KR0123729B1

KR0123729B1 - 허프만 디코더

Info

Publication number: KR0123729B1
Application number: KR1019940015677A
Authority: KR
Inventors: 박헌철
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1997-11-26
Also published as: TW260847B; KR960003421A

Abstract

본 발명은 허프만 디코더에 관한 것으로, 가변장 부호화된 현재의 데이타를 저장하는 제1래치와 가변장 부호화된 이전 데이타를 저장하는 제2래치와 워드 크기를 입력하여 선택신호를 출력하는 단일디코더와 워드 크기를 가산하여 소정 크기 이상이 되면 데이타요구신호를 발생하는 데이타요구신호 발생기와 제1 및 제2래치의 출력을 입력하여 단일디코더의 출력에 따라 소정 비트를 선택하는 멀티플랙서와 멀티플랙서의 출력을 워드 크기에 따라 사이클릭 시프트하는 데이타 로테이터와 데이타 로테이터의 출력을 미리 설정된 값과 비교 및 디코딩하는 어드레싱부와 가변장 부호화된 워드의 크기와 그에 해당하는 고정장 코드를 저장하고 있다가 어드레싱부의 출력에 따라 해당 워드 크기와 고정장 코드를 출력하는 메모리를 구비하여 가변장 부호화된 데이타를 입력하여 테이블 선택신호에 따라 선택된 허프만 테이블에서 해당 고정장 코드와 입력된 가변장 코드의 워드 크기를 출력한다.

Description

허프만 디코더

제1도는 본 발명에 의한 허프만 디코더를 도시한 블럭도이고,

제2도는 제1도에 도시된 허프만 테이블의 일예이고,

제3도는 제2도에 도시된 제5블럭의 구체예이고,

제4도는 제1도에 도시된 데이타 로테이터의 동작예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 데이타 입력부 11 : 제1래치

12 : 제2래치 13 : 멀티플랙서

14 : 데이타 로테이터 15 : 단일 디코더

16 : 데이타요구신호 발생기 20 : 허프만 테이블부

22-1∼22-N : 허프만 테이블 24 : 테이블 선택기

50 : 어드레싱부 60 : 롬(ROM)

본 발명은 영상신호의 압축에 사용되는 가변장 복호기의 일종인 허프만 디코더에 관한 것으로, 특히 서치 메모리의 사이즈를 절감한 테이블 룩-업방식의 허프만 디코더에 관한 것이다.

멀티미디어용 국제표준인 MPEG, JPEG, pX64(H.261)등의 압축알고리즘은 DCT 변환된 영상신호를 가변장 부호화(VCL : Variable Length Coding)하여 송신하므로 수신측에서는 가변장 부호(VLC)로부터 원래의 고정장 부호로 복호하기 위하여 '허프만 디코딩'을 사용한다. 종래의 멀티미디어용 허프만 디코더는 트리 서치(tree search) 또는 테이블 룩-업(table look-up)등의 방법을 대표적으로 사용하고 있다. 여기서, '허프만 디코딩'은 가변장 디코딩의 일종으로 가변장 부호화된 코드를 입력하여 고정장 코드로 복원한다.

예를 들어, 하나의 고정장 출력워드를 위한 가변장 코드입력은 일반적으로 2∼24비트로 구성되며, 이론적으로는 n비트 고정장 출력워드를 위한 입력 스트링의 길이는 2∼2ⁿ-1비트로 표시될 수 있다.

종래의 허프만 디코딩에 있어서, 트리 서치(tree search)방식을 사용할 경우에는 코드변환에 사용되는 서치 메모리를 최소화할 수 있으나 트리 서치의 특성으로 인하여 서치 타임이 상대적으로 길어져, 고속처리가 요구되는 곳(예를 들면, 디지탈 TV, HDTV등)에서는 사용하기 어려운 문제점이 있다. 반면에, 테이블 룩-업방식을 사용할 경우에는 서치 타임을 향상시킬 수 있으나 테이블 서치용 메모리의 사이즈가 증가하여 VLSI 구현시 칩면적(die area)이 늘어나는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 테이블 룩-업방식을 사용하면서 서치메모리의 사이즈를 줄일 수 있는 허프만 디코더를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 가변장 부호화된 데이타를 입력하여 테이블 선택신호에 따라 선택된 허프만 테이블에서 해당 고정장 코드와 입력된 가변장 코드의 워드 크기를 출력하는 허프만 디코더에 있어서, 가변장 부호화된 현재의 데이타를 저장하는 제1래치; 가변장 부호화된 이전 데이타를 저장하는 제2래치; 상기 워드 크기를 입력하여 선택신호를 출력하는 단일디코더; 상기 워드 크기를 가산하여 소정 크기 이상이 되면 데이타요구신호를 발생하는 데이타요구신호 발생기; 상기 제1 및 제2래치의 출력을 입력하여 상기 단일디코더의 출력에 따라 소정 비트를 선택하는 멀티플랙서; 상기 멀티플랙서의 출력을 상기 워드 크기에 따라 사이클릭 시프트하는 데이타 로테이터; 상기 데이타 로테이터의 출력을 미리 설정된 값과 비교 및 디코딩하는 어드레싱부; 및 상기 가변장 부호화된 워드의 크기와 그에 해당하는 고정장 코드를 저장하고 있다가 상기 어드레싱부의 출력에 따라 해당 워드 크기와 고정장 코드를 출력하는 메모리를 구비한 것을 특징으로 한다.

이어서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 허프만 디코더의 이해를 쉽게 하기 위하여 허프만 디코딩에 대한 일반적인 사항을 개략적으로 살펴본다.

영상신호의 압축에 있어서, 양자화된 DCT 계수는 최종적으로 통계적 특성에 따라 가변장 부호를 사용하는 엔트로피 부호화를 통하여 더욱 데이타 압축이 이루어지는데, 이 과정은 양자화 과정과는 달리 손실이 없는 무손실 코딩(lossless coding)이다. 엔트로피(entropy) 부호로는 허프만 코드(Huffman code), 대수 코드(Arithmetic code), 유니버샬 코드(universal code)등이 있는데, 양자화 DCT 계수는 주로 허프만 코딩을 사용하여 가변장 부호(VLC)화 된다. 이때, DCT 계수중 DC 계수와 AC 계수를 구분하여 서로 다른 방법으로 부호화한다. 보통 각 블럭의 DC 값은 주변블럭의 DC 값과 많은 상관성이 있으므로, 이전 블럭의 DC 값과 차이를 구하여 그 차이값을 부호화하고, 첫번째 블럭의 DC는 DC 값의 가변범위의 중간값인 128과의 차이를 구하여 부호화한다. 이렇게 구해진 DC 차이값은 일차원 VLC를 통하여 부호화한다. 또한, AC 계수는 DCT 영역에서 DC 계수부근의 AC 계수값이 '0'이 아닐 확률이 높고, DC에서 멀어질수록 '0'이 발생할 확률이 높다는 점을 이용하여 보다 더 효과적인 데이타압축을 위해 계수들을 재정렬하는데, 지그재그(zig-zag)스캔을 통하여 1차원으로 정렬한다. 여기서, '0'이 연속적으로 나타나는 갯수와 '0'이 아닌 계수들의 값을(run, level)의 2차원으로 표시한다. 예를들어, 지그재그 스캔되어 30, 2, 0, 0, -9, 0, 0, 0, 0,…와 같이 정렬된 DCT 계수는 런-레벨 부호화를 통해 (0.30), (0.2), (2,-8), (3,9)…와 같이 표현된다.

제1도는 본 발명에 의한 허프만 디코더를 도시한 블럭도로서, 가변장 부호화된 데이타를 입력하여 로테이트하는 데이타 입력부(10)와 데이타의 통계적 특성에 따라 구분되는 N개의 허프만 테이블을 가지고 있는 허프만 테이블부(20)를 구비한다.

제1도에 있어서, 데이타 입력부(10)는 제1 및 제2래치(11,12), 멀티플랙서(13), 데이타 로테이터(14), 단일디코더(15) 및 데이타요구신호 발생기(16)를 구비하여 워드 크기(word size)의 가산값(본 발명의 실시예에서는 16 이상이 될 때)에 따라 데이타 입력을 요구하여 가변장 부호화된 데이타를 입력하고, 워드 크기에 따라 로테이트하여 로테이트된 데이타를 출력한다. 허프만 테이블부(20)는 테이블 선택신호에 따라 특정한 테이블을 선택하는 테이블 선택기(24)와, 데이타 입력부(10)의 출력을 입력하여 그에 해당하는 디코딩된 고정장 코드와 워드 크기를 출력하는 N개의 허프만 테이블(22-1∼22-N)을 구비한다. 이러한 각각의 허프만 테이블(22-1∼22-N)은 어드레싱부(50), 워드 크기 및 고정장 코드를 저장하는 메모리부(60)로 나누어져 입력데이타에 따라 디코딩된 고정코드와 워드 크기를 출력한다. 여기서, '워드 크기' 는 현재 디코딩되는 데이타의 길이(length)를 의미하고, 디코딩된 값은 허프만 디코더의 출력값으로 고정장 코드이다.

즉, 하나의 허프만 테이블(22-1∼22-N)은 미리 정해진 출력이 될 고정장 코드와 가변장 부호화된 데이타 스트링의 길이(즉, 워드 크기)가 저장되어 있으며, 입력코드 워드의 상위비트에 의해 어드레싱부(50)의 비교기중 하나가 선택된다. 입력코드 워드의 하위비트는 선택된 비교기에 해당하는 이진디코더로 입력되어 테이블의 한 장소가 선택되고, 그 장소의 내용이 가변장 부호에 대한 디코딩 출력이 된다. 또한, 롬 테이블에 저장되어 있는 입력데이타의 길이(워드 크기)정보를 이용하여 데이타 입력부(10)는 현재의 데이타를 워드 크기만큼 없앰과 동시에 그만큼의 데이타를 제1래치(11)에 추가로 보충한다.

여기서, 테이블 선택기(24)는 여러개의 허프만 디코더 테이블이 사용되는 경우에 테이블의 선택을 위하여 제공되며, 호스트 프로세서(미도시)등을 통하여 외부로부터 공급된다. 또한, 본 발명의 실시예에서 호스트 프로세서는 16비트의 데이타 버스 사이즈인 것으로 가정하여 설명한다.

제1도에 있어서, 제1래치(11)는 현재의 16비트 입력데이타를 래치하여 저장하고, 제2래치(12)는 제1래치(11)에 저장된 이전의 16비트의 입력데이타를 저장한다. 단일디코더(15)는 워드 크기를 입력하여 제1 및 제2래치(11,12)로부터 필요한 16비트의 데이타를 선택하도록 한다. 즉, 멀티플랙서(13)는 제1래치(11)의 출력을 상위(U)비트로, 제2래치(12)의 출력을 하위(L)비트로 입력하여 단일디코더(15)의 출력에 따라 해당 16비트의 데이타를 선택하여 16비트 데이타 로테이터(14)로 출력한다. 16비트 데이타 로테이터(14)는 워드 크기에 따라 멀티플랙서(13)의 출력을 시프트하여 메모리의 특정영역을 어드레싱하도록 데이타를 재구성한다. 이러한 16비트 데이타 로테이터(14)의 동작은 제4도를 참조하여 설명한다. 데이타요구신호 발생기(16)는 4비트 가산기를 사용하여 삭제해야 하는 데이타의 길이가 16비트를 넘을 때마다, 제1래치(11)로 데이타를 입력하도록 요구하는 신호를 외부로 출력한다. 단일디코더(15)는 이진입력을 단일 데이타로 변환한다. 단일디코더(15)의 출력이 '1' 일 경우에는 제1래치(11)의 16비트 데이타를, 단일디코더(15)의 출력이 '0' 일 경우에는 제2래치(12)의 데이타를 선정하도록 멀티플랙서 제어입력(SEL)이 된다. 즉, 단일디코더(15)의 입력이 '0011' 일 경우, 출력은 '111000000000000' 이 된다. 또한, 데이타 로테이터(14)는 사이클릭 시프트 레프트(cyclic shift left operation)동작을 수행한다.

제2도는 제1도에 도시된 허프만 테이블을 구현하는 예이다.

다음 [표1]은 ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG에서 발표한 MPEG(Ⅰ)의 매크로블럭 어드레싱에서 매크로블럭 어드레스 증가를 위한 가변장부호, 즉 허프만 테이블의 예이다.

상기 [표1]에 있어서, 자주 사용되는 증가값7 이하에는 1∼5비트를 할당하고, 자주 사용되지 않은 증가값 26 이상에는 11비트를 할당한 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 메모리 사이즈를 적게하기 위하여 가변장 데이타에서 처음 1이 나타나는 위치를 기준으로 8개의 블럭으로 나누어 표시한다. 이러한 테이블은 허프만 테이블부(20)에 존재하는 N개의 허프만 테이블(22-1∼22-N)중 하나의 예에 불과하고, 테이블 선택신호에 의해 선택된다. 이와 같은 [표1]을 본 발명에 따라 하드웨어로 구현한 예가 제2도에 도시된 바와 같다.

제2도에 있어서, 어드레싱부(50)는 제1∼8비교기(31∼38), 제1∼8이진디코더(41∼48)로 구성되고, 메모리(60)는 허프만 테이블의 데이타를 저장하고 있다가 어드레싱부(50)의 출력에 따라 해당 고정장 코드와 워드 크기를 출력한다.

상기 [표1]의 첫번째 블럭은 제1비교기(31)와 제1이진디코더(41)에 의해 억세스할 수 있고, [표1]의 다섯번째 블럭은 제5비교기(35)와 제5이진디코더(45)에 의해 억세스할 수 있고, [표1]의 제8블럭은 제8비교기(38)와 제8이진디코더(48)에 의해 억세스할 수 있다. 나머지 블럭에 대해서도 동일한 방법으로 억세스할 수 있다. 즉, 제2도에서 제1비교기(31)로부터 제8비교기(38)는 입력데이타의 상위비트(U.B)를 입력하여 어느 하나가 선택되고, 이진디코더(41∼48)는 상위비트에 의해 선택된 비교기의 출력과 입력데이타의 하위비트(L.B)를 입력하여 메모리(60)의 해당 어드레스에 저장된 워드 크기와 디코딩된 고정코드값을 출력한다. 이와 같이 가변장 부호화된 데이타 입력으로부터 해당 롬테이블의 어드레스를 억세스하기 위하여 별도의 롬등을 사용하지 않고 본 발명에 의해 비교기와 이진디코더만으로 간단히 구현할 수 있으므로 불필요한 메모리 사이즈를 줄일 수 있고, 블럭화하여 서치시간을 단축할 수 있다.

제3도는 제2도에 도시된 제5블럭의 구체예이다.

제3도에 있어서, [표1]의 다섯번째 블럭의 가변장 코드의 상위 5비트는 '0000 1'로 동일한 것을 알 수 있다. 따라서 제5비교기(35)는 가변장 부호(즉, 입력데이타)의 사우이 5비트를 입력하여 내부에 설정된 '0000 1'과 동일한 입력데이타가 입력되면, 제5이진디코더(45)를 활성화시킨다. 즉, 제2도의 각 비교기들(31∼35)은 블럭을 구분하는 자신의 기준 어드레스(예를 들면, 네번째 블럭은 '0001' 이고, 여섯번째 블럭은'0000 01'이다)를 설정하고 있다가, 입력데이타의 상위비트가 설정된 값과 동일하면 해당 이진디코더를 활성화시킨다. 제5이진디코더(45)는 입력데이타의 하위 3비트를 입력하여 해당 위치의 롬(60)에 저장된 디코딩된 값(고정장 코드)과 워드 크기를 출력시킨다. 즉, 입력데이타가 '000' 이면 [표1]에서와 같이 해당 데이타 값은 '13' 이므로 롬(60)에 저장된 '13' 을 5비트의 고정길이 이진수로 출력하고, 워드의 크기(즉, 비트수)값인 '8' 을 4비트의 이진수로 출력한다. 만일 입력데이타가 '111 ' 이면 [표1]에서와 같이 해당 데이타값이 '8' 이고, 워드의 크기가 '7' 이므로 이들을 이진수로 각각 출력한다.

제4도는 데이타 로테이터의 예를 도시한 것이다.

제4도에 있어서, 멀티플랙서(13)의 출력(우측에서부터, L0∼L15)은 회전 좌측 시프트를 통해 재배열(우측으로부터 L1∼L15, 이어서 L0)되어 출력되는 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 가변장 복호기에 사용되어 서치 메모리의 사이즈를 줄여 VLSI 구현시에 칩면적(die size)을 줄일 수 있고, 서치 속도를 향상시켜 고속의 디코딩이 가능한 효과가 있다.

Claims

가변장 부호화된 데이타를 입력하여 테이블 선택신호에 따라 선택된 허프만 테이블에서 해당 고정장코드와 입력된 가변장 코드의 워드 크기를 출력하는 허프만 디코더에 있어서, 가변장 부호화된 현재의 데이타를 저장하는 제1래치; 가변장 부호화된 이전 데이타를 저장하는 제2래치; 상기 워드 크기를 입력하여 선택신호를 출력하는 단일디코더; 상기 워드 크기를 가산하여 소정 크기 이상이 되면 데이타요구신호를 발생하는 데이타요구신호 발생기; 상기 제1 및 제2래치의 출력을 입력하여 상기 단일디코더의 출력에 따라 소정 비트를 선택하는 멀티플랙서; 상기 멀티플랙서의 출력을 상기 워드 크기에 따라 사이클릭 시프트하는 데이타 로테이터; 상기 데이타 로테이터의 출력을 미리 설정된 값과 비교 및 디코딩하는 어드레싱부; 및 상기 가변장 부호화된 워드의 크기와 그에 해당하는 고정장 코드를 저장하고 있다가 상기 어드레싱부의 출력에 따라 해당 워드 크기와 고정장 코드를 출력하는 메모리를 구비한 것을 특징으로 하는 허프만 디코더.
제1항에 있어서, 상기 어드레싱부는 상기 데이타 입력부의 로테이티드 데이타의 상위 비트를 입력하여 내부에 설정된 어드레스와 비교하는 비교기와, 상기 비교기의 출력에 따라 활성화되고, 상기 로테이티드 데이타의 하위비트를 입력하여 디코딩하는 이진디코더를 구비한 것을 특징으로 하는 허프만 디코더.
제1항에 있어서, 상기 디코더는 복수의 허프만 테이블중 상기 테이블 선택신호에 따라 특정한 하나의 허프만 테이블을 선택하는 테이블 선택기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 허프만 디코더.