TWI376959B - Entropy decoding circuit, entropy decoding method, and entropy decoding method using a pipeline manner - Google Patents

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1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種資料處理裝置與其運算方法，且 特別是有關於一種可同時解碼TILEJHIGHPASS和 TILEJFLEXBITS的熵解碼電路及其解碼方法。 【先前技術】 在般的衫像壓縮編碼方式，主要是由一個原始的影 像資料經過轉換與編碼壓縮後產生編碼串流(Enc〇ded Stream)的方式，進行取樣及色彩空間轉換(D〇wnsampling & Color Space Transform)之處理。而後，進行重疊轉換 (Lapped Transform)之處理。接著進行量化(Quantizati〇n)及 係數預測(Prediction)並產生區塊類型資訊(c〇ded m〇ck Pattern)。而後運用可調式掃瞄(Adaptive Scan)及進行熵編 碼(Entropy Coding) ’以產生編碼串流。 而若是要將一個經過壓縮編碼的串流，解碼回原來的影 像資料’必需將編碼的過程進行反向的解碼。其主要可以由五 個步驟所組成，請參照圖1所示，當收到編碼串流資料後，則 進行步驟110的摘解碼(Entropy Decoding)，而後進行步驟12〇 的反向係數預測（Inverse Prediction)與反向量化(Inverse Quantization)，接著步驟130的逆重疊轉換(Inverse以卯以 Transform)，而後進行步驟M〇的反向色彩空間轉換(ι丽此 Color Space)。以JPEG標準為例，先將編碼串流進行可變長度 解碼(Variable Length Deeoding) ’賊DC郷數進行反向係 5 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 數預測、反向量化、逆離散餘弦轉換(Inverse Discrete c〇sine Transform)，最後再將色彩空間由YCbCr轉至所要的色彩空間 完成影像的解碼。 美國微軟(Microsoft)公司所推出新的靜態影像壓縮格 式，稱為HD Photo格式，目前已進入jpEG國際標準製訂 過程中，而命名為JPEG-XR。此HD Photo格式為了減少 獨立區塊轉換帶來的區塊效應，使用了以4乘4區塊為單 位的重疊轉換（Lapped Transform，LT)，其中先對4乘4 區塊父接處的4乘4區塊進行重疊遽波(〇veriap Fiiter)，再 對4乘4區塊進行核心轉換(Core Transform)，重疊遽波與 核心轉換皆使用了提昇式結構(Lift)來確保無失真壓縮的 可能性。 請參照圖2 ’主要是說明符合HD Photo格式的重疊渡 波轉換與核心轉換流程示意圖。此内容揭露在美國專利申
請案第 2006/013682 號公開案「Reversible Overlap Operator For Efficient Lossless Data Compression」，或美國專利申 請案第 2007/0036223 號公開案「Efficient Coding And Decoding Of Transform Blocks」提到的内容。這些都是提 到上述的HD Photo格式，先將例如圖示的2維(2-D)輸入 資料進行分割(Tiling)，而後為了減少獨立區塊轉換帶來的 區塊效應，因此先進行重疊轉換，如圖所示的向前重疊 (Forward Overlap)遽波轉換。而後再對原切割的區塊進行 區塊轉換，也就是HD Photo格式的核心轉換(HD Photo Core Transform，PCT)，可以取得一個 DC 係數（DC 6 1376959 NVT-2007-070 2587dtwf.d〇c/n coefficient)與十五個 AC 係數(AC coefflcients)。而此 HD Photo格式採用兩階式的轉換，因此再將dc值集合成區 塊’並再次進行重疊濾波轉換與區塊轉換。 上述重疊濾波轉換與核心轉換皆使用了提昇式 (Lifting)結構來確保無失真(L〇ssiess)壓縮的可能性。由於 提昇式結構每一步驟都是完全可逆(Reversible)，若編碼過 程採取無失真的壓縮轉換領域的信號，則在解碼時先進行 逆核心轉換，再進行逆重疊濾波轉換，就可得到一模一樣 的原圖。在HD Photo格式可自行選擇是否進行第一階的 重:s:;慮波轉換與第二階的重疊渡波轉換。得到的dc係數 與AC係數經過量化（Quantization)與熵編碼（Entropy Coding)處理後’經過封包化(packetizati〇n)後即可得到壓縮 位元流(Compressed Bitstream)。 此HD Photo規格，與以往jpEG標準有許多不同之 處，其中包括可以接受更大範圍的像素值域，採用自訂的 YCoCg色彩空間，自訂的兩階重疊轉換(LappedTransfonn) 運算與係數預測(Prediction)運算。請參照圖3，主要是說 明根據HD Photo格式進行兩階段轉換後的結果，在熵編 碼的部分’依轉換之後的不同位置，可以將係數分為不同 的類型，例如標號310所指的内容即屬於經由第一階轉換 後得到的結果的大區塊(Macroblock)，而標號320則是暫 存第一階轉換後得到的結果的所有DC值。並且接著進行 第一階轉換’而其結果則如標5虎330所示的LOWPASS方 塊内容。而整個轉換的結果，則分為四種不同類型的資料， 7 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 包括 DC、LOWPASS、HIGHPASS 及 FLEXBITS，再根據 這些資料進行編碼。 如圖3A經過轉換、量化及係數預測後得到一個大區 塊(Macroblock)310的係數，包括16個小方塊，每個小方 塊有4乘4個係數。這些係數包括一個DC方塊(TileJDC) 與十五個AC係數，而這些AC係數則是屬於HIGHPASS 方塊（Tile_HIGHPASS)類型的係數及FLEXBITS方塊 (Tile_FLEXBITS)類型的係數。而經過第一階轉換後將所有 DC方塊(Tile_DC)集合成為標號320所指的4乘4區塊。 而標號330内則包括一個DC係數以及其他十五個圖示中 標示為 LP 的 LOWPASS 方塊(Tile_LOWPASS)。 DC方塊(Tile_DC)中的係數首先會經過係數正規化 (Normalization)的動作，接著進行編碼，首先依正規化後的 係數疋否為零’產生區塊類型資訊(Coded Block Pattern), 並對其編碼’接著將正規化後的係數利用自訂的可調式 (Adaptive)可變長度編碼來編碼，最後則將係數因正規化所 餘下的位元利用固定長度編碼來編碼，並依係數是否為零 來決定是否對係數的正負號進行固定長度編碼。
LOWPASS 方塊(Tile—LOWPASS)的編碼和 TILEJDC 類似，在係數經過正規化後，首先依4乘4區塊中15個係 數是否全為零產生區塊類型資訊並對其編碼，接著正規化 後的係數將經由可調式掃描(Adaptive Scan)的順序轉成遊 程編碼’再進行可調式可變長度編碼。對正規化所餘下的 位兀則依固定的掃描方式利用固定長度編碼來編碼，當係 8 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 數不為零而正規化後為零時，係數的正負號也會進行固定 長度編碼。 HIGHPASS 方塊(Tile_HIGHPASS)和 FLEXBITS 方塊 (Tile_FLEXBITS)的編碼和 TILEJLOWPASS 類似，同樣是 對AC係數部分進行編碼，TILE_HIGHPASS中的串流包 括了區塊類型資訊和正規化後的係數編碼，而 TILE_FLEXBITS中的串流則包括了正規化所餘下的位元 和某些係數的正負號固定長度塢碼。 HD Photo格式提供了兩種不同的串流格式，第一種空 間域模式(Spatial Mode)和傳統的編碼相同，以大區塊的串 接為主，每一個大區塊中先有DC方塊(Tile_DC)與 LOWPASS方塊(Tile_LOWPASS)的串流，也就是壓縮位元 流。接著，依4乘4區塊的順序，每一個區塊中以HIGHPASS 方塊(Tile_HIGHPASS)和 FLEXBITS 方塊(Tile_FLEXBITS) 的順序將編碼串起來。 另外一種串流格式為頻率域模式(Frequency Mode)， 以方塊(Tile)的串接為主’將四種不同類性的方塊(Tile)各 別依照大區塊編碼的順序編碼完後，再將四種不同類性的 方塊(Tile)的串流串接起來。而其解碼(Decoding)的過程， 與傳統的：TPEG標準有所不同。 在HD Photo的解碼流程方面，請參照圖3B，首先將 TILE_DC進行熵解碼(Entropy Decoding)，可以得到如圖3B内 標號320的逆轉換前4乘4區塊的DC值。接著，進行 TILEJLOWPASS的熵解碼，可以得到標號330的逆轉換前4 9 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 乘4區塊中的LP值。接著 一 哎冷，丹進仃TILE—mUHpASS和 TILE—FLEXBITS _碼’可以得顺號為31G大區塊中所有 4，4區塊的AC值’完成熵解碼的動作。完成麟碼之後， 標號=0的4乘4區塊會先進行反向係數預測、反向量化後， 再進行第階的逆重登轉換，得到標號為大區塊中所有4 =4區塊的DC值’再配合上經過反向係數預測 '反向量化後 从=值’起再進仃第二階的逆重叠轉換。最後，再由自訂 色彩空間轉換至所需的色彩空間，完成HD Photo 的解碼。 ^硬體來實現肋編〇的熵解碼，由於A 數，需要進行TILE HIGHPA π心π ^ 才〜曰mE—FLEXBITS的熵解碼 才月匕侍到。進仃TILEjiIGHpASS的 化參數決定的係數前半段位元，即 == ==Γ:解碼，才能再得到依正規二 =數^了碼仏整的係數。使得對—個係數而 mE—F_二=:SS進行熵解碼外， 數，造成爾運算時脈數的增加。”、、，才娜卜完整的係 【發明内容】 式的針對頻率域模 FLEXBITS 的綱解碼二 ^ 和 本發明提出的熵解喝電路，包括係數暫存單元、第一 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 熵解碼器、讀取與寫入控制電路鱼 熵解石馬器讀取欲解瑪之第―類串馬器。此第— 經由讀取與寫入控制電路以可^二第—熵解碼程序並 單元。此第二熵解碼器讀取欲解^ :順序寫入係數暫存 規化參數及正規化後係數是否零 —類串流及根據正 與寫入控制電路以固定式掃描/ ^ 合經由讀取 正規化後係數，完成解碼動作。、序4係數暫存單元中的 本發明提出的解碼電路，包括係數 解碼益、讀取與寫入控制電路 早兀、第-熵 存單元可同時寫入和讀取暫存係=7:解碼器。此係數暫 摘解碼器用以進行第一熵解石馬程序，並據 。此第一 係數、解碼順序控制信號與正規化後|數=化後 號。而讀取與寫入控制電路連接到第=為令的信 :轉解碼順序控制信號， 掃二後係數是否為零的信號進行可調式 單元和1取i宜第一綱解碼器連接到正規化係數判斷 入控制電路，根據正規化參數及由正規: 丄彌==是否為零資訊，進行第 定式掃hi! &、從5冑取與寫人控制電路單元讀出符合固 场私順序的正規化後係數，完成係數解碼。 到第解石馬電路中，更包括正規化參數產生器，連接 熵解碼器’用以接收正規化後係數是否為零的信 〜’並加以統計後計算區塊所有非零的正規化後係數的個 11 1376959 NVT-2007-070 25876twf.d〇c/n Ϊ:==化參數的調整’並作為第二解喝器進行的 弟一熵解碼程序調整的依據。 二'在上述解碼電路中，位元串流資料為符合HD Photo 格式中頻率域模式的編碼串流位元資料。而第-滴解碼程 序與第二轉碼程料TILE—HlGHpASS TILE_FLEXBITS熵解碼程序。 柱斤及 在上述解碼電路巾’第—熵解碼程序與該第二網解碼 :可以解碼出AC部分係數，再加上瓜£ D 程
2 L晴似熵解碼程序所解瑪出的係數S =量化、及二階逆重疊轉換後即可得到該HD Photo標準中自訂Yc〇Cg色彩空間的影像。 提出的轉碼方法，包括以日相交錯的方式讀 =並暫存位元串流資料與第二位元串流資料。接著對 t r料進行第—鑛碼程序，並產生正規化後 =數、，碼順序控制信號與正規化後錄是否為零的信 t根據解碼順序控制信號，將可調式掃描順序轉成固定 式知描順序後’依照取得的位置暫存正規 數是否為零的信號進行可調式掃描順序s 參歧正規㈣缺㈣零㈣行第二滴 上述_解碼方法中，更包括統計正規 塊所有非零的正規化後係數的個 數以進订正規化參數的調整，並作為第二滴解碼程序調 12 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 整的依據。 在上述解瑪電路中，第—熵解 程序可以解碼出AC部分係數，再加上解碼 請WASS熵解碼程序所解碼出⑽數3 反向預測、反向量化、及二階逆重聂 '，、工過 —標準中自訂默即可得到咖 本發明提出的管線(pipeline)方式的倘解碼方法 ^對符合HD Phcn。格式t頻率域 用 料同時進行TILE—HIGHPASS =位几貝 TILE_FLEXBITS熵解碼程序。此 焉転序及 位元資料並暫存為第一位二=== ’其中第-位70串流資料在時間軸上早於第二位 :料至少一區塊熵解碼週期。對第一位元 碼順序控· 正後餘是 „制錢’將可調式掃描順序轉朗定式掃 後:依照取什的位置暫存該正規化後係數，並根據正 後係數是否為零的信號進行可調式掃描順序對 應於固定式掃指順序的位置的正規化後係數讀出，及 正規化參數及正規化絲是否鱗㈣第二 2 進行TILE_FLEXBITS熵解碼程序。 串机身枓 裳的^^ = = 更包括統計正規化後係數是否為 1 #ϋ 4异區塊所有非零的正規化後係數的個數， 以進灯正規化參數的調整，並作為mE^EXBiTs _ 13 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 碼程序調整的依據。 上述的贿碼妓，TlLE_HIGHpASs _ TILE—FLEXBITS熵解碼程序可以解碼出AC部分序再 加上TILEJx熵解碼程序和TILE_L晴ASS熵解碼= =解碼出的係數’經過反向預測、反向量化、及二階逆重 疊轉換後即可得到該肋Photo標準中自訂YC〇Cg色彩空 間的影像。 為讓本發明之上料徵和優點能更鴨祕，下文特 舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 本發明提出針對頻率域模式的串流位元資料，同時進 行 TILE—HIGHPASS 和 TILE—FLEXBITS 的熵解碼程序。 HD Photo格式的編碼處理過程，若是以硬體來實現 HD Photo 格式的熵編碼(Entr0py Encoding)，由於 HD Photo 格式會對一個係數進行正規化的動作，使得對一個係數而 吕，除了必需對正規化後的係數進行編碼外，正規化後餘 下的位元也必需進行編碼。而這些運算處理過程中， HIGHPASS 方塊（Tile_HIGHPASS)和 FLEXBITS 方塊 (Tile一FLEXBITS)負責AC部分所有係數的編碼，佔整個影 像全部係數的90%以上，是硬體進行HD Ph〇t〇格式熵編 碼中最消耗時脈的部份。 同樣的’以硬體來實現HD Photo的熵解碼，由於AC 部分的係數，需要進行TILE HIGHPASS和 14 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n TILE—FLEXBITS的熵解碼才能得到。_ TILE—HIGHPASS㈣解碼’只能得到依正規化 二
的係數前半段位元，即正規化後係數。必需要再' = TILE:FLEXBITS的轉碼’才能再制依正規化參數^ 定的係數後半段位元，解碼出完整的餘。使得對—個係 數而言，除了必需對TILE_HIGHPASS進行熵解:、 TILE—FLEXBITS也必需進行熵解碼。因為AC部分的係 佔整個影像全部係數的90%以上，必需經 TILE一HIGHPASS 和 TILEJFLEXBITS 的熵解碼才能得 到，是硬體進行HD Photo熵解碼中最消耗時脈的部份 本發明針對HD Photo格式的熵解碼程序，提出一套 可同時解碼TILE—HIGHPASS和TILE_FLEXBITS的硬體 架構，藉以降低硬體解碼所需要的運算時脈數。 — 由於 TILE—HIGHPASS 和 TILEJFLEXBITS 是針對同 樣的係數進行解碼，差別在於解碼時係數掃描的順序不同 及負貝正規化後產生的不同位元區段，TILEJHIGHPASiS 負責前段，例如前幾個位元的最高有效位元（M〇st
Significant Bits ’ MSB)區段。TILE_FLEXBITS 負責後段， 例如最後幾個位元的最低有效位元（Least Signifi(^nt
Bits ’ LSB)區段，而經由正規化後的結果就是由此前位元 區段與後位元區段所組成。 本發明針對HD Photo的熵解碼，當欲解碼的串流是 以頻率域模式(Frequency Mode)串接時，提出一套可同時解 碼 TILE—HIGHPASS 和 TILE—FLEXBITS 的硬體架構，藉 15 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 以降低硬體解碼所需要的運算時脈數。 要同時進行 TILEjilGHPASS 和 # 解碼，有下列問題必需解決。 第1點;^ TILE一FLEXBITS的熵解碼需要知道依正規 化:數決&的係數前段位元是否為零以決定是否進行正 負號的解碼’因此先進行一個係數的TILE—册迎熵 解碼，才能進行TILE—FLEXBITS的熵解碼。 第2點是必需同時知道TILE—H][GHpAss及 TILE一;FLEXBITS串流在整個影像編碼串流中的位置。
由於上述第1點的限制’ 一個係數必需先進行 TILEJilGHPASS的熵解碼才能再進行TILE_FLEXBITS 的熵解碼，但是，TILE—HIGHPASS 和 TILE—FLEXBITS， 兩者係數位置的解碼順序是不同的，TILE_mGHpASS是
以可調式掃描(Adaptive Scan)的順序’而TILE_FLEXBITS 疋固定式。所以’若兩者皆依解碼順序同時進行熵解碼的 動作’將不能保證第1點問題的限制可以被滿足，而會有 無法解碼的情形發生。 另外，關於第2點，當欲解碼的串流是以頻率域模式 tequency Mode)串接時，將可以由串流的標頭(Header)部 分得知。而當欲解碼的串流是以空間域模式(SpatialM〇de) 串接時，將會較難達成。 因此’本發明提出針對頻率域模式的串流位元資料， 同時進行TILE—HIGHPASS和TILE_FLEXBITS的熵解碼 程序。 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 本發明提出—個係數暫存區，將ΤΐυΕ_ίΠ(ΜΡΑπ g 碼完的前段係數先行寫入此暫存區中，待足夠多的前段係 數解碼完後，再由係數暫存區讀出，進行TILE-FLEXBITS 的熵解碼，以解碼出完整的係數。 本發明並提出-個包含可調式掃描位置產生器的讀寫 控制器，餅TILE_FLEXBITS所需係數的正確位置可以 被得知。如此，第1點問題將可以由藉由讀出暫存區中的 正確位置的前段係數被解決。而在此同時， TILE—HIGHPASS可以繼續進行前段係數解碼的動作，並 寫入暫存區中，達成兩者的同時熵解碼。 - 底下將以具體實施例說明本發明所提出一種硬體架 構，可針對頻率域模式的串流位元資料，同時進^ TILE一HIGHPASS 和 TlLE FLEXBITS 的烟解碼程序。 首先’請參照圖4所示’本發明實施例之熵解碼電路， 為能支援HD Photo規格的熵解竭電路。此熵解碼電路· 包括一個位元串流暫存單元41〇，可以同時讀取 • TILE-HIGHPASS 與 TILE—FLEXBITS 的位元串流資料， 並加以儲存。而TILE—HIGHPASS熵解碼器42〇與 TILE-FLEXBITS熵解碼器43〇分別經由信號412與 讀取位元串流資料。 在此熵解碼電路4〇〇運作的方式，首先， TILE一HIGHPASS熵解碼器42〇讀取欲解碼之第一類 並進行TILE_HIGH；PASS網解碼程序’並經由讀取與寫入 控制電路以可調式掃描順序寫入係數暫存單元。此 17 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n TILE_FLEXBITS熵解碼器430讀取欲解碼之第二類串流 及根據正規化參數及正規化後係數是否零進行解碼。配合 經由讀取與寫入控制電路440以固定式掃描順序讀出係數 暫存單元443中的正規化後係數，完成解碼動作。此實施 例將係數暫存單元443置於讀取與寫入控制電路440内， 但也可女排在任何具有可讀取或寫入的任何記憶體内，而 不受此限制，特此說明。底下將依照圖示詳述之。
TILE—HIGHPASS熵解碼器420為可進行 TILE—HIGHPASS熵解碼程序的解碼器。TILE_HIGHpASS 熵解碼器420解碼完後的正規化後係數（N〇rmaHzed C〇efficient)422(如圖所示的“c〇eff，)及可調式掃描方式的 解碼順序控畅號424〇 ®所示的“Index—Q，，)傳送給讀取 與寫入控制電路440 ’並紅規化後係數是否為零資訊 (Normalized—Coeff is zero)透過信號426傳送給正規化表數 產生器460與讀取與寫入控制電路44〇。 讀取與寫入控制電路44〇包括
二=巧元，3。此可調式掃猫位置產生器二 解碼順序，轉成固定式掃描位置後，二:)的 祕，並根據信號426所取得的正規化 訊’進行可調式掃綱序的糖 ㈣数疋☆為零貝 解碼器430可經由信號442讀取係熵 的係數資料Coeff，直接將& 暫存早兀443所儲存 罝接將付合固定式掃描格式資料的解 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 碼順序位㈣餘讀出，㈣行TILE』LEXBITS熵解碼 程^ :另外，正規化係數判斷單元45〇經由訊號444可以 . 取得係數暫存單元443所儲存的係數資料coeff。 同時，TILE—FLEXBITS熵解碼器430傳送控制信號 ^4(如圖所示的Index—丨)給讀取與寫人控制電路物，作為 =取固疋式掃描順序的位置。此TILE—flexbits熵解碼 器430，而透過讀取與寫入控制電 •嫩規化後是否為零的資訊。讀出正規化後 原來的係數，而上述正規化後是否為零的資訊是由正規化 係數判斷單元450經由訊號452所提供。在設計上， TIL^_FLEXBITS熵解碼器430在解碼的同—時脈内，會 同時進行係數重建的工作，所以會需要讀出係數。如果單 :屯解碼的操作’那麼只要知道正規化參數與正規化後是否 為零的資訊即可。 正規化參數產生器460為符合HD Photo標準的正規 化參數產生器，其接收由TILE_fflGHPASS熵解碼器42〇 ’所輸⑽錢域餘是轉零資訊，辑—個大區塊中 非零正規化後係數的個數，進行正規化參數的調整，將正 確的正規化參數輸入至丁ILEJFLEXBITS熵解碼器43〇 中。丁ILE—FLEXBITS熵解碼器430為可進行 TILE一FLEXBITS摘解碼的解碼$，根據由正規化參數產 生器460所輸出的正規化參數（N〇rmanzati〇n Parameter)462進行解碼。由位元串流暫存單元41〇經由信 號414所輸出的串流資料，配合正規化係數判斷單元々jo 19 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 所輸出的信號452，也就是係數是否為零的資訊，進行 TILE_FLEXBITS熵解碼’再由係數暫存單元443所讀出 的係數資料Coeff，經由信號432(如圖示的c〇eff_〇ut)輸 出，來重建原來的係數。 _ 此正規化參數在HD Photo標準中稱為iModelBits，為 此標準中所使用的變數名稱’代表一個決定解碼長度的參 數，在此稱為正規化參數。此iM〇delBits會依不同的係數 位置，例如 DC、HIGHPASS(HP)、LOWPASS(LP)和 Y 或 UV，而有六個不同的值，它的值會依照一個大區塊 (Macroblock)在這六個不同位置中，正規化後為零的係數 個數有多少進行動態的調整(每個大區塊編/解碼完後，進 行一次調整）。調整方式底下將詳細介紹。 上述的架構中，將依照頻率域模式的HD ph〇t〇編碼
串流位元資料，其中TILE_HIGHPASS及TILE_FLEXBITS 部分串流輸入至熵解碼電路4〇〇，並可解碼出AC部分係 數’再配合上由TILE—DC和TILEJLOWPASS所解碼出的 係數，經過反向預測、反向量化、及二階逆重疊轉換後即 可得到在HD Photo標準中自訂Yc〇Cg色彩空間的影像。 接著’再將YCoCg色彩空間轉換至適當的色彩空間，即 可完成符合HD Photo標準的影像解碼。 而上述的架構中，可加入一個記憶體讀取電路，依編 碼串流的標頭部分資訊，可以在時間上用交錯的方式，將 正確位置的 TILE一HIGHPASS 及 TILE_FLEXBITS 串流， 由。己隐體§買出並寫入到位元串流暫存單元41 〇中，以供解 20 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 碼使用。 請參照圖5’為說明本發明實施例之支援11〇1>11〇吣規 格的滴解碼架構詳細電路。此熵解碼電路5〇〇包括記憶體 讀取電路503 ’連接到儲存裝置5〇1。而後經由多工器5〇5 將位兀串流資料分別傳送到位元串流暫存單元51〇内的 TILE_HIGHPASS位元串流暫存單元511與 TILE_FLEXBITS位元串流暫存單元513。另外， TILE—HIGHPASS 熵解石馬器 520 與 TILE_FLEXBITS 熵解
碼益530分別經由信號512與514連接到TILE_HIGHpASS 位το串流暫存單元511與TILE_FLEXBITS位元串流暫存 單το 513，以讀取位元串流資料。讀取與寫入控制電路 540連接到TILEJHIGHPASS熵解碼器520與 TILE一FLEXBITS熵解碼器53〇。此讀取與寫入控制電路 540包括可調式掃瞄位置產生器541、係數寫入暫存單元 543與係數碩取暫存單元545。另外，此熵解碼電路5⑼ ^括正規化係數判斷單元550與正規化參數產生器560， 分別連接到讀取與寫入控制電路540與TILE_HIGHPASS 熵解碼器520。 ~ 底下將詳細介紹此熵解碼電路500。 首先，汜憶體讀取電路503為讀取電路，可以依照時 間上交錯的方式，讀取記憶體裝置501内所儲存的資料。 此忒憶體裝置501例如是一種動態隨機存取記憶體 (dram)’而記憶體讀取電路503將儲存在記憶體裝置5〇1 内的位元串流資料，以時間上交錯的方式將 21 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n TILE—HIGHPASS 或 TILE_FLEXBITS 串流内容讀出，並 經由多工器505分別傳送到TILE_HIGHPASs位元串流暫 • 存單元511與TILE_FLEXBITS位元串流暫存單元513中 暫存。 位元串流暫存單元510為可同時讀出兩組編碼串流的 串流缓衝區’可利用兩個靜態隨機存取記憶體(SRAM)來實 現’其中一個SRAM儲存TILE_HIGHPASS的串流，另外 一個SRAM鍺存TILE—FLEXBITS的串流，也就是如圖所 示的TILE—HIGHPASS位元串流暫存單元511與 TILE—FLEXBITS位元串流暫存單元5 i 3。
TILE—HIGHPASS熵解碼器520為可進行 TILE_HIGHPASS熵解碼程序的解碼器eTILE HIGHpASS 熵解碼器520解碼完後的正規化後係數(N〇rmaUzed Coefficient)522(如圖所示的“N〇rmalized_c〇eff，）傳送給讀 取與寫入控制電路540的係數寫入單元543。而可調式掃 描方式的解碼順序控制信號524(如圖所示的“Index—〇”)傳 • 送給可調式掃瞄位置產生器541。除此之_外， TILEJHIGHPASS熵解碼器52〇更將正規化後係數是否為 零貧訊(Normalized_Coeff is zero)透過信號526傳送給正規 化參數產生器560與讀取與可調式掃瞄位置產生器541。 此可調式掃瞄位置產生器541為符合^^) ph〇t〇規格 的掃描位置產生器。在寫人時將TILE—HIGHpASS滴解碼 益52〇輸入的解碼(可調式掃描)順序，轉成固定式掃描位 置後，依此位置將正規化後係數奶寫入係數寫入單元 22 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n ⑷，並根據信號526所取得的正規化後係數是否 訊’進行可調式掃描順序的調整。當、 後，會將健寫人單元543的心^塊解馬兀成 545中。 平几W的内谷一次寫到係數讀取單元 同時’ TILEJFLEXBITS熵解碼器53〇傳送控制 训如騎_滅。)給係數讀取料單元⑷，為2 式掃描順序’讀出的正規化後係數即為信號⑷。 TILE—FLEXBITS熵解碼器53〇經由控制信號别傳送解 碼順序至健讀取單元545，經由錢542 Μ正規化後 係數Normahzed—Coeff。係數寫入暫存單元543和係數讀 取暫存單元545 _係數為不_塊的係數，寫入的比讀 :的快-個區塊’寫入完成後，將係數寫入單元⑷的内 容-，寫到係數讀取單元⑷，此後係數寫入單元543就 會繼續寫人新的區塊的係數，而係數讀取單元545的内容 就會轉給TILE—FLEXBITS熵解碼器53〇讀取，不再改變。 上述架構中，採用係數寫入單元543與係數讀取單元 ⑷的目的，是為了形成一個可同時讀取和寫入的係數緩 ，區，其中係數寫入單元543可利用暫存器來實現，可以 提供TILE—HIGHPASS贿碼1 52〇寫入正規化後係數 Normalized—Coeff。當一個區塊解碼完成之後，會將係數 寫入單兀543的内容一次寫到係數讀取單元545之中，而 係數讀取單元545則可利用暫存器配合多工選擇器來實 現，可以同時提供TILE_FLEXBITS熵解碼器53〇的讀取。 正規化參數產生器560為符合111) ph〇t〇標準的正規 23 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 化參數產生，其接收由TILE一HIGHPASS熵解碼器 所輸出的正規化後係數是否為零資訊，統計一個大區塊中 非零正規化後係數的個數，進行正規化參數的調整，將正 確的正規化參數輸入至^!^—FLEXBITS熵解碼器53〇中。 TILE_FLEXBITS熵解碼器530為可進行 TILE_FLEXBITS熵解碼的解碼器，根據由正規化參數產 生器560所輸出的正規化參數（N〇rmalizati〇n
Parameter)562進行解碼。由TILEJFLEXBITS位元串流暫 存單元513經由信號514所輸出的串流資料，配合正規化 係數判斷單元550所輪出的信號552，也就是係數是否為 零的資訊，進行TILE一FLEXBITS熵解碼，再由係數讀取 單元545所§賣出的正規化後係數N〇rmaiized—c〇eff，重建 原來的係數，並經由信號532(如圖示的CoeffLdec)輸出。 正規化係數判斷單元550為可產生依 TILE一FLEXBITS需求讀出的正規化後係數，其是否為零 資訊的電路’其輸入為係數讀取單元545所讀出的正規化 後係數Normalized—Coeff，利用邏輯電路即可判定此係數 是否為零。 上述的熵解碼電路500 ’在實施例的熵解碼流程，則 如下所述。首先’將符合HD Photo標準的頻率域模式 (Frequency Mode)編碼串流，進行 TILE_DC 和 TILEJLOWPASS熵解碼後，得到低頻部分的係數。 接著’先利用憶體讀取電路503，以時間交錯的方式 將記憶體中的TILE_HIGHPASS和TILEjFLEXBITS串流 24 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 讀入位元串流暫存單元510中的位元串流暫存單元蛊 513。接著，利用TILE_HIGHPASS熵解瑪器52〇谁二 TILE_HIGHPASS的熵解碼。在解碼完第—個區塊 = 由讀取與寫入控制電路540的幫助，寫入係數寫入單元曰 中正確的位置。之後，將係數寫入單元543中的資j 寫入係數讀取單元545之中。 厂—久 而後，TILE一HIGHPASS熵解碼器52〇 TILE_FLEXBITS熵解碼器53〇便可以同時進行轉^ 動作。在TILE—HIGHPASS熵解碼器520進行下一 _ = 的 TILE-HIGHPASS 解碼時，TILE—FLEXBITS ^ 530便可以由係數讀取單元545、正規化係數判斷單元^ 和正規化參數產生器560的輸入’由位元串流暫存 的位元串流暫存單元513中，讀出串流資料來同 一個區塊的解碼動作，並將最後解出的完整係數寫出。弟 _利1本實施例解出的^部分係數及之_低頻部分 ^數，再經過反向預測、反向量化、逆轉換後得到在 的景1像 =的影像’再進行色彩空間轉換，完成®— 的’以便ί明上述讀取與寫人控制電路54〇 例的電路方塊示意圖。因為® Photo標準中，可 ，式知描錄_整是錢糾(鱗碼)财逐 解碼)完-個係數之後，即會根據此係數正規化 ^ =零’而調整整個可調式掃描的順序，所以如圖所 '、，付5 HD Photo標準的可調式掃描位置產生器將需要 25 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 正規化後係數是否為零的資訊。 因此’可調式掃瞒位置產生器54!接收解碼順序控制 k號524與正規化後係數是否為零資訊(N随aiized—c祕 isz㈣的錢526 ’以便產讀應的位址信號Addr—〇，經 由信號544傳送到係數寫入單元543。而係數寫入單元⑷ 則根據位址信號Addr_〇將接收到的正規化後係數 522(N〇nnalized—Coeff)儲存在對應的位置。而後，當一個 區塊解竭完成之後係數寫人單元543的内容經多埠:傳輪 線546 —次寫到係數讀取單元中。 這-種？法在寫入時即將係數寫到轉換後的位置如 此一來，在讀取時，就不再需要對解碼順序 丄r置即可讀出所要的係= 由左至為㈣式，其解碼順序即是 掃描順序）。在係數暫存區部分， 可以利用兩㈣暫存器構成的緩衝來實現， 寫入，在寫入滿一定内容後，再___A肱由且了以接又 中以供讀取。内—再—人將内容傳到第二組之 請7’以魏明上卿取與寫人 的另-貫施例的電路方塊示意圖。此架構盘圖二： 於寫入時將掃描順序暫存起來，而讀再
==成正挪嫩心嫩有所:C 524 141，_馬順序控制信號 規化後係數疋否為零貧訊(N〇r喊制―k 26 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n zero)的信號526，以便產生對應的位址信號Addr_〇，經由 信號544傳送到位址暫存單元547。當一個區塊解碼完成 之後，經由多埠的傳輸線548將整個區塊對應的位址資料 傳送到位址暫存單元549。另外’係數寫入單元543則根 據位址扣號IndexJ)(解碼順序）將接收到的正規化後係數 522(N〇nnaliZed-C0eff)儲存在對應的位置。而後，當一個 區塊解碼完成之後，係數寫入單元543的内容經多埠的傳 輸線546 —次寫到係數讀取單元545中。而讀取時， TILE—FLEXBITS熵解碼器530傳送控制信號534(如圖所 示的Index—1)給位址暫存單元549,而根據此控制信號 534，,位址暫存單A M9、經由對照暫存的掃描位置轉成正 =的讀取位i，並將讀出的位址錢Addj>j傳送給係數 s賣取單元545，以並取得正確的資料。 因為HD Photo標準中可調式掃描位置的調整是依昭 編碼（即解碼)順序逐個調整。所以可調式掃描位置的更^ 動作仍必需在TILE—HIGHPASS解碼時更新（因為在 TILE—FLEXBITS 解碼順序和 TILE-HIGHpASS 不但 是，可以將掃描順序暫存起來，等讀取時再進行轉換的動 作。如此-來，可以在寫入時，依解碼順序寫入，並將= 描順序暫存起來，㈣取時，再將讀取順序經由對昭暫 賴指位置轉紅確的餘位置讀出。在係數暫存2 为’可以糊兩組由暫存器構成的緩衝來實現， 接受寫入，在寫入滿—定内衮德，i ' 組之中以供#取。吏再一-人將内容傳到第二 27 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 上迷的網解碼電路500架構中，因為TILEjpLEXBITS 的解碼必須依賴ULE一HIGHPASS解碼出的部份結果，所 以兩者進行同一個區塊的熵解碼仍必需有先後的次序關 係，而形成管線(pipeline)結構。請參照圖8，以便說明 TILE_HIGHPASS 和 TILE_FLEXBITS 以一個區塊進行管 線處理的流程。可以清楚的看出，在時間轴上，由於管線 延遲的關係，解碼個區塊所需要的時脈數總共為處理 17個區塊所需的時間。例如圖所標示的16個區塊〜幻6 為進行TILEJiIGHPASS熵解碼，而另外16個區塊821〜 836為進行TILE_FLEXBITS熵解碼。也就是，當區塊841 在進行瓜—舰^㈣解碼的同時，另一個在管線上 延遲-個時脈週期的區塊842正在進行mE咖观^ 的熵解碼，此兩個程序是可以同時進行解碼。 、圖9’主要說明正規化參數在助洲仇。標準的 更新&程示意I正規化參數在ro i>hGtG標準中，會依 ==位置(DC、LP、册)和γ或uv，而有六個不同 同位賴—個A輯(M_blGek)在這六個不 整(每個大二規化後為零的係數個數有多少進行動態的調 整(母個大區塊編/解碼完後，進行-次調整)。如圖所亍 如步驟910，去宗忐绝版4、日4 n 如園所不， ^ μ田凡成、·扁碼或疋解碼一個區塊(MB)後，會對 此區塊t非零的正規化係數進行統計，如步驟^ 後為零的係數個數太多時，表示正規化參數的值^ 要曰加，使4正規化後的係數變拷 正規化後為零的俜數個赵仅曰為令的個數，讓 數個數料合理值，也就是更新 28 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n iModelBits 的值。 舉一實際的範例說明，假定原來給HIGHPASS(Hp)中 Y使用的正規化參數為〇 ’也就是代表TILE_FLEXBITs 中固定長度編碼(Fixed Length Coded，FLC)的長度為0， 其狀態值(一累計變數)也為〇。但編碼完一個大區塊之後， 得到在此部分的正規化後係數有24〇個不為零，則經過調 整之後，下個大區塊HP中Y的正規化參數將變成丨，狀 態值為0。其基本的精神在於，當正規化後為零的係數個 數太多時，表示正規化參數的值需要增加，使得正規化後 的係數邊小，增加為零的個數，讓正規化後為零的係數個 數保持合理值。上述提到TILE-FLEXBITS中的固定長度 、為碼(FLC)長度，此為JPEG XR image coding規格書中可 以參照。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何所屬技觸域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作些狀更動與潤倚， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 【圖式簡單說明】 圖1說明傳統的編碼串流(Encoded Stream)進行解石$ 操作的流㈣tl。 冲仃解碼 波轉換與核 圖2為說明符合HD Photo格式的重疊濾 心轉換流程示意圖。 〜 29 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 圖3A與B是說明根據HD Photo格式進行兩階段編碼 與解碼轉換後的結果示意圖。 圖4是說明本發明實施例之能支援HD Photo規格的 熵解碼電路。 圖5是說明本發明實施例之支援HD Photo規格的熵 解碼架構詳細電路。 圖6是說明讀取與寫入控制電路的實施例的電路方塊 示意圖。 圖7是說明讀取與寫入控制電路的另一實施例的電路 方塊不意圖。 圖 8 是說明 TILE_HIGHPASS 和 TILEJFLEXBITS 以 一個區塊進行管線處理的流程示意圖。 圖9是說明正規化參數在HD卩以沁標準的更新流程 示意圖。 【主要元件符號說明】
400 :熵解碼電路 410 ·位元_流暫存單元 420 : TILE_HIGHPASS 熵解碼器 430 . TILE一FLEXBITS 熵解碼器 440 :讀取與寫入控制電路 441 :可調式掃瞄位置產生器 443 :係數暫存單元 450 :正規化係數判斷單元 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/a 460 :正規化參數產生器 " 500:熵解碼電路 • 501:儲存裝置 503 :記憶體讀取電路 505 :多工器 510 :位元串流暫存單元 511 : TILE_HIGHPASS位元串流暫存單元 513 : TILE FLEXBITS位元串流暫存單元 520 : TILE_HIGHPASS 熵解碼器 530 : TILE_FLEXBITS 熵解碼器 540 :讀取與寫入控制電路 541 :可調式掃瞄位置產生器 543 :係數寫入單元 545 :係數讀取單元 550 :正規化係數判斷單元 560 :正規化參數產生器 # 547、549 :位址暫存單元 31

Claims (1)

1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 十、申請專利範圍： 1.一種熵解碼電路，包括： • 位元串流暫存單元’可以寫入位元串流並加以館存， 並可以同時讀取第一類與第二類位元串流資料； ， 第一熵解碼器，接收該第一類位元串流，以進 璃解碼程序，並據以產生正規化後係數、解碼順 號與正規化後係數是否為零的信號； Φ 係數暫存單元，可同時讀取與寫入係數； 讀取與寫入控制電路，連接到該第-熵解碼器，該福 ”制電路用以依照該第一熵解碼器輪出的解二 =控制㈣’將可調式掃描順序轉成时式掃描順序後，、 ，照取得的位置暫存該正規化後係數至該係數暫存單元 ’並根據紅規化後絲衫4料 掃描順序的調整； 了調式 第二解碼器，接㈣第二類位元Φ流及 釀ΐ電路’並從該讀取與寫入控制電 符人心定二,Β :早70以取得該正規化後係數，並將 解=:序的位置的該正規化後係數讀出，以 正規:Τ數瑪電路，更包括 咖數是否為零 --進仃的該第二熵解碼程序調整 32 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 的依據。 一 3.如申印專利範圍第丨項所述之熵解碼電路，其中該 串流資科為符合HD ph〇t。格式中頻率域模式的 串流位元資科。 4.如申請專利範圍第3項所述之熵解碼電路，其中該 搞站滴解碼程序與料二網解碼程序為TILE-HIGHPASS 熵解碼程序及TILE—FLEXBITS熵解碼程序。 笛一、t如申請專利範圍第4項所述之熵解碼電路，其中該 码程序與該第二熵解碼程序可以解碼出AC部分 解碼程序力戶的^解碼程序和TILE—L〇WPASS熵 二階遂t 數’經過反向預測、反向量化、及 ^白逆重f轉換後即可得到該HD p YCoCg色彩空間的影像。 口丁 i申請專利範圍第1項所述之綱解碼電路，宜中 該第二熵解Γ用於該第—麟碼程序* 位元串流暫存t元=第第、項所述之熵解碼電路’其中該 位元串流暫存單元If —類位元串流暫存單元與第二類 碼程;:===存 =;=:存單元错存適用於該第二軸程序的ΐ 8·如申請專利範圍第7項所述之熵解瑪電路，其中更 33 U/6959 NVT-2007-070 25876twf.d〇c/n 包^記憶體讀取電路，依該編碼串流的標頭部分資訊，可 用交錯的方式’將適用於該第一熵解碼程序及 乂 -熵解碼程序的該位元串流資料，從外部 位元該第一類位元串流暫存單元與該^二類 第-二in範圍第1項所述之熵解碼電路，其中該 控制信號到該讀取與寫入控制單元，控 ^ 數暫存單疋讀出該正規化後係數。 讀取，其中該 式掃猫位詈^= 式知田位置產生器，該可調 單元内n 暫存該正規化後係數於該係數暫存 嶋娜物錢進行該ΐ 該正規化後係數暫存於該传二數：取早7^ ’其中將 並在完成-個區塊解碼的ΐ取得的位置， -:欠寫到該係數讀取單： 寫入单元儲存的内容 =ί、ί，购元，_二以 时用續照該第一鱗碼器輸出的該解碼順序控制信ί生 34 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 將該可調式掃描順序轉成該固定式掃描順序後，將取得的 多個位置的多個位址暫存在該第一位址暫存單元，並在完 個區塊解碼後，將該些位址—次寫到該第二位址暫存 單元内而根據該解碼順序控制信號將該正規化後係 存於，係數暫存單元内，並依照該第二痛解碼器輸入的解 碼順序及該第二位址暫存單元的内容控制讀取的位置。 々13.如申請專利範圍第12項所述之滴解瑪電路，其 該第二熵解石馬器傳送控制信號回授控制該第二位址暫ς 元，以取得該正規化後係數。 14.如申4專利細第丨項所述之熵解碼電路，盆中談 式:二解:ί序及該第二熵解碼程序是以管線 1 中該第—熵解碼程序早於該第二熵解碼程序至 >一個區塊進行解碼的時間。 厅主 —種熵解碼方法，包括： 第二===方式讀取並暫抑—位4流資料與 對該第-位元串流資料進行第一熵解碼程序， 零==數、解碼順序控制信號與正規化後係數是否為 二根=r是爾的信號進==描 將對應於該固定式掃描順序的位置的該正規化後係數 35 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 讀出’以進行第二熵解碼程序。 16·如申請專利範圍第15項所述之熵解碼方法，更勹 括統計該正規化後係數是否為零的信號，以計算區塊^ 非零的該些正規化後係數的個數，以進行正規化參數的= 整，並作為該第二摘解碼程序調整的依據。 έ 17.如申請專利範圍第15項所述之熵解碼方法，其 該位兀串流資料為符合HD phGt。格式中頻率域模式 碼串流位元資料。 、 /8.如申請專利範圍第17項所述之熵解碼方法，其中 該第一熵解碼程序與該第二熵解碼程 =E—HIGHPASS熵解碼程序及咖職s摘解碼 私序。 ^ 19.如申凊專利範圍第18項所述之熵解碼方法，盆中 熵解碼程序與該第二熵解碼程序可以解碼出AC、部 TILE'DC TILE_L〇WPASS 及二㈣序解碼出的係數’經過反向預測、反向量化、 yc:c白备重豐轉換後即可得到該1^ Photo標準中自訂 YCoCg色彩空間的影像。 料^纽申請專利範圍第15項所述之燜解碼方法，其中 ===取該第一位元串流資料與該第二位元串流資 間據編碼串流資料的標頭部分資訊，並以在時 二位元式’分別讀出該第—位元串流資料與該第 21.如申請專利範圍第15項所述之爛解碼方法，其中 36 1376959 NVT-2007-070 25876twf.doc/n 對該第 仙貝料進行tile_highpass熵解碼 缸並產生正規化後係數、解碼順序控號與正規化 後係數是否為零的信號； 定序控制信號’將可調式掃描順序轉成固 描順序後，依照取得的位置暫存該正規化後係數， 、=據該正規化後係數是否為零的信號進行該 順序的調整；以及 將對應於賴定式掃描轉的位置的該正規化後係數 3 ’以對該第二位元串流資料進行TILE—flexb 解碼程序。 26. 如t料繼圍第25項·之轉碼方法， 括統計該正規化後係數是否為零的信號，以計算區塊 2零的該些正規化後錄的_，料行錢化參數 整’並作為該TILE—FLEXBITS _碼程序調整的依據。 27. 如㈣專利範圍第25項所述之熵解碼方法， =mE一HIGHPASS熵解碼程序與該mE—贴爾§、熵 解碼程序可以解碼出AC部分係數，再加上TM dc _ ，程序和mE_L〇WPASS熵解碼程序崎碼出的係數， =過反向預測、反向量化、及二階逆重疊轉換後即可得到 該HD Photo標準中自訂YC〇Cg色彩空間的影像。 “ 28.如申請專利範圍帛μ項所述之熵解碼方法，苴中 讀取該編碼串流位元資料是根據編碼串流位元資料的標頭 部分資訊，並以在時間上用交錯的方式分別讀出。 38
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