专利名称：影像编码及解码系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种影像编码及译码系统，尤指一种二阶影像联合压缩(Joint Bi-level Image Group、JBIG)影像编码及译码系统。
背景技术：
二阶影像联合压缩(Joint Bi-level Image Group、JBIG)编码器及译码器主要是利用适应性算数编码(adaptivearithmetic)方法做压缩及解压缩。适应性算数编码方法与G3及G4标准所用的霍夫曼(Huffman)、改进型霍夫曼(modified Huffman、MH)、MR(modified Read)，MMR(modified modified READ)方法比起来，虽然能提供较好的压缩效果，但是利用适应性算数编码译码所需要的运算时间，也比之前的算法所需要的时间为多。JBIG编译码器利用像典型预测(typical prediction、TP)的预测机制，以节省运算时间。TP的预测机制是利用每个像素(pixel)邻近像素的特性，减少送进算数编码器的像素和上下关系(context)，而达到节省压缩与解压缩的时间。
在美国第US 20020024525号公开中，其利用一条线缓冲器处理TP，三条线缓冲器处理上下关系的组合。当处理TP后，一条线缓冲器再以串行方式依序将其储存的像素送进三条线缓冲器中，组合所需要的上下关系。然而，在美国第US 20020024525号公开中至少需使用四条线缓冲器来处TP(typical prediction)及组合上下关系资料，此耗费大量的存储装置。尤其当影像分辨率增加时，所使用的存储装置将快速增加。同时，其架构在判断TP(typicalprediction)及组合上下关系资料到适应性算数编码器运算出结果，需花费很长的处理时间，难以达到实时的要求。故已知的JBIG编码器及译码器仍有改善的空间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种影像编码及译码系统，其可避免现有技术需使用四条线缓冲器，所产生耗费大量的存储装置的问题。
本发明的另一目的是提供一种影像编码及译码系统，其可避免当影像分辨率增加时，现有技术所使用四条线缓冲器需相对应增加其大小，所产生耗费大量的存储装置的问题。
依据本发明的一个特点，提出一种影像编码系统，其中影像由复数条线所组成，该影像编码系统主要包含线缓冲器、比较器、第一缓冲器、第二缓冲器、编码装置及编码控制器。该线缓冲器用于储存该影像的第N条线资料；该第一缓冲器耦合至该线缓冲器，用于储存该影像的第(N+1)条线的部分资料；该比较器耦合至该线缓冲器及该第一缓冲器，以对储存在该第一缓冲器的第(N+1)条线的部分资料及储存在该线缓冲器的第N条线资料进行比对，由此产生典型预测(typicalprediction)；该第二缓冲器用于储存该影像的部分线资料；该编码装置耦合至该第二缓冲器，依据由该第二缓冲器所读出的影像资料及该典型预测，进行适应性算数编码(adaptive arithmetic encoding)；该编码控制器用于控制该第二缓冲器及该编码装置之间的资料存取，及控制该线缓冲器的资料存取及该典型预测的产生。
依据本发明的另一特点，提出一种影像译码系统，其中影像由复数条线所组成，该影像译码系统主要包含线缓冲器、译码装置、缓冲器、多任务器及译码控制器。该线缓冲器用于储存该影像的一条线资料；该译码装置依据输入的影像资料进行适应性算数译码，以产生译码影像资料及典型预测值；该缓冲器耦合至该译码装置，用于储存该译码装置译码出的影像资料；该多任务器耦合至该缓冲器，以将该缓冲器所储存的影资料写至该线缓冲器中；该译码控制器用于控制该缓冲器及该译码装置之间的资料存取，及控制该缓冲器及该线缓冲器之间的资料存取。
图1是本发明的一种影像编码系统的方块图；图2是本发明的判定一条线的SLNTP值的流程图；图3是本发明的一条线执行算术编码的流程图；图4是本发明利用乒乓缓冲器中的像素资料组成上下关系的示意图；图5是本发明的一种影像译码系统的方块图；图6是本发明的一条线执行算术译码的流程图；图7及图8是本发明译码时第一乒乓缓冲器及第二乒乓缓冲器使用示意图。
具体实施例方式
图1是本发明的影像编码系统的方块图，其中影像由复数条线所组成，该影像编码系统主要包含线缓冲器110、第一缓冲器130、比较器135、第二缓冲器150、编码装置160、编码控制器170、缓存器140、第一直接存取信道120、第二直接存取信道180及第三直接存取信道190。该线缓冲器110用于储存该影像的第N条线资料。该第一缓冲器130耦合至该线缓冲器110，用于储存该影像的第(N+1)条线的部分资料。该比较器耦合至该线缓冲器及该第一缓冲器，以对储存于该第一缓冲器的第(N+1)条线的部分资料及储存于该线缓冲器的第N条线资料进行比对，由此产生典型预测(typical prediction)。
该第二缓冲器150用于储存该影像的部分线段(line segment)资料。该编码装置160耦合至该第二缓冲器150，依据由该第二缓冲器150所读出的影像资料及该典型预测，进行适应性算数编码(adaptive arithmeticencoding)。该编码控制器170用于控制该第二缓冲器150及该编码装置160之间的资料存取，及控制该线缓冲器110的资料存取及该典型预测的产生。
该缓存器140用于暂存该典型预测的值。该编码控制器170由储存装置(图未示)依序读取第N条线的部分资料并储存至该第一缓冲器130中，其中该储存装置可为内存。当该第一缓冲器130填满数据时，该编码控制器170依序读取第一缓冲器130中的资料并储存至该线缓冲器110中。当该第一缓冲器130中的数据都被读出时，该编码控制器170由该储存装置再读取第N条线的其余资料，并储存至该第一缓冲器130中。重复前述步骤，直至该线缓冲器110储存第N条线的全部资料。
该编码控制器170由该储存装置依序读取第(N+1)条线的部分资料并储存至该第一缓冲器130中。当该第一缓冲器130填满数据时，该编码控制器170依序读取该第一缓冲器130中的资料并依序与该线缓冲器110中第N条线相对应资料比对，若该第一缓冲器130中的资料与该线缓冲器110中第N条线相对应数据均相同，该编码控制器170将该缓存器140设定为1(第一值)并舍弃该第一缓冲器130中的资料。重复上述步骤，直至第(N+1)条线的全部资料均比对完成。若该第一缓冲器130中的资料与该线缓冲器110中第N条线相对应数据有一不相同，该编码控制器170将该缓存器140设定为0(第二值)，以表示第(N+1)条线与第N条线不相同，并结束第(N+1)条线其余资料的比对。
该编码控制器170将该影像的线资料由该储存装置依序读出并写入该第二缓冲器中150。该第二缓冲器150为乒乓缓冲器，提供上下关系及像素，以供该编码装置160进行适应性算数编码。该第二缓冲器150包含第一乒乓缓冲器151及第二乒乓缓冲器152。当第一乒乓缓冲器151存满数据时，该编码控制器170将该第一乒乓缓冲器151的输出导向该编码装置160。当第一乒乓缓冲器151资料耗尽且第二乒乓缓冲器152存满数据时，该编码控制器170将该第二乒乓缓冲器152的输出导向该编码装置160。
为了加快编码运算的进行及流水线处理(pipeline)，可增加该第一直接存取信道120及该第二直接存取信道180。该第一直接存取信道120耦合至该储存装置(图未示)，负责将影像的像素由该储存装置依序读出并写入该第一缓冲器130中。而该第二直接存取信道180耦合至该储存装置(图未示)，负责将影像的像素由该储存装置依序读出并写入该第二缓冲器150，最后可经由第三直接存取信道190，把算数编码器运算完的数据送至对应的储存装置。
典型预测(TP)的值判断每一条线(＝N+1)的像素值与其上一条线(＝N)的像素值是否完全相同，如果完全相同，则第N+1条线的典型预测值(LNTP)为0，有任何一个像素不一样，则第N+1条线的典型预测值(LNTP)为1。每一条线都有其对应的典型预测值(LNTP)。假设上一条线(＝N)的典型预测值(LNTP)为LNTPN，此条线(＝N+1)的典型预测值(LNTP)为LNTPN+1。每条线一开始进行算术编码时，需将SLNTP的值及一组固定的上下关系(context)送进算术编码器做压缩，其中SLNTP＝！(LNTPNXOR LNTPN+1)。若第N+1条线如果完全与第N条线相同，则第N+1条线内的像素值，并不送进算术编码器，以节省算术编码器的运算时间。因为每条线一开始进行算术编码时，就必需将SLNTP送进算术编码器中，因此每条线必需在送进算术编码器之前，先判定其SLNTP的值。
图2是本发明的判定一张影像中每一条线的SLNTP值的流程图，首先在步骤S205中，判断第N条线是否为该影像的第1条线，若判定第N条线为该影像的第1条线，则执行步骤S210，若否，则执行步骤S215。在步骤S210中，由于该第N条线为该影像的第1条线，无法与前一条线进行比较，其与背景比较，故清除线缓冲器110中资料。
在步骤S215中，先将第N条线的SLNTP设定为1，先设定第N条线与第N-1条线所有像素均相同。在步骤S220中，该编码控制器170由储存装置(图未示)依序读取第N条线的部分资料并储存至该第一缓冲器130中。在步骤S225中，该编码控制器170使用该比较器135以比较第一缓冲器130资料(第N条线的部分资料)与线缓冲器110对应资料(第N-1条线的部分资料)是否相同，若均相同，则执行步骤S230，若有一不相同则执行步骤S235。
在步骤S235中，代表第N条线与第N-1条线至少有一像素不相同，故将第N条线的SLNTP设定为0，并执行步骤S230。在步骤S230中，该编码控制器170将第一缓冲器130资料(第N条线的部分资料)搬移至线缓冲器110对应地址处，取代线缓冲器110原先储存的资料(第N-1条线的部分资料)。
在步骤S240中，判断第N条线比对是否结束，若判定第N条线比对已结束，则执行步骤S245，若否，则从回步骤S220，再对第N条线的其它像素，进行读取及比对。
在步骤S245中，判断该影像中每一条线的SLNTP值均已求出，若否，则重回步骤S205，求取下一条线的SLNTP值，若是，则结束。图3是本发明的一张影像中每一条线执行算术编码的流程图，首先在步骤S310中，判断第N条线的slntp是否为0，若判定slntp为0，则执行步骤S320，若否，则执行步骤S370。在步骤S320中，表示第N条线与上一条线(第N-1条线)有像素不相同，需将第N条线执行算术编码。该编码控制器170将该影像的线资料由该储存装置依序读出，并写入第一乒乓缓冲器。
在步骤S330中，判断第一乒乓缓冲器151是否填满资料，若否，则重回步骤S320，若是，则执行步骤S340，并由步骤S390产生上下关系及激活算数编码器160进行算数编码。在步骤S340中，该编码控制器170将该影像线资料由该储存装置依序读出，并写入第二乒乓缓冲器152。在步骤S350中，判断第二乒乓缓冲器152是否填满资料，若否，则重回步骤S340，若是，则执行步骤S360，并由步骤S390产生上下关系及激活算数编码器160进行算数编码。
在步骤S360中，判断第N条线是否完成算数编码，若是，则执行步骤S370，若否，则重回步骤S320。在步骤S370中，设定下一条线(第N+1条线)的撷取地址。在步骤S380中，判断该影像中每一条线是否均已读出，若否，则重回步骤S310，执行下一条线的算数编码，若是，则结束。
在步骤S390中，该编码控制器170由第一乒乓缓冲器151或是第二乒乓缓冲器152中的像素资料组成上下关系以提供给算数编码器160，并由第一乒乓缓冲器151或是第二乒乓缓冲器152将像素数据提供给算数编码器160，以使算数编码器160进行算数编码。图4是本发明利用乒乓缓冲器中的像素资料组成上下关系的示意图。其中，当对像素i进行算数编码时，该编码控制器170将存在乒乓缓冲器中的像素组成上下关系CXi提拱给算数编码器160，其中，CXi＝{pixel9，pixel8，pixel7，pixel6，pixel5，pixel4，pixel3，pixel2，pixel1，pixel0}。当对像素i+1进行算数编码时，该编码控制器170将取样窗口往右移一个像素，像素i+1的上下关系CXi+1为{pixel8，pixel7，pixel11，pixel5，pixel4，pixel3，pixel2，pixel10，pixel0，pixeli}。
图5是本发明的一种影像译码系统的方块图，其中影像是由复数条线所组成，该影像译码系统主要包含线缓冲器510、译码装置540、缓冲器530、多任务器520、译码控制器550、第一直接存取信道560、第二直接存取信道570及第三直接存取信道580。该线缓冲器510用于储存该影像的一条线资料。该译码装置540依据输入的影像资料进行适应性算数译码，以产生译码影像资料及典型预测值。
该缓冲器530耦合至该译码装置540，用于储存该译码装置540译码出的影像资料。该多任务器520耦合至该缓冲器530，以将该缓冲器530所储存的影像资料写至该线缓冲器510中。该译码控制器550用于控制该缓冲器530及该编码装置540之间的资料存取，及控制该缓冲器530及该线缓冲器510之间的资料存取。
该缓冲器530为乒乓缓冲器，提供上下关系以使该译码装置540进行适应性算数译码，及储存该译码装置540所译码的影像资料。该缓冲器530包含第一乒乓缓冲器531及第二乒乓缓冲器532，当第一乒乓缓冲器531存满数据时，该译码控制器550将该第一乒乓缓冲器的输出导向该多任务器520。当第一乒乓缓冲器531资料耗尽且第二乒乓缓冲器532存满数据时，该译码控制器550将该第二乒乓缓冲器532的输出导向该多任务器520。
为了加速译码动作的进行及流水线的处理，可增加第一直接存取信道560、第二直接存取信道570及第三直接存取信道580。该第一直接存取信道560耦合至该线缓冲器510，以将该影像的线资料由该线缓冲器510中读出，并写至内存中(图未示)。该第二直接存取信道570耦合至该第二缓冲器530，以将该影像的线资料由该内存中读出并写入该第二缓冲器530中，以提供上下关系至该译码装置540。该第三直接存取信道580耦合至该译码装置540，以提供压缩数据至该译码装置540，以进行译码。
图6是本发明关于一张压缩影像中每一条线执行算术译码的流程图，首先在步骤S605中，第三直接存取信道580由储存装置(图未示)读取第N条线的压缩资料，并送入该译码装置540，以进行算数译码。在步骤S610中，该译码控制器550由缓冲器530中的像素数据组成上下关系，以提供该译码装置540。当一开始进行译码时，该缓冲器530中并无任何影像像素的资料，此时是由背景来组成上下关系。
在步骤S615中，该译码装置540执行算术译码运算。此时，该译码装置540所译码出的第1位是第N条线的slntp。在步骤S620中，判断第N条线的slntp是否为0，若是，则执行步骤S625，若否，表示第N条线与前一条线(第N-1条线)相同，执行步骤S650。此时，以该线缓冲器510所储存的第N-1条线资料当作第N条线资料。
在步骤S625中，该译码控制器550将该译码装置540所译码出的像素数据依序读出，并写入该第一乒乓缓冲器531中。在步骤S630中，判断该第一乒乓缓冲器531是否填满资料，若否，则重回步骤S625，若是，则执行步骤S635。在步骤S635中，该译码控制器550将该译码装置540所译码出的像素数据依序读出，并写入该第二乒乓缓冲器532中。该译码控制器550将第一乒乓缓冲器531的输出导向该多任务器520，以将第N条线的部分资料，由该第一乒乓缓冲器531传送至该线缓冲器510中。
在步骤S640中，判断第二乒乓缓冲器532是否填满资料，若否，则重回步骤S635，若是，则执行步骤S645。在步骤S645中，判断第N条线是否完成算数译码，若是，则执行步骤S650，若否，则重回步骤S610。当重回步骤S610后，依序执行各步骤。在步骤S625中，该译码控制器550将第二乒乓缓冲器532的输出导向该多任务器520，以将第N条线的部分资料，由该第二乒乓缓冲器532传送至该线缓冲器510中。
在步骤S650中，表示第N条线已经译码并储存在该线缓冲器510中，故该第一直接存取信道560读出线缓冲器510中第N条线资料，并储存至该储存装置(图未示)中。在步骤S655中，判断该影像中每一条线是否均已译码，若否，则重回步骤S605，执行下一条线的算数译码，若是，则结束。
图7及图8是本发明第一乒乓缓冲器531及第二乒乓缓冲器532的使用示意图。其中该第一乒乓缓冲器531及第二乒乓缓冲器532分别由第1子线缓冲器5311、5321、第2子线缓冲器5312、5322及第3子线缓冲器5313、5323所组成。如图7所示，在步骤S635中，该译码控制器550将该译码装置540所译码出的像素数据依序读出，并写入该第二乒乓缓冲器532的第3子线缓冲器5323中(第N条线第i+1段资料)。此时该第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313已经存满第N条线第i段的像素资料。该译码控制器550将第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313的输出导向该多任务器520，以将第N条线第i段的像素资料，由第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313中搬移至该线缓冲器510中。
由于资料搬移速度远较该译码装置540的译码速度快，当第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313中搬空后，该第二直接存取信道570由该存储装置(图未示)中将第N-2条线第i+2段及第N-1条线第i+2段资料搬入第一乒乓缓冲器531的第1子线缓冲器5311及第2子线缓冲器5312中，其目的主要提供组合上下关系所需的像素。该第一乒乓缓冲器531的存取也可设计成流水线输出输入。也就是，当第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313中的像素资料搬移至该线缓冲器510时，该第二直接存取信道570同时由该存储装置中将第N-2条线第i+2段及第N-1条线第i+2段资料，搬入第一乒乓缓冲器531的第1子线缓冲器5311及第2子线缓冲器5312中。此可加速整个系统运作速度。
如图8所示，在步骤S625中，该译码控制器550将该译码装置540所译码出的像素数据依序读出，并写入该第一乒乓缓冲器531的第3子线缓冲器5313中(第N条线第i+2段资料)。此时该第二乒乓缓冲器532的第3子线缓冲器5323已经存满第N条线第i+1段的像素资料。该译码控制器550将第二乒乓缓冲器532的第3子线缓冲器5323的输出导向该多任务器520，以将第N条线第i+1段的像素资料，由第二乒乓缓冲器532的第3子线缓冲器5323中搬移至该线缓冲器510中。
综上所述，本发明的影像编码及译码系统可避免现有技术需使用四条线缓冲器，所产生耗费大量的存储装置的问题。同时避免当影像分辨率增加时，现有技术所使用四条线缓冲器需相对应增加其大小，本发明只需将译码或编码系统的一条线缓冲器增加其大小即可。此外，可根据算术编码器的处理速度，决定乒乓缓冲器的大小，而达到内存使用及运算效能间的平衡。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种影像编码系统，其中影像是由复数条线所组成，该影像编码系统主要包含线缓冲器，其用于储存该影像的第N条线资料；第一缓冲器，耦合至该线缓冲器，用于储存该影像的第(N+1)条线的部分资料；比较器，耦合至该线缓冲器及该第一缓冲器，以对储存在该第一缓冲器的第(N+1)条线的部分资料及储存在该线缓冲器的第N条线资料进行比对，产生典型预测(typical prediction)；第二缓冲器，用于储存该影像的部分线资料；编码装置，其耦合至该第二缓冲器，依据由该第二缓冲器所读出的影像资料及该典型预测，进行适应性算数编码(adaptive arithmeticencoding)；以及编码控制器，用于控制该第二缓冲器及该编码装置之间的资料存取，及控制该线缓冲器的资料存取及该典型预测的产生。
2.如权利要求1所述的影像编码系统，其更包含缓存器，用于暂存该典型预测的值；其中，该编码控制器依序读取第(N+1)条线的部分资料并储存至该第一缓冲器中，该比较器再依序对储存在该第一缓冲器的第(N+1)条线的部分资料及储存在该线缓冲器的第N条线资料进行比对，产生典型预测，并将该典型预测值暂存在该缓存器中。
3.如权利要求1所述的影像编码系统，其中，该第二缓冲器为乒乓缓冲器，提供上下关系(context)及像素，以供该编码装置进行适应性算数编码。
4.如权利要求3所述的影像编码系统，其中，该乒乓缓冲器包含第一乒乓缓冲器及第二乒乓缓冲器，当第一乒乓缓冲器存满数据时，该编码控制器将该第一乒乓缓冲器的输出导向该编码装置。
5.如权利要求4所述的影像编码系统，其中，当第一乒乓缓冲器资料耗尽且第二乒乓缓冲器存满数据时，该编码控制器将该第二乒乓缓冲器的输出导向该编码装置。
6.如权利要求1所述的影像编码系统，更包含第一直接存取信道，其耦合至该第一缓冲器，以将该影像的线资料写入该第一缓冲器中。
7.如权利要求1所述的影像编码系统，更包含第二直接存取信道，其耦合至该第二缓冲器，以将该影像的线资料写入该第二缓冲器中。
8.一种影像译码系统，其中影像由复数条线所组成，该影像译码系统主要包含线缓冲器，其用于储存该影像的一条线资料；译码装置，依据输入的影像资料进行适应性算数译码，以产生译码影像资料及典型预测值；缓冲器，耦合至该译码装置，用于储存该译码装置译码出的影像资料；多任务器，耦合至该缓冲器，以将该缓冲器所储存的影资料写至该线缓冲器中；以及译码控制器，用于控制该缓冲器及该编码装置之间的资料存取，及控制该缓冲器及该线缓冲器之间的资料存取。
9.如权利要求8所述的影像译码系统，其中，该缓冲器为乒乓缓冲器，提供上下关系以使该译码装置进行适应性算数译码，及储存该译码装置所译码的影像资料。
10.如权利要求9所述的影像译码系统，其中，该乒乓缓冲器包含第一乒乓缓冲器及第二乒乓缓冲器，当第一乒乓缓冲器存满数据时，该编码控制器将该第一乒乓缓冲器的输出导向该多任务器。
11.如权利要求10所述的影像译码系统，其中，当第一乒乓缓冲器资料耗尽且第二乒乓缓冲器存满数据时，该编码控制器将该第二乒乓缓冲器的输出导向该多任务器。
12.如权利要求8所述的影像译码系统，更包含第一直接存取信道，其耦合至该线缓冲器，以将该影像的线资料由该线缓冲器中读出，并写至内存中。
13.如权利要求8所述的影像译码系统，更包含第二直接存取信道，其耦合至该第二缓冲器，以将该影像的线资料写入该第二缓冲器中，以提供上下关系至该译码装置。
14.如权利要求8所述的影像译码系统，更包含第三直接存取信道，其耦合至该译码装置，以提供压缩数据至该译码装置，以进行译码。
全文摘要
本发明是关于一种影像编码系统，其中影像是由复数条线所组成，影像编码系统主要包含线缓冲器、第一缓冲器、比较器、第二缓冲器、编码装置及编码控制器。线缓冲器用以储存该影像的第N条线资料，第一缓冲器用以储存影像的第(N+1)条线的部分资料，比较器耦合至线缓冲器及第一缓冲器，以对储存在第一缓冲器的第(N+1)条线的部分资料及储存在线缓冲器的第N条线资料进行比对，由此产生典型预测，第二缓冲器用以储存影像的部分线资料，编码装置依据由第二缓冲器所读出的影像资料及该典型预测，进行适应性算数编码。
文档编号H03M7/30GK1780399SQ200410088990
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月23日 优先权日2004年11月23日
发明者张智凯, 何文政 申请人:凌阳科技股份有限公司