ
ランド（テーブルベースポインタ番号、復号データの格
納されるレジスタファイル１０２のレジスタ番号）から
なる。

【００２４】命令は命令デコーダ１０１でデコードさ
れ、オペランドとして指定された値でテーブル１４３を
検索するベースアドレスを決定する。さらに、アンパッ
クシフタ１２２の出力をテーブルアドレス生成部１４１
の入力に供給し、この入力をアドレスオフセットとして
そこから生成されたアドレスを可変長復号処理の実行開
始テーブルアドレスとする。このアドレスは、テンポラ
リレジスタ１４２を介してテーブル１４３に入力され、
その検索結果（もしくは、その検索結果を再びテーブル
アドレス生成部１４１を供給して、テーブル検索を繰り
返した結果）が得るべきデータとなる。このデータが、
パイプラインレジスタ１０４を経由して、レジスタファ
イル１０２に格納される。［固定長符号化命令］固定長符号化命令は、２つのオペ
ランド（符号化データ長、符号化データの存在するレジ
スタファイル１０２のレジスタ番号）からなる。

【００２５】命令は命令デコーダ１０１でデコードさ
れ、オペランドとして指定された符号化データ長をパッ
クシフト量制御回路１３３と左揃えシフタ１１２に転送
する。

【００２６】パイプラインレジスタ１０６に転送された
レジスタファイル１０２のデータは、左揃えシフタ１１
２で左揃えしてテンポラリレジスタ１３４に転送され
る。この左揃えシフタは、論理・数値データの最上位ビ
ット（ＭＳＢ：ＭｏｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢ
ｉｔ）が最も先に転送されるようなビット列を符号化す
る場合に使用される。（この左揃え機能をパックシフタ
１３２に含ませることもできる。この場合、シフト量制
御回路１３３に、左揃え用補正機能が必要になる）。

【００２７】その後、テンポラリレジスタ１３４のデー
タが、パックシフト量制御回路１２３からのシフト量に
基づいてシフトしたデータを部分的に更新することによ
り、パックシフタ１３２を通じて出力ＦＩＦＯ１３１に
詰め込まれていく。［可変長符号化命令］可変長符号化命令は、２つのオペ
ランド（テーブルベースポインタ番号、符号化データの
存在するレジスタファイル１０２のレジスタ番号）から
なる。

【００２８】命令は命令デコーダ１０１でデコードさ
れ、オペランドとして指定された値でテーブル１４３を
検索するベースアドレスを決定する（ベースアドレス
は、アドレス生成部１４１に含まれる）。さらに、パイ
プラインレジスタ１０６に転送されたレジスタファイル
１０２のデータはテーブルアドレス生成部１４１の入力
に供給され、この入力をアドレスオフセットとしてベー
スアドレスに加算されたアドレスを可変長符号化テーブ
ルアドレスとする。このアドレスは、テンポラリレジス
タ１４２を介してテーブル１４３に入力される。テーブ
ル１４３は、可変長符号とその長さのペアを、おのおの
テンポラリレジスタ１３４とパックシフト量制御回路１
３３とに供給する。その後、テンポラリレジスタ１３４
のデータが、パックシフト量制御回路１２３からのシフ
ト量に基づいてシフトしたデータを部分的に更新するこ
とにより、パックシフタ１３２を通じて出力ＦＩＦＯ１
３１に詰め込まれていく。

【００２９】

【発明の効果】本発明を用いると、図２の専用ハードウ
ェアによる方法と同等の性能が得られる。特に、画像符
号化復号化については、平均１Ｍｂｐｓ以上の可変長符
号化復号化（ピーク時にはこの１０−１００倍の性能が
必要）の実行能力が要求されるが、これを現時点の集積
回路技術で容易に達成できる。

【００３０】さらに、本発明を用いると、現在ビットデ
ータを用いたの意味処理に対する柔軟性が増す。そのた
め、例えば、ＣＣＩＴＴＨ．２６１や、ＩＳＯＭＰ
ＥＧ／ＪＰＥＧなどで規定される画像符号ビットストリ
ームの各階層のヘッダ処理などをプログラムで容易に実
行することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】従来の可変長ビット列処理回路の例（１）であ
る。

【図３】従来の可変長ビット列処理回路の例（２）であ
る。

【符号の説明】

１０１命令デコーダ１０２レジスタファイル１０３ＡＬＵ１０４〜１０６パイプラインレジスタ１１１右揃えシフタ１１２左揃えシフタ１２１入力ＦＩＦＯ１２２アンパックシフタ１２３アンパックシフト量制御回路１３１出力ＦＩＦＯ１３２パックシフタ１３３パックシフト量制御回路１２４，１３４テンポラリレジスタ１４１テーブルアドレス生成部１４２テンポラリレジスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エントロピー符号化に基づいて符号化さ
れた可変長ビットフィールドと固定長ビットフィールド
とが混在するビット列に対する復号化用ビット列処理プ
ロセッサであって、復号化されるビット列を保持する入
力FIFO手段 (121) と、前記入力FIFO手段内部のビット
列を指定された長さのビットフィールド毎に抽出するア
ンパック手段(122,123,111)と、前記ビットフィールド
が可変長コードの場合に、該可変長コードを復号データ
に変換する可変長コード復号手段(141,143)と、前記ビ
ットフィールドから直接得られる復号データ、もしくは
前記可変長コード復号手段から得られる復号データを格
納するレジスタファイル手段 (102) と、固定長復号命
令のデコード時には、前記アンパック手段および前記レ
ジスタファイル手段を制御する信号を生成し、可変長復
号命令のデコード時には、前記アンパック手段、前記可
変長コード復号手段、および前記レジスタファイル手段
を制御する信号を生成する機能を有する命令デコード手
段 (101) とを具備することを特徴とする可変長ビット
列処理プロセッサ。
【請求項２】前記アンパック手段は、前記入力FIFO手段
の先頭ビット列をシフトするアンパックシフタ(122)
と、前記アンパックシフタのシフト量を、前記命令デコ
ード手段の生成する信号に基づいて決定するアンパック
シフト量制御回路 (123) と、を具備することを特徴と
する請求項１記載の可変長ビット列処理プロセッサ。
【請求項３】前記アンパック手段は、前記アンパックシ
フタ (122)の出力となるビットフィールドを右揃えし、
かつビットフィールドより上位のビットをゼロ拡張した
復号データを生成する右揃えシフタ (111)を具備するこ
とを特徴とする請求項２記載の可変長ビット列処理プロ
セッサ。
【請求項４】前記可変長コード復号手段は、可変長復号
命令によって指定されるベースアドレスと、可変長コー
ドによって指定されるオフセットによって検索アドレス
を決定するテーブルアドレス生成手段(141)と、前記検
索アドレスを入力、復号データを出力とする可変長復号
テーブル手段 (143)とを具備することを特徴とする請求
項１記載の可変長ビット列処理プロセッサ。
【請求項５】固定長ビットフィールドが混在する可変長
ビットフィールド列を、エントロピー符号化に基づいて
符号化する符号化用ビット列処理プロセッサであって、
符号化用データを保持するレジスタファイル手段 (102)
と、前記符号化用データが可変長コードに符号化される場合
に、該符号化用データを可変長コードに変換する可変長
コード符号化手段(141.143)と、前記レジスタファイル
手段から直接得られる符号化用データ、もしくは前記可
変長コード符号化手段から得られる可変長コードを、指
定された長さのビットフィールド毎にビット列に挿入す
るパック手段(132,133,112)と、前記パック手段から得
られるビット列を保持する出力FIFO手段 (131) と、固
定長符号化命令のデコード時には、前記レジスタファイル手段および前記パック手段を制御
する信号を生成し、可変長符号化命令のデコード時に
は、前記レジスタファイル手段、前記可変長コード符号
化手段、および前記パック手段を制御する信号を生成す
る機能を有する命令デコード手段 (101) とを具備する
ことを特徴とする可変長ビット列処理プロセッサ。
【請求項６】前記可変長コード符号化手段は、可変長符
号化命令によって指定されるベースアドレスと、符号化
用データによって指定されるオフセットによって検索ア
ドレスを決定するテーブルアドレス生成手段(141)と、
前記検索アドレスを入力、符号化されたビットフィール
ドとその長さを出力とする可変長符号化テーブル手段
(143)とを具備することを特徴とする請求項５記載の可
変長ビット列処理プロセッサ。
【請求項７】前記パック手段は、前記指定された長さの
ビットフィールドをシフトし、かつ既存のビット列に挿
入するパックシフタ (132) と、前記パックシフタのシ
フト量およびビットフィールド長を、前記命令デコード
手段あるいは可変長符号化テーブル手段の出力に基づい
て決定するパックシフト量制御回路 (133) とを具備す
ることを特徴とする請求項５記載の可変長ビット列処理
プロセッサ。
【請求項８】前記パック手段は、前記指定された長さ
のビットフィールドを左揃えする左揃えシフタ (112)を
具備することを特徴とする請求項７記載の可変長ビット
列処理プロセッサ。
【請求項９】エントロピー符号化に基づいて符号化され
た可変長ビットフィールドと固定長ビットフィールドと
が混在するビット列を符号化復号化処理する可変長ビッ
ト列処理プロセッサであって、復号化されるビット列を
保持する入力FIFO手段(121)と、前記入力FIFO手段内部
のビット列を指定された長さのビットフィールド毎に抽
出するアンパック手段(122,123,111)と、前記ビットフ
ィールドが可変長コードの場合に、該可変長コードを復
号データに変換する可変長コード復号手段(141,143)
と、前記ビットフィールドから直接得られる復号デー
タ、前記可変長コード復号手段から得られる復号デー
タ、あるいは符号化用データを格納するレジスタファイ
ル手段(102)と、前記符号化用データが可変長コードに
符号化される場合に、該符号化用データを可変長コード
に変換する可変長コード符号化手段(141,143)と、前記
レジスタファイル手段から直接得られる符号化用デー
タ、もしくは前記可変長コード符号化手段から得られる
可変長コードを、指定された長さのビットフィールド毎
にビット列に挿入するパック手段(132,133,112)と、前
記パック手段から得られるビット列を保持する出力FIFO
手段(131)と、固定長復号命令のデコード時には、前記
アンパック手段および前記レジスタファイル手段を制御
する信号を生成し、可変長復号命令のデコード時には、
前記アンパック手段、前記可変長コード復号手段、およ
び前記レジスタファイル手段を制御する信号を生成し、
固定長符号化命令のデコード時には、前記レジスタファ
イル手段および前記パック手段を制御する信号を生成
し、可変長符号化命令のデコード時には、前記レジスタ
ファイル手段、前記可変長コード符号化手段、および前
記パック手段を制御する信号を生成する機能を有する命
令デコード手段(101)とを具備することを特徴とする可
変長ビット列処理プロセッサ。
【請求項１０】前記可変長コード復号手段と前記可変
長コード符号化手段の２つを１つの可変長コード処理手
段で兼ねたことを特徴とする請求項９記載の可変長ビッ
ト列処理プロセッサ。
【請求項１１】前記可変長コード処理手段は、可変長
復号命令によって指定されるベースアドレスと、可変長
コードによって指定されるオフセットによって、あるい
は、可変長符号化命令によって指定されるベースアドレ
スと、符号化用データによって指定されるオフセットに
よって、検索アドレスを決定するテーブルアドレス生成
手段(141)と、前記検索アドレスを入力、復号データあ
るいは符号化されたビットフィールドとその長さを出力
とする可変長符号化復号化テーブル手段 (143)とを具備
することを特徴とする請求項１０記載の可変長ビット列
処理プロセッサ。