TWI490855B

TWI490855B - 解壓縮電路與相關的解壓縮方法

Info

Publication number: TWI490855B
Application number: TW102111970A
Authority: TW
Inventors: Yu Hsiang Tseng; Chih Hao Chang; Cheng Yu Hsieh
Original assignee: Mstar Semiconductor Inc
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2015-07-01
Also published as: US20140292546A1; TW201440045A; US8854234B1

Description

解壓縮電路與相關的解壓縮方法

本發明係有關於一種解壓縮電路，尤指一種採用藍培爾-西弗-馬可夫鏈演算法(Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm，LZMA)的解壓縮電路及其相關的解壓縮方法。

在使用藍培爾-西弗-馬可夫鏈演算法(Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm，LZMA)的壓縮操作中，會將重複的字元壓縮為一距離長度對(distance-length pair)，舉例來說，字串“ABCDABCE”可以被壓縮為“A、B、C、D、(4,3)、E”，其中(4,3)被稱為距離長度對，且用來表示往前四個字元後的三個字元(亦即“ABC”)，之後再進行另一壓縮操作以產生一壓縮後資料。另一方面，在解壓縮的過程中，會先使用二元算術編碼(Binary Arithmetic Coding，BAC)先將壓縮資料解壓縮為“A、B、C、D、(4,3)、E”，之後再使用LZ77解壓縮操作來將“A、B、C、D、(4,3)、E”解壓縮還原為“ABCDABCE”。然而，使用二元算術編碼方式對距離長度對的後一個字元(亦即俗稱的“delta literal”，本例中的“E”)解壓縮時會使用到前一個字元(本例中的第7個字元“C”)以及距離長度對所對應之字串的後一個字元(本例中的第4個字元“D”)的資料，因此，當使用二元算術編碼解壓縮到“E”時，需要等到使用LZ77將距離長度對(4,3)解壓縮結束之後才能將“C”、“D”提供給前端進行二元算術編碼解壓縮，因而降低了解壓縮效率。此外，目前使用藍培爾-西弗-馬可夫鏈演算法的壓縮/解壓縮方式均是使用軟體來實作。

因此，本發明的目的之一在於提供一種解壓縮電路及其相關的解壓縮方法，其可以有效率地進行解壓縮，以解決習知技術中的問題。

依據本發明一實施例，一種解壓縮電路包含有一第一解壓縮單元以及一第二解壓縮單元，其中該第一解壓縮單元用以對一資料進行一第一解壓縮操作以得到一第一解壓縮後資料，其中該第一解壓縮後資料包含有複數個字元以及一距離長度對；該第二解壓縮單元用以接收該第一解壓縮後資料，並依序對該些字元以及距離長度對進行一第二解壓縮操作以得到一第二解壓縮後資料；其中當該第二解壓縮單元自該第一解壓縮單元接收到該距離長度對時，在該第二解壓縮單元完成解壓縮該距離長度對之前，該第二解壓縮單元依據該距離長度對將該第一解壓縮單元後續進行該第一解壓縮過程中所需的資料傳給該第一解壓縮單元。

依據本發明另一實施例，一種解壓縮方法包含有：對一資料進行一第一解壓縮操作以得到一第一解壓縮後資料，其中該第一解壓縮後資料包含有複數個字元以及一距離長度對；以及接收該第一解壓縮後資料，並依序對該第一解壓縮後資料進行一第二解壓縮操作以得到一第二解壓縮後資料；其中依序對該第一解壓縮後資料進行該第二解壓縮操作以得到該第二解壓縮後資料的步驟包含有：當接收到該距離長度對時，在完成解壓縮該距離長度對之前，依據該距離長度對回傳該資料後續進行該第一解壓縮操作所需的資料。

100‧‧‧解壓縮電路

110‧‧‧BAC解壓縮單元

120、140‧‧‧先進先出緩衝器

130‧‧‧LZ77解壓縮單元

132‧‧‧暫存器

150‧‧‧動態隨機存取記憶體

第1圖為依據本發明一實施例之解壓縮電路的示意圖。

第2圖為本發明與先前技術在解壓縮上的示意圖。

第3圖為依據本發明一實施例之解壓縮方法的流程圖。

請參考第1圖，第1圖為依據本發明一實施例之解壓縮電路100的示意圖。如第1圖所示，解壓縮電路100係耦接於一動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)150，且解壓縮電路100包含有一第一解壓縮單元(於本實施例中，該第一解壓縮單元為BAC解壓縮單元110)、一先進先出(First In First Out，FIFO)緩衝器120、一第二解壓縮單元(於本實施例中，該第二解壓縮單元為LZ77解壓縮單元130)、一先進先出緩衝器140，其中LZ77解壓縮單元130包含有一暫存器132。此外，於本實施例中，解壓縮電路100為使用藍培爾-西弗-馬可夫鏈演算法的解壓縮電路。

BAC壓縮是針對二元(二進位)字串進行壓縮，而在BAC壓縮過程中，針對每一個位元，BAC壓縮會先對此位元作分類，例如目前要壓縮的這個位元是距離(distance)或是字元(literal)，或是這個位元是字元的第一個位元...等等，而每一個分類會有一個獨立的機率值，此機率值是可以隨著壓縮過程而更新的。在對此位元進行壓縮的過程中，會先去看這個位元所對應的機率值，再根據這個位元的值是“1”或“0”來更新機率值。此外，由於BAC壓縮/解壓縮的操作為本領域中具有通常知識者所熟知，故細節在此不予贅述。

在解壓縮電路100的操作上，BAC解壓縮單元110首先自動態隨機存取記憶體150中接收一資料串流，並對該資料串流進行解壓縮操作以得到一第一解壓縮後資料，其中該第一解壓縮後資料包含有複數個字元(literal)以及距離長度對(distance-length pair)，接著，該第一解壓縮後資料循序經由先進先出緩衝器120傳送至LZ77解壓縮單元130，且LZ77解壓縮單元130對該第一解壓縮後資料進行解壓縮操作以得到一第二解壓縮後資料，並將該第二解壓縮後資料傳送至其他的電路中。特別地，當LZ77解壓縮單元130 自BAC解壓縮單元110接收到一距離長度對時，在LZ77解壓縮單元130解壓縮完該距離長度對之前，LZ77解壓縮單元130先將BAC解壓縮單元110後續進行解壓縮過程中所需的資料經由先進先出緩衝器140回傳給BAC解壓縮單元110。

舉例詳細來說，假設BAC解壓縮單元110自動態隨機存取記憶體150中所接收的資料串流為“ABCDABCE”的壓縮資料，則BAC解壓縮單元110會將資料串流逐步進行解壓縮操作以得到“A、B、C、D、(4,3)、E”，其中(4,3)是一個距離長度對，且用來表示往前四個字元後的三個字元(亦即“ABC”)。在BAC解壓縮單元110對前四個字元“A、B、C、D”進行解壓縮的過程中，對後三個字元的解壓縮過程需要使用到前一個字元的資料，亦即解壓縮“B”時需要使用到“A”的資料，解壓縮“C”需要使用到“B”的資料，因此，BAC解壓縮單元110內部會設有一個小的緩衝器(未繪示)以暫時儲存前一個字元的資料，以供後續進行解壓縮之用。而BAC解壓縮單元110會循序將解壓縮完的四個字元“A、B、C、D”依序傳送到先進先出緩衝器120之後，再傳送到LZ77解壓縮單元130，接著LZ77解壓縮單元130再直接將“A、B、C、D”傳送到動態隨機存取記憶體150以及/或是其他需要這些資料的電路中。在本實施例中，“A、B、C、D”可以暫存於LZ77解壓縮單元130中的暫存器132，以供後續解壓縮時利用。

接著，BAC解壓縮單元110在解壓縮完距離長度對(4,3)之後，BAC解壓縮單元110會先判斷距離長度對(4,3)之後是一個字元或是另一個距離長度對，並據以傳送一個標記資料至LZ77解壓縮單元130，以供LZ77解壓縮單元130判斷所接收到之距離長度對的下一筆資料是字元或是另一個距離長度對，而標記資料可以是一個位元值或是任何具有其他適合格式的資料。舉例來說，於本實施例中，由於距離長度對(4,3)之後緊接著是字元“E”，因此，BAC解壓縮單元110會傳送(1,4,3)至LZ77解壓縮單元130，其中(1,4,3)中的“1”為用來表示後續距離長度對(4,3)之後緊接著是一個字元；另外，假設距離長度對(4,3)緊接著是另一個距離長度對，則BAC解壓縮單元110可以傳送(0,4,3)至LZ77解壓縮單元130，其中(0,4,3)中的“0”為用來表示後續距離長度對(4,3)之後緊接著是另一個距離長度對。

需注意的是，上述BAC解壓縮單元110傳送標記資料至LZ77解壓縮單元130的方式僅為一範例說明，而並非作為本發明的限制。於本發明之其他實施例中，假設距離長度對(4,3)緊接著是一個字元，BAC解壓縮單元110可以傳送一標記資料至LZ77解壓縮單元130，以表示後續距離長度對(4,3)之後緊接著是是一個字元；而假設距離長度對(4,3)緊接著是另一個距離長度對，BAC解壓縮單元110可以不傳送任何標記資料至LZ77解壓縮單元130，以表示後續距離長度對(4,3)之後緊接著是另一個距離長度對。只要BAC解壓縮單元110可以藉由某些方式讓LZ77解壓縮單元130可以知道距離長度對(4,3)之後緊接著是字元或是距離長度對，這些設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。

於本實施例中，由於距離長度對(4,3)之後緊接著是字元“E”，因此，在BAC解壓縮單元110解壓縮的過程中需要使用到前一個字元(本例中的第7個字元“C”)以及距離長度對所對應之字串的後一個字元(本例中的第4個字元“D”)的資料，而由於BAC解壓縮單元110本身並沒有“C”、“D”這兩筆資料，因此，BAC解壓縮單元110需要自LZ77解壓縮單元130接收“C”、“D”這兩筆資料之後，才可以開始對資料串流解壓縮來得到字元“E”。因此，LZ77解壓縮單元130在接收到BAC解壓縮單元110於前一步驟所傳送之距離長度對(4,3)及標記資料之後，在開始對距離長度對(4,3)進行解壓縮之前，會先從本身的暫存器132或是動態隨機存取記憶體150中取得“C”、“D”這兩筆資料，並將“C”、“D”傳送到先進先出緩衝器140之後，再傳送到BAC解壓縮單元110以供BAC解壓縮單元110解壓縮出“E”。在LZ77解壓縮單元130將“C”、“D”傳送到先進先出緩衝器140之後，LZ77解壓縮單元130才開始解壓縮距離長度對(4,3)。此外，本實施例中，BAC解壓縮單元110內部設有一個小的緩衝器，而當前述LZ77解壓縮單元130要取得“C”、“D”這兩筆資料時，該緩衝器中儲存的資料係為“D”，因此LZ77解壓縮單元130亦可僅傳送“C”的資料，並直接通知BAC解壓縮單元110自該緩衝器中取得“D”的資料。

需注意的是，雖然於以上的實施例中，LZ77解壓縮單元130在開始對距離長度對(4,3)進行解壓縮之前，會先將“C”、“D”這兩筆資料傳送到LZ77解壓縮單元130，然而，此僅為範例說明而非作為本發明的限制。於本發明之其他實施例中，只要LZ77解壓縮單元130可以在解壓縮完距離長度對(4,3)之前將“C”、“D”這兩筆資料傳送到LZ77解壓縮單元130即可，而這些設計上的變化均應隸屬於本發明的範疇。

接著，BAC解壓縮單元110與LZ77解壓縮單元130可以同步進行解壓縮操作，亦即BAC解壓縮單元110解壓縮出字元“E”的時間可以和LZ77解壓縮單元130解壓縮距離長度對(4,3)的時間重疊。在LZ77解壓縮單元130對距離長度對(4,3)進行解壓縮的過程中，於本實施例，LZ77解壓縮單元130會依序自動態隨機存取記憶體150中取得“A”、“B”、“C”，並將這三個字元傳送到需要這些資料的電路中；而BAC解壓縮單元110在解壓縮出字元“E”之後，將字元“E”經由先進先出緩衝器120傳送到LZ77解壓縮單元130後，再傳送到需要這些資料的電路中。

請參考第2圖，第2圖為本發明與先前技術在解壓縮上的示意圖。如第2圖所示，先前技術中LZ77解壓縮完距離長度對(4,3)之後才開始使用BAC解壓縮出字元“E”，因此，會需要較長的解壓縮時間；然而，在本發明中，由於BAC解壓縮單元110解壓縮出字元“E”與LZ77解壓縮單元130解壓縮距離長度對(4,3)的時間可以重疊，因此，整體的解壓縮時間可縮短，而增加了解壓縮效率。

另外，雖然在第1圖的實施例中是以BAC解壓縮單元110與LZ77解壓縮單元130為例，但此並非作為本發明的限制。本發明之解壓縮電路可以適用於任何採用與BAC與LZ77解壓縮方式類似的解壓縮操作。

請參考第3圖，第3圖為依據本發明一實施例之解壓縮方法的流程圖。參考第1、3圖以及以上針對解壓縮電路100的操作說明，流程敘述如下：步驟300：對一資料進行一第一解壓縮操作以得到一第一解壓縮後資料，其中該第一解壓縮後資料包含有複數個字元以及一距離長度對；步驟302：接收該第一解壓縮後資料，並對該第一解壓縮後資料進行一第二解壓縮操作以得到一第二解壓縮後資料；其中當接收到該距離長度對時，在完成解壓縮該距離長度對之前，依據該距離長度對回傳該資料後續進行該第一解壓縮操作所需的資料。

簡要歸納本發明，於本發明之解壓縮電路及其相關的解壓縮方法中，LZ77解壓縮單元130可以在接收到距離長度對之後，立即傳送BAC解壓縮單元110後續進行解壓縮所需的資料至BAC解壓縮單元110供其使用，因此，LZ77解壓縮單元130可以同步進行解壓縮操作，而解決了習知技術中解壓縮效率不佳的問題。