[发明专利]可适应性范式哈夫曼解码器及其方法与图像解码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种熵解码器(entropy decoder)，且特别涉及一种可适应性范式哈夫曼解码器(adaptive canonical Huffman decoder)及其方法，以及使用此适应性范式哈夫曼解码器或其方法的图像解码器。 

背景技术

哈夫曼编码(Huffman coding)是一种常用于图像压缩(image or videocompression)中的熵编码(entropy coding)，且哈夫曼编码是一种存在已久的无失真压缩(lossless compression)方法。然而，在使用哈夫曼编码时，解码器需要知道哈夫曼编码树的结构，因此编码器必须在比特流(bit stream)中将哈夫曼编码树传送给解码器，或者解码器必须使用其与编码器事先约定好的哈夫曼编码树。 

然而，随着时代的进步，所需要压缩的数据量愈来愈庞大，因此若是在比特流中传送哈夫曼编码树，则数据的压缩率会被大大地降低。虽然，在解码器中预先存储庞大的哈夫曼编码树可以解决压缩率被降低的问题，但是，预先将庞大的哈夫曼编码树存储于解码器中则会大量地占据整个解码器或图像解码器的硬件资源。 

为了解决上述的问题，范式哈夫曼编码(canonical Huffman coding)是由Schwartz[1964]所提出，范式哈夫曼编码跟哈夫曼编码同样属于最佳化前置编码(optimal prefix coding)及非等长编码(variable length coding)。范式哈夫曼编码是哈夫曼编码的一个子集，其主要的特征是在哈夫曼编码中加入一些强制的约定，使得解码器只需要知道很少的信息便能重建出整个哈夫曼编码树。 

范式哈夫曼编码最重要的约定就是数字序列属性(numerical sequenceproperty)的约定，此约定规范所有相同长度的码字(codeword)是连续的二进制的数字。举例来说，如果码字长度为4的第一码(first code)为0010，则其他码字长度为4的码字必然为0011、0100、0101、...等。除了数字序列属 性的约定之外，范式哈夫曼编码还外加了其他的约定。根据这些约定，范式哈夫曼编码可分成两种类，其中一种为种类1的范式哈夫曼编码，另一种则为种类2的范式哈夫曼编码。 

传统范式哈夫曼编码的解码方式多半采用软件解码的方式，然而，在决定码字长度时是采用循序的作法，因此，在码字长度较长时，采用软件解码的方式会因为效率太低，而不能应用于一些有速度需求的系统下，例如：实时系统(real-time system)。 

在美国第5,173,695号专利中，Ming-Ting Sun使用硬件架构来对非等长码(Variable Length Code)进行解码。由于范式哈夫曼编码亦属于非等长码的一种，故此解码器也可使用于范式哈夫曼编码的解码上。请参照图1A，图1A是美国第5,173,695号专利所提供的非等长码解码器10的系统方块图。此传统的解码器10包括寄存器101、102、桶状(barrel)寄存器103、加法器104与查找表(lookup table)11。其中，查找表11包括了码字表110、解码符号表(decoded symbol table)111与码字长度表112。范式哈夫曼解码器10中的各元件的耦接关系如同图1A所示，在此便不赘述。 

此传统的解码器10利用码字表110去平行比对输入的比特流，然后再将比对所得到的码字长度及解码符号输出。码字表110、码字长度表112与解码符号表111都是由可编程逻辑阵列(programmable logic array)所存储，因此传统的解码器10的解码的速度非常快。此传统的解码器10在每一个时钟周期内可解出一个符号(1 symbol/cycle)，因此能符合许多实时系统的需求。 

但随着编码演算法的进步，有人提出了内容可适应性(content adaptive)的概念，此概念主要的诉求是在不同的编码环境底下，各种符号的机率分布应有所不同。因此，在不同的环境下，编码器会采用不同的编码表来进行编码，而解码器则必须选择对应的编码表来进行解码。例如在VC-1的规格中，总共会有8个交流(AC)编码表，且VC-1会根据量化参数(quantizationparameter，简称QP)或画面间与画面内(inter/intra)的差异性来决定使用那一个AC编码表来编码。