專利名稱：單時鐘周期可變長熵解碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的解碼裝置，具體地說是一種單時鐘周期可變長熵解碼裝置。
背景技術(shù)：
自從MPEG-1標準制定以來，由于MPEG系列標準出色性能表現(xiàn)，已經(jīng)被公認為是比較成功的運動圖像壓縮標準，尤其是1993年推出的MPEG-2國際標準，更是成為了目前消費電子中音視頻編解碼領(lǐng)域應用最為廣泛的技術(shù)標準?？勺冮L熵解碼器是MPEG系列標準的重要組成單元，也是根據(jù)MPEG系列標準設(shè)計的解碼器中對性能要求最高的單元，熵解碼單元的設(shè)計方法不但影響到MPEG解碼系統(tǒng)的運行效率，更是直接決定了MPEG解碼系統(tǒng)對輸入數(shù)據(jù)吞吐能力。根據(jù)MPEG-2標準的規(guī)定，MPEG解碼器的最高速率可以達到80Mbps，因此低硬件成本和高運行效率的可變長熵解碼器是高效MPEG解碼器設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)。目前一般采用CPU主控解析或分級查表/分級流水方式，這兩種方式均無法完成任意長符號在一個時鐘周期內(nèi)完成解碼。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為1302512，專利名稱為“對數(shù)字編碼視頻信號進行譯碼的可變長度譯碼器”，該專利提出一種采用新穎指令集的譯碼指令單元處理輸入數(shù)據(jù)流的控制方案，該方案在內(nèi)部采用微處理器裝置完成可變長熵符號譯碼，該裝置的設(shè)計不足之處在于對輸入碼流的解析全部采用微處理器控制，同時采用了了一個環(huán)形的旋轉(zhuǎn)/桶型移位器，設(shè)計結(jié)構(gòu)復雜，同時，符號解析速度取決于微處理的運行速度，處理效率相對較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種單時鐘周期可變長熵解碼裝置，使其應用在采用MPEG系列標準和H.26X系列標準的解碼器中，其輸入采用先入先出(FIFO)緩存器鎖存輸入數(shù)據(jù)，使用兩級桶型移位寄存器切斷組合邏輯鏈，用硬件查表單元直接通過查找表得到解碼輸出信號，解決了背景技術(shù)中的問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括FIFO緩存器，兩級桶型移位寄存器、硬件查表單元、選通器，長度鎖存器和長度累加器。其連接方式為從外部讀取的碼字首先送入FIFO緩存器中緩存，F(xiàn)IFO緩存器的輸出端口為整字(Word)寬，深度根據(jù)具體應用選擇；FIFO緩存器的讀取信號由長度累加器進位信號控制。FIFO緩存器的輸出送入第一級桶型移位寄存器中鎖存，在長度累加器輸出控制下移位，移位輸出信號送入第二級桶型移位寄存器中，第二級桶型移位寄存器的移位由長度鎖存器輸出控制，經(jīng)過兩級桶型移位寄存器處理后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部互連總線送到硬件查表單元，由選通器選擇一個當前硬件查找子表作為當前工作表。
每一級桶型移位寄存器內(nèi)包含兩級鎖存器和一個桶型移位器，第一級桶型移位器中的兩個鎖存器為級聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于將FIFO緩存器輸出的整字寬的數(shù)據(jù)展寬；第二級桶型移位寄存器中的第一個鎖存器用于鎖存第一級桶型移位寄存器輸出的數(shù)據(jù)，它的輸出反饋送入第二級桶型移位寄存器，用于切斷來自第一級桶型移位寄存器中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)路徑，第二級桶型移位寄存器中的第二個寄存器的輸入為第二級桶型移位寄存器的輸出，用于鎖存第二級桶型移位寄存器的輸出，它的輸出又送入第二級桶型移位寄存器作為下一個符號的高位信號。在本裝置中需要特別說明的是兩級桶型移位寄存器的移位控制信號不同，第一級桶型移位寄存器在長度累加器輸出控制下移位，第二級桶型移位寄存器在長度鎖存器輸出控制下移位，長度累加器輸出的進位信號作為兩個桶型移位寄存器中的鎖存器的使能信號。
硬件查表單元由四組硬件查找表組成，第一硬件查找表中存儲了編碼協(xié)議中定義的頭信息表，第二硬件查找表中存儲了直流/交流系數(shù)表，第三硬件查找表中存儲了運動向量信息表，第三硬件查找表中存儲了宏塊編碼模式表。硬件查表采用并行結(jié)構(gòu)，由解碼控制信號通過選通器選擇一個表作為當前工作碼表，查表的同時送出每個碼字實際占用的長度。硬件查找表中的碼字表在編碼協(xié)議中定義。
本發(fā)明從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)無法在一個時鐘周期內(nèi)對輸入數(shù)據(jù)流中任意字長熵編碼符號解碼問題，提高了解碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐能力。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明全部是由硬件單元構(gòu)建，無需附件控制器進行編程控制；更為重要的是，由于采用全硬件方案實現(xiàn)，在查表單元中不采用流水線架構(gòu)，可以在一個時鐘周期內(nèi)解碼一個不超過24bit的變長編碼符號，而解碼裝置中的桶型移位寄存內(nèi)部采用了多級流水緩存，采用兩級桶型移位，電路實現(xiàn)時的關(guān)鍵路徑較短，因此電路運行速度和數(shù)據(jù)吞吐量都可以非常高。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括FIFO緩存器1，兩級桶型移位寄存器2、3，硬件查表單元4，選通器5，長度鎖存器6和長度累加器7，。從外部讀取的碼字首先送入FIFO緩存器1中緩存，F(xiàn)IFO緩存器1的輸出端口為整字寬，F(xiàn)IFO緩存器1的讀取信號由長度累加器7進位信號控制，F(xiàn)IFO緩存器1的輸出送入第一級桶型移位寄存器2中鎖存，在長度累加器7輸出的當前解碼符號長度累加和控制下移位，移位輸出信號送入第二級桶型移位寄存器3中，第二級桶型移位寄存器3的移位由長度鎖存器6輸出的解碼符號長度控制，經(jīng)過兩級桶型移位寄存器2、3處理后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部互連總線送到硬件查表單元4。選通器5受外部解碼邏輯控制，根據(jù)解碼信號選擇一個硬件查找子表作為當前的工作表格，選通器5輸出的符號長度信號經(jīng)過長度鎖存器6鎖存后送入長度累加器7中。
每一級桶型移位寄存器內(nèi)包含兩級鎖存器和一個桶型移位器，第一級桶型移位器2中的兩個鎖存器為級聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于將FIFO緩存器1輸出的整字寬的數(shù)據(jù)展寬；第二級桶型移位寄存器3中的第一個鎖存器用于鎖存第一級桶型移位寄存器1輸出的數(shù)據(jù)，它的輸出反饋送入第二級桶型移位寄存器3，用于切斷來自第一級桶型移位寄存器2中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)路徑，第二級桶型移位寄存器3中的第二個寄存器的輸入為第二級桶型移位寄存器3的輸出，用于鎖存第二級桶型移位寄存器3的輸出，它的輸出又送入第二級桶型移位寄存器3作為下一個符號的高位信號。
兩級桶型移位寄存器2、3的移位控制信號不同，第一級桶型移位寄存器2受長度累加器7控制，第二級桶型移位寄存器3受長度鎖存器6控制，長度累加器7輸出的進位信號作為兩個桶型移位寄存器2、3中的鎖存器的使能信號。
硬件查表單元4由四組硬件查找表組成，第一硬件查找表中存儲了編碼協(xié)議中定義的頭信息表，第二硬件查找表中存儲了直流/交流系數(shù)表，第三硬件查找表中存儲了運動向量信息表，第三硬件查找表中存儲了宏塊編碼模式表。硬件查表采用并行結(jié)構(gòu)，解碼控制信號通過選通器5選擇一個表作為當前工作碼表，查表的同時送出每個碼字實際占用的長度。硬件查找表中的碼字表在編碼協(xié)議中定義。
以MPEG-2視頻解碼器為例說明本裝置的工作原理和過程，由于在MPEG-2視頻熵編碼的最大符號長度為24bit，因此每次查表單元的輸入數(shù)據(jù)不應超過24bit，F(xiàn)IFO緩存器1的輸出碼字長定為32bit，F(xiàn)IFO緩沖器1輸出的32bit數(shù)據(jù)送入第一級桶型移位器2，第一級桶型移位寄存器2通過兩級級聯(lián)的寄存器將輸入數(shù)據(jù)展寬為96Bits，第一級桶型移位寄存器2對長度累加器7輸出的累加和進行移位，由于第一級桶型移位寄存器2的最大可能長度可以達到56bit，第一級桶型移位寄存器2的輸出不應該少于56+32bit，因此裝置中桶型移位寄存器中的桶型移位器采用96bit位寬移位，第一級桶型移位寄存器2的移位長度總是以32bit字word為單位，一次移位總是整數(shù)字32bit Word移位。移位輸出后的數(shù)據(jù)位寬位32bit。經(jīng)過第一級桶型移位寄存器2的輸出數(shù)據(jù)送入第二級桶型移位器3。第二級桶型移位寄存器3對長度鎖存器6的輸出移位，最大移位長度為24bit，因此第二級桶型移位寄存器3采用兩個32bit鎖存器，將數(shù)據(jù)展寬為64bit，其中第二級桶型移位寄存器3中的第一個鎖存器鎖存輸入的32bit數(shù)據(jù)作為桶型移位器的低字節(jié)數(shù)據(jù)，同時該寄存器切斷了第一級桶型移位寄存器的數(shù)據(jù)路徑。第二級桶型移位寄存器3的輸入為桶型移位器的輸出，鎖存后的數(shù)據(jù)作為桶型移位器的輸入高字節(jié)數(shù)據(jù)，對第二級桶型移位而言，同時要顧及系統(tǒng)組合邏輯鏈不能太長，在第一級桶型移位寄存器2對累加和移位輸出的基礎(chǔ)上，第二級桶型移位器3采用了組合輸出鎖存的設(shè)計結(jié)構(gòu)，進位鏈比較短；從移位寄存器輸出的數(shù)據(jù)直接驅(qū)動內(nèi)部互聯(lián)總線。硬件查表單元4中包含了四張硬件查找表，分別是頭信息表，直流/交流系數(shù)表，運動向量信息表和宏塊編碼模式表，所有的硬件查找表全部掛接在內(nèi)部互聯(lián)總線上面。外部主控模塊可以根據(jù)解碼控制信號通過選通器5選擇一個查找表作為當前工作表格，在查找表輸出結(jié)果后，根據(jù)解碼控制信號選擇當前查找表的結(jié)果將碼字符號長度送入長度鎖存器6中鎖存，然后反饋給第二級桶型移位寄存器3，若當前沒有解碼工作，則反饋一個0值給第二級桶型移位寄存器3。長度鎖存器6的另一路輸出送入長度累加器7。長度累加器7的累加和作為第一級桶型移位器2的移位控制信號，長度累加器7輸出的進位信號作為第一級桶型移位寄存器2與第二級桶型移位寄存器3中的鎖存器的使能信號，以及FIFO緩沖器1的讀信號。FIFO緩沖器1和裝置中所有數(shù)據(jù)鎖存器的數(shù)據(jù)刷新全部在長度累加器7的進位信號統(tǒng)一控制下動作。
權(quán)利要求
1.一種單時鐘周期可變長熵解碼裝置，包括FIFO緩存器(1)、硬件查表單元(4)、選通器(5)、長度鎖存器(6)和長度累加器(7)，其特征在于，還包括兩級桶型移位寄存器(2、3)，從外部讀取的碼字首先送入FIFO緩存器(1)中緩存，F(xiàn)IFO緩存器(1)的輸出端口為整字寬，F(xiàn)IFO緩存器(1)的讀取信號由長度累加器(7)輸出的進位信號控制，F(xiàn)IFO緩存器(1)的輸出送入第一級桶型移位寄存器(2)中鎖存，在長度累加器(7)控制下移位，移位輸出信號送入第二級桶型移位寄存器(3)中，第二級桶型移位寄存器(3)的移位由長度鎖存器(6)控制，經(jīng)過兩級桶型移位寄存器(2、3)處理后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部互連總線送到硬件查表單元(4)，通過選通器5選擇一個工作子表的結(jié)果作為輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單時鐘周期可變長熵解碼裝置，其特征是，每一級桶型移位寄存器內(nèi)包含兩級鎖存器和一個桶型移位器，第一級桶型移位器(2)中的兩個鎖存器為級聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于將FIFO緩存器(1)輸出的整字寬的數(shù)據(jù)展寬；第二級桶型移位寄存器(3)中的第一個鎖存器用于鎖存第一級桶型移位寄存器(1)輸出的數(shù)據(jù)，它的輸出反饋送入第二級桶型移位寄存器(3)，用于切斷來自第一級桶型移位寄存器(2)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)路徑，第二級桶型移位寄存器(3)中的第二個寄存器的輸入為第二級桶型移位寄存器(3)的輸出，用于鎖存第二級桶型移位寄存器(3)的輸出，它的輸出又送入第二級桶型移位寄存器(3)作為下一個符號的高位信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的單時鐘周期可變長熵解碼裝置，其特征是，第一級桶型移位寄存器(2)在解碼符號的長度累加器(7)輸出的累加和控制下移位，第二級桶型移位寄存器(3)在長度鎖存器(6)輸出的解碼符號長度控制下移位，長度累加器(7)輸出的進位信號作為兩個桶型移位寄存器(2、3)中的鎖存器的使能信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單時鐘周期可變長熵解碼裝置，其特征是，硬件查表單元(4)由四組硬件查找表組成，第一硬件查找表中存儲了編碼協(xié)議中定義的頭信息表，第二硬件查找表中存儲了直流/交流系數(shù)表，第三硬件查找表中存儲了運動向量信息表，第三硬件查找表中存儲了宏塊編碼模式表，硬件查表采用并行結(jié)構(gòu)，由解碼控制信號通過選通器(5)選擇一個表作為當前工作碼表，查表的同時送出每個碼字實際占用的長度，硬件查找表中的碼字表在編碼協(xié)議中定義。
全文摘要
一種單時鐘周期可變長熵解碼裝置，從外部讀取的碼字首先送入FIFO緩存器中緩存，F(xiàn)IFO緩存器的輸出端口為整字寬，F(xiàn)IFO緩存器的讀取信號由長度累加器進位信號控制，F(xiàn)IFO緩存器的輸出送入第一級桶型移位寄存器中鎖存，在當前解碼符號長度累加和控制下移位，移位輸出信號送入第二級桶型移位寄存器中，第二級桶型移位寄存器的移位由當前解碼符號長度控制，經(jīng)過兩級桶型移位寄存器處理后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部互連總線送到硬件查表單元，通過選通器選擇一個工作子表的結(jié)果作為輸出。本發(fā)明從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)無法在一個時鐘周期內(nèi)對輸入數(shù)據(jù)流中任意字長熵編碼符號解碼問題，提高了解碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐能力。
文檔編號H04N7/50GK1622636SQ20041009309
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者王峰, 鄭世寶, 董威, 王濤 申請人:上海交通大學