专利名称：压缩编码设备和解码设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对视觉数据执行可逆/不可逆压缩编码的压缩编码设备并且涉及对 压缩编码数据进行解码以便重现视觉数据的解码设备。本申请要求日本专利申请No. 2009-156991 (提交日期2009年7月1日)的优先 权，其内容通过引用结合于此。
背景技术：
线缓冲器视觉处理LSI (大规模集成电路)设备是用于游戏设备的视觉处理 设备的典型示例。该类型的视觉处理设备执行一系列的进程，其中小画像图案(sprite pattern)存储器存储表示游戏角色的小画像(即，独立图形对象)的视觉数据；与游戏的 进展一致地从小画像图案存储器读取视觉数据；经由旋转和缩放(即，扩大和缩小)来编辑 视觉数据并且将其写入到以水平扫描线为单位的线缓冲器中；随后，基于线缓冲器的存储 内容将图像和图形显示在液晶显示器(LCD)的屏幕上。视觉处理设备的产品价值高度依赖于小画像渲染性能(即，可以被渲染在屏幕上 的每条线上的小画像的点或像素的数目)。可以渲染在屏幕的每条线上的小画像的点的数 目取决于在每个单位时间中可以处理的视觉数据量；因此，小画像渲染性能部分地取决于 在小画像图案存储器与视觉处理设备之间传输的数据量。由于本技术受限于小画像图案存 储器与视觉处理设备之间传输的数据量的限制，因此难以实现足够的小画像渲染性能。为 了实现与小画像图案存储器与视觉处理设备之间传输的有限的数据量无关的足够的小画 像渲染性能，有必要对小画像的视觉数据执行压缩编码(例如，以帧为单位执行的压缩编 码)以便产生压缩编码数据，该压缩编码数据被存储在小画像图案存储器中。这减少了关 于每个小画像的传输数据量。用于视觉数据的压缩编码技术通常被分类为可逆压缩编码和不可逆压缩编码。可 逆压缩编码是例如预测编码和可变长度编码(例如，Huffman编码)。不可逆压缩编码使用 例如正交变换。可逆压缩编码能够基于压缩编码数据完全地恢复原始视觉数据，但是不能 获得高的压缩因子。不可逆压缩编码能够获得高的压缩因子，但是不能基于压缩编码数据 来完全地恢复原始视觉数据。通常，并入游戏设备的视觉处理设备使用可逆压缩编码。这 是因为高度重视设计的图形设计人员创建了游戏角色，从而应该完全地使原始视觉数据重 现在屏幕上。专利文献1 日本专利申请公布No. H04-175066。传统上，该类型的视觉处理设备已用于显示静止图画。近来，该类型的视觉处理设 备常常用于将由静止图画组成的简单的移动图画显示在屏幕上。即使由静止图画组成的移 动图画被显示在屏幕上，人眼仍不能识别出因图画移动引起的图画质量的小的劣化。在由 静止图画组成移动图画的情况中，优选的是采用不可逆压缩编码算法，因此减少所需的外 部存储器的数目以及被传输的数据量。出于该原因，有必要开发能够对可逆压缩编码数据 (例如，静止图画的视觉数据)和不可逆压缩编码数据(例如，由静止图画组成的移动图画的视觉数据)进行解码的视觉处理设备和视觉处理算法。上述视觉处理设备将具有高的市 场价值和高的产品价值。传统上，一些以帧为单位执行视觉处理的视觉处理算法能够处理 可逆压缩编码和不可逆压缩编码。然而，仍未开发以线为单位执行视觉处理的视觉处理算 法用以处理可逆压缩编码和不可逆压缩编码。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于以线为单位执行视觉处理的压缩编码设备，以及 提供一种能够对可逆压缩编码数据和不可逆压缩编码数据进行解码的解码设备。本发明的压缩编码设备由坐标转换部件、不可逆转换部件和可逆压缩编码部件构 成。坐标转换部件将由三个主色彩分量R、G、B组成的RGB表现的像素数据转换为由三个色 彩分量Y、Cb、Cr组成的YCbCr表现的像素数据。在不可逆转换部件中，对于三个色彩分量 Y、Cb、Cr中的至少一个执行使像素数据的指定部分稀疏的减少过程，以及执行对像素数据 的分量Cb和Cr进行插值以便基于未被稀疏的像素数据的剩余部分来恢复像素数据的指定 部分的扩充过程。在可逆压缩编码部件中，执行预测编码过程，以基于位于靠近光栅扫描序 列中选定的像素数据的其他像素数据，计算选定的每个像素数据的预测值；计算作为每个 像素数据的预测值与实际值之间的差异的预测误差；以及，对所述预测误差执行可变长度 编码，以便产生压缩编码数据。可以借助于由计算机等执行的压缩编码程序来实现上述部 件。压缩编码设备或压缩编码程序使可逆压缩编码部件实现预测编码过程和可变长 度编码过程的组合进程，因此产生优选地可以在压缩编码之前被恢复作为原始视觉数据的 可逆压缩编码数据。这里，可逆压缩编码过程之前的稀疏和插值计算是不可逆的计算；因 此，压缩编码设备或压缩编码程序完全地对视觉数据执行不可逆压缩编码。不可逆压缩编 码数据可以借助于可变长度解码过程、逆预测编码过程和逆坐标转换过程进行解码，因此 使RGB表现的原始像素数据重现。应当注意，具体地，可逆压缩编码部件与具有线缓冲器配置的传统视觉处理设备 中使用的可逆压缩编码部件相似。本发明使得单个解码设备能够如下对不可逆压缩编码数 据和可逆压缩编码数据进行解码。小画像图案存储器预先存储可逆压缩编码数据和不可逆压缩编码数据(这些数 据由本发明的压缩编码设备产生)。解码设备或视觉处理设备根据顺序执行可变长度解码 过程和逆预测编码过程的传统解码进程来对从小画像图案存储器读取的可逆压缩编码数 据进行解码。可替选地，其对从小画像图案存储器读取的不可逆压缩编码数据顺序执行可 变长度解码过程、逆预测编码过程和逆坐标转换过程，因此重现RGB表现的原始像素数据。 在专利文献1中教导了使用正交变换、量化和编码的不可逆压缩编码技术，借助于正交变 换、量化、逆量化和逆正交变换，将原始图画信号(表示压缩编码之前的原始图画)转换为 准图画信号。当原始图画信号与准图画信号之间的差异小时，准图画信号代替原始图画信 号并且经历不可逆压缩编码，因此使由于不可逆压缩编码引起的图画质量的劣化最小化， 然而，专利文献1的技术不允许单个解码设备对可逆压缩编码数据和不可逆压缩编码数据 进行解码。优选地，不可逆转换部件执行减少过程和扩充过程，使得预测误差对于在屏幕的每个水平扫描线上相邻对准的相邻像素数据交替地变为零。这增加了预测编码过程的预 测误差包括连续0部分的概率。在使用零行程编码的可变长度编码过程中，当连续呈现在 预测误差中的0位的数目变大时，可以增加视觉数据的压缩因子。优选地，不可逆转换部件执行量化过程，用于减少已经历减少过程和扩充过程的 像素数据或者未经历减少过程或扩充过程的像素数据上的位。此外，不可逆转换部件输出 量化模式信号，其表示经历量化过程的像素数据的类型和减少的位的数目。量化过程进一 步包括视觉数据的压缩因子。一种解码设备被设计为，根据表示经历量化过程的像素数据的类型和因量化过程 而减少的位的数目的量化模式信号，处理借助于预测编码过程和可变长度编码过程而产生 的压缩编码数据。该解码设备包括如下的可逆解码部件、逆量化部件和逆坐标转换部件。可逆解码部件借助于可变长度解码过程和逆预测编码过程将压缩编码数据解码 为YCbCr表现的像素数据。逆量化部件对于从可逆解码部件输出的像素数据，对量化模式 信号指定类型的像素数据中包括的减少的位的数目进行插值。逆坐标转换部件基于经过逆 量化部件的YCbCr表现的像素数据，重现RGB表现的原始像素数据。
通过参照以下附图，将更详细地描述本发明的这些和其他目的、方面和实施例。图1是示出根据本发明的优选实施例的包括压缩编码设备和解码设备的压缩编 码/解码系统的框图。图2A示出了压缩编码设备的不可逆转换过程中包括的减少过程。图2B示出了压缩编码设备的不可逆转换过程中包括的扩充过程。图3是解释用于计算关于每个像素的预测值和预测误差的预测编码过程的图示。图4示出了关于水平对准的矩阵的像素计算的预测误差的示例。图5示出了相对于对预测误差执行符号位反转的预测误差转换过程的输入数据 与输出数据之间的关系。图6示出了相对于对六位(除了符号位之外)的预测误差执行符号反转的预测误 差转换过程的输入数据与输出数据之间的关系。图7示出了当将预测误差转换为可变长度代码时可变长度编码过程使用的转换表。图8A是示出包括人物角色和对象的移动图画的帧上的压缩因子的变体的曲线 图。图8B是示出包括动画的移动图画的帧上的压缩因子的变体的曲线图。图8C是示出关于风景的移动图画的帧上的压缩因子的变体的曲线图。图9是示出根据本发明的优选实施例的视觉处理LSI设备的构造的框图。图10示出了关于可逆压缩编码和不可逆压缩编码的两种类型的压缩编码信息。
具体实施例方式将参照附图借助于示例更详细地描述本发明。图1是根据本发明的优选实施例的由压缩编码设备100和解码设备200构成的对视觉数据执行不可逆压缩编码的压缩编码/解码系统的构造的框图。压缩编码设备100对 视觉数据执行不可逆压缩编码以便产生不可逆压缩编码数据。视觉数据是由表示构成整个 屏幕图像的像素的三个色彩分量R、G和B组成的像素数据组。在本实施例中，在0至255 的范围中表示每个色彩分量的亮度(或强度)，从而由三个色彩分量组成的每个像素数据 由3X8 = 24位表示。在图1的压缩编码/解码系统中，由压缩编码设备100产生的不可 逆压缩编码数据被存储在诸如CD-R0M(致密光盘只读存储器)的存储介质中，该存储介质 被分送给用户或消费者。可替选地，不可逆压缩编码数据经由诸如互联网的通讯线路被下 载到用户或消费者。解码设备200对从压缩编码设备100输出的不可逆压缩编码数据进行 解码，由此重现原始视觉数据。压缩编码设备100由例如数字信号处理器(DSP)构成。实现不可逆压缩编码的不 可逆压缩编码程序被预先安装在压缩编码设备1中。根据不可逆压缩编码程序，压缩编码 设备100执行作为本发明的显著特征的不可逆压缩编码。压缩编码设备100由色彩分量分 离过程110、坐标转换过程120、不可逆转换过程130和可逆压缩编码过程140构成。本实 施例借助于软件实现了这些过程；但是这不是限制。例如，可以借助于色彩分量分离电路、 坐标转换电路、不可逆转换电路和可逆压缩编码电路分别配置色彩分量分离过程110、坐标 转换过程120、不可逆转换过程130和可逆压缩编码过程140，其中这些电子电路被组合在 一起以形成压缩编码设备100的硬件。色彩分量分离过程110将原始视觉数据(渲染在RGB表现中)分解为色彩分量R、 G和B。像素数据的R分量是表示每个像素的红色的亮度的8位数据；像素数据的G分量是 表示每个像素的绿色的亮度的8位数据；以及像素数据的B分量是表示每个像素的蓝色的 亮度的8位数据。坐标转换过程120将像素数据从RGB表现转换为YCbCr表现，换言之，其将主要色 彩R、G、B变为Y、Cb、Cr色彩。具体地，坐标转换过程120根据映射规则(1)将像素数据的 分量R、G、B转换为像素数据的分量Y、Cb、Cr。将在后面讨论本实施例需要执行上述转换的 原因。Y = O. 257 X R+0. 504 X G+0. 098 X B+16Cb = -0. 148 X R-0. 291XG+0. 439XB+128Cr = 0. 439 X R-0. 368 X G-0. 071XB+128(1)不可逆转换过程130是意图改进可逆压缩编码过程140中的压缩因子的预处理。 不可逆转换过程130由减少过程131、扩充过程132和量化过程133构成。减少过程131和扩充过程132处理从坐标转换过程120输出的像素数据的三个分 量Y、Cb和Cr中的两个分量Cb和Cr。减少过程131以矩阵为单位细分由Cb和Cr分量配 置的像素数据，每个矩阵由如图2A中示出的2X2个像素配置。减少过程131对于Cb和 Cr分量的像素数据，从由四个像素配置的每个矩阵中消除除了左上方的像素以外的三个像 素，因此将“YCbCr 444” (表示保存四个像素的YXb和Cr分量)转换为“YCbCr 411”(表 示Y分量仍然保存四个像素而Cb和Cr分量均保存一个像素)。换言之，减少过程131使每 四个像素中的三个像素稀疏。扩充过程131使用如图2B中所示的剩余像素(即，每个矩阵 的四个像素内的左上方的像素，其在减少过程131中未被稀疏)对稀疏的像素进行插值。在 关于视觉数据的压缩因子的改进的方面，更好的是，对YCbCr 411(见图2A)的像素数据而非对YCbCr 444(见图2B)的像素数据执行压缩编码。但是，本实施例被设计为使得扩充过 程132将YCbCr 411的像素数据转换为YCbCr 444的像素数据。后面将结合解码设备200 讨论本实施例使用上述转换的原因。在这一点上，由于Y分量表示每个像素的亮度，因此不 可逆转换过程130不对像素数据的Y分量执行减少过程131和扩充过程132 ；因此，当使Y 分量稀疏时，图画质量肯定极大劣化。此外，在坐标转换过程120之后执行不可逆转换过程 130，其将像素数据从RGB表现转换为YCbCr表现以便防止因减少过程131、扩充过程132和 量化过程133引起的图画质量的劣化。量化过程133处理像素数据的Y、Cb和Cr分量中的任何一个或所有分量以便减 少配置构成视觉数据的每个像素数据的位的数目。参照量化模式表执行量化过程133，例 如，表1中示出了该量化模式表的存储内容。量化模式表可以嵌入在不可逆压缩编码程序 中，或者可以独立于不可逆压缩编码程序而存储在压缩编码设备100中。量化模式表(见 表1)存储量化系数(即，Y分量量化系数、Cb分量量化系数和Cr分量量化系数)，每个系 数与量化模式，即具有值0至6的七个模式结合，表示每个分量中的减少的位的数目(其中 Mode (模式)=0不使用量化过程133)。在量化过程133中，响应于预设模式(或者由从 外部设备给出的量化模式信号指示的模式)从量化模式表中读取量化系数，从而使像素数 据的相应的分量经历向右逻辑移位与量化系数相对应的位数目。因此，可以响应于预定模 式来实现量化。表 权利要求
一种压缩编码设备，包括坐标转换部件，所述坐标转换部件将由三个色彩分量组成的第一色彩表现的像素数据转换为由另外三个色彩分量组成的第二色彩表现的像素数据；不可逆转换部件，所述不可逆转换部件对于所述第二色彩表现的三个色彩分量中的至少一个执行使像素数据的指定部分稀疏的减少过程，以及执行对像素数据进行插值以便基于像素数据的剩余部分来恢复像素数据的所述指定部分的扩充过程；以及可逆压缩编码部件，所述可逆压缩编码部件执行预测编码过程，用于根据位于靠近光栅扫描序列中选定的像素数据的其他像素数据，计算选定的每个像素数据的预测值，计算表示每个像素数据的所述预测值与实际值之间的差异的预测误差，以及对所述预测误差执行可变长度编码，因而产生压缩编码数据。
2.如权利要求1所述的压缩编码设备，其中，所述不可逆转换部件执行所述减少过程 和所述扩充过程，使得所述预测误差对于在屏幕上的每个水平扫描线上相邻对准的相邻像 素数据交替地变为零。
3.如权利要求1所述的压缩编码设备，其中，所述不可逆转换部件执行量化过程，用于 减少已经历所述减少过程和所述扩充过程的像素数据或未经历所述减少过程和所述扩充 过程的像素数据上的位，以及其中，所述不可逆转换部件输出量化模式信号，所述量化模式 信号表示经历所述量化过程的像素数据的类型和减少的位的数目。
4.一种接收压缩编码数据和量化模式信号的解码设备，所述压缩编码数据通过预测编 码过程和可变长度编码过程而产生，以及所述量化模式信号表示经历量化过程的像素数据 的类型和由于所述量化过程而减少的位的数目，所述解码设备包括可逆解码部件，所述可逆解码部件借助于可变长度解码过程和逆预测编码过程将压缩 编码数据解码为第二色彩表现的像素数据；逆量化部件，所述逆量化部件对于从所述可逆解码过程输出的所述第二色彩表现的 所述像素数据，对所述量化模式信号指定的像素数据类型中包括的减少的位的数目进行插 值；以及逆坐标转换部件，所述逆坐标转换部件基于经过所述逆量化过程的所述第二色彩表现 的所述像素数据，重现第一色彩表现的原始像素数据。
全文摘要
本发明提供一种压缩编码设备和解码设备。该压缩编码设备由将RGB表现的原始像素数据转换为YCbCr表现的像素数据的坐标转换过程、不可逆转换过程和可逆压缩编码过程构成。在不可逆转换过程中，借助于减少过程使像素数据的分量Cb和Cr稀疏并且随后借助于扩充过程基于像素数据的分量Y进行插值，同时借助于量化过程减少像素数据的一些位。可逆压缩编码过程对光栅扫描序列中选定的每个像素数据执行预测编码过程和可变长度编码过程，因此产生压缩编码数据。这使得可以以线为单位对可逆压缩编码数据和不可逆压缩编码数据进行解码。
文档编号H04N7/26GK101945274SQ201010220528
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年7月1日
发明者本目光弘, 西川幸成 申请人:雅马哈株式会社