TWI455593B - 像素資料壓縮／解壓縮方法 - Google Patents

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Description

像素資料壓縮/解壓縮方法
本案是有關於一種像素資料壓縮/解壓縮方法。
在影像編解碼與播放系統中，通常需要儲存許多畫面進行畫面處理與影像播放，故而會需要龐大的記憶體空間、頻寬與功率來儲存並處理這些畫面。為克服這些問題，目前已有許多種畫面壓縮/解壓縮技術。
以目前的大多數畫面壓縮/解壓縮技術而言，其壓縮以方塊式(block-based)壓縮，但其播放則是循序掃描(raster scan)。方塊式壓縮是指，在進行畫面壓縮時，將整個畫面分為多個方塊，對各個方塊進行壓縮。而循序掃描則是指，在播放時，是由左至右、由上至下的方式來逐條式播放這個畫面。
傳統上，需要用到額外記憶體來儲存解壓縮後的影像資料，以完成不同順序之間的轉換(亦即，由方塊式轉換至循序式)。比如，欲進行壓縮時，將一個畫面分成多個巨方塊(macroblock)，每個巨方塊的大小是16(像素)* 16(像素)。一個巨方塊當成編解碼的基本單元。但如果要以循序掃描式來播放經解壓縮過的畫面的話，則需要額外記憶體來暫存解壓縮後的像素。這樣會耗費額外的記憶體、頻寬與功率，進而減少畫面像素壓縮/解壓縮所能增加的效益。更甚者，於傳統技術上，會需要一塊額外記憶體來儲存像素，以循序掃描式來壓縮，再使用另一塊記憶體來儲存所解壓縮的像素並以循序掃描式來讀取。或是，會需要一塊 額外記憶體來儲存像素，以巨方塊方式來壓縮，之後，再使用另一塊記憶體來儲存所解壓縮的像素並以循序掃描式來讀取。
故而，需要額外記憶體空間與記憶體頻寬，並且會額外消耗功率在像素資料的存入與讀取。
本案係有關於一種像素資料壓縮/解壓縮方法，即使是以方塊式壓縮並以循序掃描式來解壓縮(解壓縮的畫面可能做一些後處理如旋轉之類)，仍不需要額外記憶體來儲存解壓縮後的像素資料。
本案之一例子提出一種像素資料解壓縮方法，用以解壓縮一畫面，包括：(a)設定一參數N；(b)載入一條起始陣列，包括複數個待解壓縮方塊所對應的複數記憶體位置欄位；(c)從該條起始陣列讀取一目前方塊的一記憶體位置欄位；(d)根據該目前方塊的該記憶體位置欄位，讀取與解壓縮該目前方塊的一第i條像素條，該目前方塊的該第i條像素條包括該畫面的一第N條像素條的一部份，i為0或正整數；(e)更新該條起始陣列中的該目前方塊的該記憶體位置欄位為該目前方塊的一第(i+p)條像素條的一記憶體儲存位置，p為任意正整數；(f)如果該畫面的該第N條像素條尚未被完整解壓縮，則從該條起始陣列中讀取下一方塊的一記憶體位置欄位；(g)重複上述步驟(d)~(f)，直到完整解壓縮出該畫面的該第N條像素條；(h)遞增該參數；以及(i)重複上述步驟(b)~(h)，直到完整解壓縮出該畫面。
本案之又一例子提出一種像素資料壓縮與解壓縮方 法，用以壓縮並解壓縮一畫面。於壓縮該畫面時，包括下列步驟：(1a)記錄用以定址該畫面的一壓縮後方塊的一記憶體儲存位置；(1b)逐條式壓縮該方塊並根據該記憶體儲存位置來儲存該壓縮後方塊；以及(1c)重複上述步驟，直到該畫面被完整壓縮。於解壓縮該畫面時，包括下列步驟：(2a)設定一參數N；(2b)載入一條起始陣列，包括複數個待解壓縮方塊所對應的複數記憶體位置欄位；(2c)從該條起始陣列讀取一目前方塊的一記憶體位置欄位；(2d)根據該目前方塊的該記憶體位置欄位，讀取與解壓縮該目前方塊的一第i條像素條，該目前方塊的該第i條像素條包括該畫面的一第N條像素條的一部份，i為0或正整數；(2e)更新該條起始陣列中的該目前方塊的該記憶體位置欄位為該目前方塊的一第(i+p)條像素條的一記憶體儲存位置，p為任意正整數；(2f)如果該畫面的該第N條像素條尚未被完整解壓縮，則從該條起始陣列中讀取下一方塊的一記憶體位置欄位；(2g)重複上述步驟(2d)~(2f)，直到完整解壓縮出該畫面的該第N條像素條；(2h)遞增該參數；以及(2i)重複上述步驟(2b)~(2h)，直到完整解壓縮出該畫面。
為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
於本案實施例中，於進行方塊式壓縮過程中，記錄各個方塊的記憶體儲存位置；於進行解壓縮過程中，更新各個方塊中的待解壓縮的下一條像素條(pixel line)的記憶體 儲存位置。
現請參考第1圖，其顯示方塊式壓縮的示意圖。畫面100包括多個方塊101、102…等。如第1圖所示，進行方塊式壓縮時，對方塊101進行壓縮後，再對方塊102進行壓縮。如此依序進行，直到將此畫面100的所有方塊皆壓縮完畢，則對此畫面100的壓縮已完成。在此，一個方塊包括比如但不受限於M1* M2個像素資料，其中M1與M2可為任意正整數。此外，當M2=1時，本案亦可應用，也就是說，在進行畫面壓縮時，乃是以「條」為單位進行壓縮，此分在本案之精神範圍內。
現請參考第2圖，其顯示根據本案實施例之壓縮方法的流程圖。如第2圖所示，於步驟210中，指定/記錄用以定址第N個壓縮後方塊(第N個方塊會被壓縮成「第N個壓縮後方塊」)的記憶體儲存位置，N為正整數。第N個壓縮後方塊與後續的第(N+1)個壓縮後方塊可連續儲存或非連續儲存。第N個壓縮後方塊的記憶體儲存位置比如是指用以定址第N個壓縮後方塊的起始像素資料(比如是左上角像素資料)的記憶體儲存位置。第N個壓縮後方塊的記憶體儲存位置比如是指用以定址第N個壓縮後方塊的某一畫素列的起始像素資料的記憶體儲存位置。於此實施例中，將此畫面的所有壓縮後方塊的記憶體儲存位置儲存於一個查表內(可稱為方塊隨機存取表，block random access tabla)。
於步驟220中，逐條式壓縮第N個方塊。其細節如下。根據在步驟210中所指定/記錄的記憶體儲存位置來 將第N個壓縮後方塊儲存/寫入至記憶體中。請再次參考第1圖，於壓縮方塊101時，先壓縮第0條像素條L0的資料，接著，壓縮第1條像素條L1的資料，直到壓縮最後1條像素條Ln的資料，如此即可完成方塊101的壓縮。同樣地，壓縮方塊102時，也是逐條式壓縮其所有像素條。在壓縮像素條時，比如由左至右，依序壓縮該像素條內的所有像素資料。
於步驟230中，判斷此畫面是否壓縮完畢。亦即，判斷此畫面的所有方塊是否都已壓縮完畢。如果是的話，則壓縮已完成；如果否的話，則將N值加1(N=N+1)，以壓縮下一個方塊，如步驟240中所述。步驟240執行後，接到步驟210，重複上述步驟，直到此畫面的所有方塊都被壓縮完畢為止。
接著，說明本實施例如進行解壓縮。現請參考第3圖，其顯示根據本實施例之解壓縮示意圖。在顯示畫面300時，為循序掃描，會先顯示此畫面300的第0條像素條，接著顯示此畫面的第1條像素條，其餘依此類推。此畫面300的第0條像素條是由方塊310的第0條像素條、方塊311的第0條像素條、…方塊31M的第0條像素條所組成。故而，在解壓縮時，解壓縮之順序如下：方塊310的第0條像素條、方塊311的第0條像素條、…方塊31M的第0條像素條，如此即可解壓縮出此畫面300的第0條像素條。畫面300的其餘條像素條的解壓縮可依此類推。
現請參考第4圖，其顯示根據本實施例之解壓縮方法的流程圖。如步驟405所示，設定參數N的初始值為0， 參數N代表欲解壓縮畫面的第N條像素條。
於步驟410中，載入「條起始陣列」(line start array)。如第5圖所示，條起始陣列500包括用以定址M+1個待解壓縮方塊的M+1個記憶體位置欄位510~51M，M為零或正整數。(M+1)=(畫面寬度/M1)。從方塊隨機存取表中載入(M+1)個方塊的記憶體儲存位置至條起始陣列500。更詳細地說，如第3圖所示，當要解壓縮畫面300的第0條像素條時，乃是從方塊隨機存取表中載入待解壓縮方塊310~方塊31M的記憶體儲存位置，以寫入至條起始陣列500的M+1個記憶體位置欄位510~51M。因為待解壓縮方塊310~方塊31M包括解壓縮畫面300的第0條像素條所需的像素資料。也就是說，此時的M+1個記憶體位置欄位510~51M分別為N0~NM。
如步驟415所示，從條起始陣列500讀取目前待解壓縮方塊的記憶體位置欄位。比如，從條起始陣列500讀取待解壓縮方塊310的記憶體位置欄位510，以得知其記憶體儲存位址為N0。
如步驟420所示，讀取、解壓縮並儲存目前方塊的第i條像素條，其含有畫面的第N條像素條的一部份。i為正整數。詳細地說，目前方塊的第i條像素條乃是畫面的第N條像素條的1/(M+1)。以上例而言，根據記憶體儲存位址N0，讀取待解壓縮方法310的待解壓縮資料，以解壓縮出M1個像素資料並儲存。在解壓縮前，原則上無法確知待解壓縮的資料的個數。如此即可完成對目前方塊的第i條像素條的讀取、解壓縮與儲存。
如步驟425所示，更新條起始陣列500中的目前方塊的記憶體位置欄位為目前方塊的第(i+p)條像素條的記憶體儲存位置。p為任意正整數，為方便解釋，底下以p=1為例做說明。以上例而言，由於方塊310的第0條像素條已解壓縮完畢，故而，將條起始陣列500中的方塊310的記憶體位置欄位更新為方塊310的第1條像素條的記憶體儲存位置N0+n00，如第3圖與第5圖所示。於解壓縮之前，並不知道n00之值為何，但於解壓縮方塊310的第0條像素條後，可得知方塊310的第0條像素條的最後1筆像素資料的記憶體儲存位置。這是因為，在壓縮方塊310時，乃是逐條式壓縮。所以，以壓縮順序而言，方塊310的第0條像素條的最後1筆像素資料之後是方塊310的第1條像素條的第1筆像素資料。也就是說，於記憶體中，方塊310的第0條像素條的最後1筆像素資料的記憶體儲存位置之後就是方塊310的第1條像素條的第1筆像素資料的記憶體儲存位置。故而，可從方塊310的第0條像素條的最後1筆像素資料的記憶體儲存位置而推知方塊310的第1條像素條的第1筆像素資料的記憶體儲存位置。
於步驟430中，判斷是否已完整解出畫面的第N條像素條。如果是，則流程接至步驟440，否則流程接至步驟435。
如果尚未完整解出畫面的第N條像素條的話，則要解壓縮下一個方塊的第i條像素條。所以，如步驟435所示，從條起始陣列500中讀取下一個方塊的記憶體位置欄位。
以上例而言，於解壓縮完方塊310的第0條像素條之後，接著要解壓縮方塊311的第0條像素條。故而，從條起始陣列500中讀取下一個方塊311的記憶體位置欄位N1。於解壓縮完方塊311的第0條像素條之後，重述步驟420與425，將條起始陣列500中的方塊311的記憶體位置欄位更新為方塊311的第1條像素條的記憶體儲存位置N1+n10，如第3圖與第5圖所示。
重複步驟420與425，直到完整解出畫面的第N條像素條為止。亦即，直到解壓縮方塊31M的第0條像素條為止，則畫面的第0條像素條已被完整解壓縮。所以，解壓縮畫面的第0條像素條後，條起始陣列500中的(M+1)記憶體位置欄位為N0+n00~NM+nm0。
於畫面的第N條像素條已被解壓縮後，於步驟440中，N=N+1。代表接著要解壓縮畫面的下一條像素條。如第3圖與第5圖所示，如果方塊310的第1條像素條已解壓縮，則條起始陣列500中的方塊310的記憶體位置欄位會被更新為N0+n00+n01，其代表方塊310的第2條像素條的記憶體儲存位置。
於步驟445中，判斷目前方塊是否已全部解壓縮。也就是說，判斷方塊31M是否已全部解壓縮。如方塊31M已全部解壓縮，代表先前方塊310~31(M-1)也已全部解壓縮。如果方塊31M尚未全部解壓縮，則流程接續至步驟435。以上例而言，重複上述步驟，直到解壓縮完畫面300的第(M2-1)條像素條，這代表方塊310~31M已全部解壓縮。所以，於步驟450中，判斷整個畫面是否已解壓縮。 如果尚未的話，則流程回至步驟410，再次載入條起始陣列。以上例而言，如果方塊310~31M已全部解壓縮，則於步驟410中，從方塊隨機存取表中載入方塊320~32M的記憶體儲存位置至條起始陣列。重複上述步驟，直到整個畫面都已被解壓縮為止。
由上述可知，於本實施例之像素資料壓縮/解壓縮方法中，即使是以方塊式壓縮並以循序掃描式來播放，仍不需要額外記憶體來暫存解壓縮後的像素資料。故而，能減少所需記憶體空間、記憶體頻寬與功率消耗。
綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧畫面
101、102‧‧‧方塊
210~240‧‧‧步驟
300‧‧‧畫面
310~32M‧‧‧方塊
405~450‧‧‧步驟
500‧‧‧條起始陣列
510~51M‧‧‧記憶體位置欄位
第1圖顯示方塊式壓縮的示意圖。
第2圖顯示根據本案實施例之壓縮方法的流程圖。
第3圖顯示根據本實施例之解壓縮示意圖。
第4圖顯示根據本實施例之解壓縮方法的流程圖。
第5圖顯示根據本實施例之條起始陣列與其更新示意圖。
405~450‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種像素資料解壓縮方法，用以解壓縮一畫面，包括：(a)設定一參數N；(b)載入一條起始陣列，包括複數個待解壓縮方塊所對應的複數記憶體位置欄位；(c)從該條起始陣列讀取一目前方塊的一記憶體位置欄位；(d)根據該目前方塊的該記憶體位置欄位，讀取與解壓縮該目前方塊的一第i條像素條，該目前方塊的該第i條像素條包括該畫面的一第N條像素條的一部份，i為0或正整數；(e)更新該條起始陣列中的該目前方塊的該記憶體位置欄位為該目前方塊的一第(i+p)條像素條的一記憶體儲存位置，p為任意正整數；(f)如果該畫面的該第N條像素條尚未被完整解壓縮，則從該條起始陣列中讀取下一方塊的一記憶體位置欄位；(g)重複上述步驟(d)~(f)，直到完整解壓縮出該畫面的該第N條像素條；(h)遞增該參數N；以及(i)重複上述步驟(b)~(h)，直到完整解壓縮出該畫面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該步驟(a)包括：設定該參數N之一初始值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該步驟(b)包括：從一方塊隨機存取表中載入該些方塊所對應的複數記憶體儲存位置至該條起始陣列。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該待解壓縮方塊所對應的該記憶體儲存位置為用以定址該待解壓縮方塊中之一起始像素資料的一記憶體儲存位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於解壓縮該目前方塊的該第i條像素條後，得知該目前方塊的該第(i+p)條像素條的該記憶體儲存位置。
  6. 一種像素資料壓縮與解壓縮方法，用以壓縮並解壓縮一畫面，包括：於壓縮該畫面時，包括下列步驟：(1a)記錄用以定址該畫面的一壓縮後方塊的一記憶體儲存位置；(1b)逐條式壓縮該方塊並根據該記憶體儲存位置來儲存該壓縮後方塊；以及(1c)重複上述步驟，直到該畫面被完整壓縮；以及於解壓縮該畫面時，包括下列步驟：(2a)設定一參數N；(2b)載入一條起始陣列，包括複數個待解壓縮方塊所對應的複數記憶體位置欄位；(2c)從該條起始陣列讀取一目前方塊的一記憶體位置欄位； (2d)根據該目前方塊的該記憶體位置欄位，讀取與解壓縮該目前方塊的一第i條像素條，該目前方塊的該第i條像素條包括該畫面的一第N條像素條的一部份，i為0或正整數；(2e)更新該條起始陣列中的該目前方塊的該記憶體位置欄位為該目前方塊的一第(i+p)條像素條的一記憶體儲存位置，p為任意正整數；(2f)如果該畫面的該第N條像素條尚未被完整解壓縮，則從該條起始陣列中讀取下一方塊的一記憶體位置欄位；(2g)重複上述步驟(2d)~(2f)，直到完整解壓縮出該畫面的該第N條像素條；(2h)遞增該參數；以及(2i)重複上述步驟(2b)~(2h)，直到完整解壓縮出該畫面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該步驟(1a)包括：記錄用以定址該壓縮後方塊的一起始像素資料的一記憶體儲存位置，以當成該方塊的該記憶體儲存位置。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該步驟(1b)包括：壓縮一目前像素條；以及壓縮下一條像素條，直到壓縮最後一條像素條。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該步驟(2a)包括： 設定該參數N之一初始值。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該步驟(2b)包括：從一方塊隨機存取表中載入該些方塊所對應的複數記憶體儲存位置至該條起始陣列。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，於該步驟(2b)中，該待解壓縮方塊所對應的該記憶體儲存位置為用以定址該待解壓縮方塊中之一起始像素資料的一記憶體儲存位置。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，於解壓縮該目前方塊的該第i條像素條後，得知該目前方塊的該第(i+p)條像素條的該記憶體儲存位置。
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