专利名称：通过位复制使位深度增加的制作方法
技术领域：
本发明一般是关于数字数据计算和更具体而言是关于增加数字数据的数字精度。
在测量项时，可以使用不同程度精度的标度。例如，人们可以用3个划分标志的标度(零至2)来测量事物，或用10划分标志0至9的标度测量同一幅度，较多划分的标度比较少划分的标度有更高的精度。在计算机方面，由于处理和存储的限制，数字值可以用变化精度程度的值来表示。例如，人们可以用2位(0到3的标度)表示一数字值，或使用5位(0到31的标度)表示同一数字值。用来表示数字值的位数一般参考为“位深度”。
当为了节省存储空间时，数字数据用较低的位深度表示，有时为了处理和其它目的增加存储的数据的精度是有利的。例如，作为4位象素值存储的视频数据是有效的，然后增加精度到8位。在这些情况下，这就需要变换初始较低精度的全范围到新的较高标度的全范围。在前一个例子中，4位值的0变换为9位值的0，而15将变换为255。
该位深度增加的特征如下，对q位深度的数据，等级Li将来自范围L1∈{0，1，2，...，2q-1}.该输入数据具有的位深度增加到m以产生输出等级L0将来自范围L0∈{0，...，2m-1}.这可以执行乘以理想放大率(增益)获得，
随后取整到最接近的整数L0＝取整{G×LI}已经提出了大量技术以扩展表示特定数据的位数。在计算机绘图中使用的通常的技术通过用附加0-位填充初始接收位来表示该数据以扩展位的数目。使用这样的技术，0位附到接收的数据位以扩展到位的长度到希望的位数。
例如，用3位表示的数据使用上述通常的技术被扩展到8位，用3位1表示的数字7在扩展的8位表示中可用3个1位和后面跟5个0位表示。
正如所属技术领域的技术人员可以识别的3位表示可以表示0至7，而8位表示用来表示0至255。因此，3位表示的数字7应理想地扩展为8位表示的数字255。然而，正如
图1所示，通过用0位简单的补充初始位以形成8位表示，放大率低于理想的放大率，因此补充数据是初始数据的不精确表示。
为了获得精确的解决方案，用初始数据位表示的数字可以乘希望的放大率。例如，在图1所示位深增加的情况下，所希望的放大率为255/7。依此，为了使用3位表示任何数字精确地经受位深度增加，该数字可以乘放大率和该乘得的数字将用8位扩展数据表示。然而，这需要乘法器和由此增加的处理总开销以使初始数据经历位深度的增加。正如所属领域技术人员所理解的，乘法器是相当昂贵的和典型是由硬件完成的。进而，由于用初始3位表示的数字乘以放大率不是必需产生整数，相乘的结果必须取整为最接近的整数和因此8位表示并不是完美无缺的，这样，尽管多了处理时间和硬件费用却仅仅获得了接近完美的位深度增加。
图1描述了现有技术的位深度增加器，它包括具有一组3位寄存器的3位输入寄存器110和具有一组8位寄存器的8位输出寄存器120。输入寄存器110的3个寄存器通过连接器即导线140硬连接到输出寄存器120的3个最高位寄存器。填充器130通过连接器150硬线连接到其余的寄存器，即输出寄存器120的5个最低位寄存器。正如所属领域技术人员所理解的，3位输入寄存器110可以存储数字0-7，而8位输出寄存器120可以存储数字0-255。正如所描述的，输入寄存器110存储表示数字5的输入数据。为了使位深度增加输入数据为扩展的8位表示，该输入数据被变换和通过连接器140从输入寄存器110传送到输出寄存器并在所关注的顺序存储在3个最高位。输出寄存器120的其余寄存器通过导线或连接器150由填充器130用传送0加以填充。输出寄存器120以8位的格式输出5的不精确的近似表示作为输出寄存器120以8位寄存器的值的表示。
如上所提到的，为了改进输出信号精度，存储在输入寄存器的位数乘以精确的放大率和结果存储在由8位表示的输出寄存器中。如图2所示，输入寄存器210存储输入数据的3位表示。如图2所示，在输入寄存器210中存储的位数表示数字5。存储的信息通连接器250从输入寄存器210传送到乘法器230，乘法器230使数字5乘以放大因子255/7以计算相应的8位值，它比存储输入寄存器210内的3位输入数据有更精确的位深度增加。如图2所示，这个乘法的结果不是整数，即182.14，它通过连接器260传送到取整器240。该数字然后被取整为最接近的整数，即182，和由在输出寄存器220中存储的8位加以表示，3位输入数据的更精确8位表示已经形成了和可以从输出寄存器220中输出供例如8位处理器使用。
图3A-3C详细地描述了当数据通过图2系统时的位深度增加过程。图3A描述了存储在输入寄存器210和通过连接器250被传送到乘法器230的表示数字5的3输入位。图3B描述了在经历了位深度增加后从乘法器230输出的位深度增加信号。如图所示，乘法器输出8位整数320A，它通过连接器260到取整器240，表示数字182和包括表示数字0.14的4位分数位320B，取整器240取整接收的数据到最接近的整数值，依此，如图3C所示，从取整器240输出的8位表示输出通过连接器270到输出寄存器220，所表示的数字值为182，如果，例如，分数位等于或大于0.50，在图3C表示的数字值将是183。这里，值得注意的是，由位330表示的8位数据不是那么精确，这是由于取整误差造成的。
如上所述，完成图2的乘法器230和取整器240涉及显著的费用。此外，乘法和取整增加了获取扩展信号的处理时间。这样，虽然图2描述的系统和图1所示的系统相比较提供了输入数据的更精确表示，但增强的精度源于系统耗费，硬件要求，处理时间等的显著费用。
依此，本发明的目的之一是提供以扩展的形式的数字数据的精确表示而无需附加的处理器硬件。
本发明的另一个目的是提供以扩展形式的数字数据的精确表示而无需显著的处理开销。
本发明的另一个目的是提供以扩展形式的数字数据的精确表示而无需使用乘和舍入。
本发明的进一步目的，优点和特点通过这个公开，包括下面详细的描述，及发明的实践将对本领域的技术人员变得更加明显，而本发明将参考优选的实施例描述如下，应当理解，本发明并不局限于此，能够了解这里教导的本领域的技术人员可以理解附加的实现，修改和实施例，及在其它领域中使用，这些均在发明的公开和要求保护的范围内和在发明能够明显使用的范围内。
依照本发明，从最高有效位开始到最低有效位结束的多个顺序排列的初始位表示的数字数据经历了位深度增加以形成具有扩展位长度数字数据。为了形成数字数据的较长位长度表示，初始位被复制以形成复制位。初始位附有大量复制位，并从初始位的最高位开始到位深度增加数字数据，附着的复制位和初始位一样具有相同的顺序，复制位的数目等于扩展位长度减去初始位的数目。即，按初始位顺序的复制的初始位迭代地附加到初始位直到数字数据的全扩展的位长度表示已经形成。这样，初始位的全部或部分能被复制一次或多于一次以形成复制位。附在初始位后的复制位数可以复制初始位的一些位数多于其它位数。
如果被产生的复制位多于需要形成数字数据的扩展的位长度表示，不附在初始位的复制位被放弃。即，任何分数复制位被简单地忽略。这样，如果被初始位数字划分的在所希望的扩展位长度表示的位的数字等于一个非整数，所有的分数位将被去掉。
在本发明的一个实施例中，位深度增加数字数据的装置包括大量输入寄存器和较大数量的输出寄存器。配置输入寄存器以存储起始于最高位结束于最低位的按顺序的初始数据。配置输出寄存器以存储初始数据位和复制位。
这里提供等于输出寄存器数量的大量连接器。配置的每一个连接器连接输入寄存器的一个到输出寄存器的一个。每一个输入寄存器至少连接1个输出寄存器。存储最高位的输入寄存器连接多个输出寄存器。取决于希望的扩展，其它输入寄存器也可以连接多个输出寄存器，最好连接器这样配置，连接每一个输出寄存器仅到一个输入寄存器。
连接器最好这样配置，顺序排列的初始数据位做为输出寄存器的诸最高有效位存储。复制位复制初始位的全部或部分，并按初始数据位的顺序存储作为输出寄存器的最低有效位。通过适当地配置连接器，复制位能够形成以复制初始数据位的全部或任一部分多于一次，例如一些初始数据位能够被复制的多于其它初始数据位。
在第二个实施例中，复制装置包括输入移位寄存器和输出移位寄存器，正如所属领域技术人员所理解的，在数据从和/或由寄存器发送和接收的任何时间，存储在移位寄存器内的数字顺序并不改变。输入移位寄存器具有配制成存储初始数据位的若干寄存器。初始数据位最初存储在按顺序从最高有效位开始并从最低有效位结束的输入移位寄存器中。输出移位寄存器如此配置，以存储初始数据位和表示初始顺序的复制的初始数据位的若干复制数据位。
第一连接器连接输入移位寄存器到输出移位寄存器，使顺序排列的初始数据位从输入移位寄存器传送到输出移位寄存器。第二连接器连接第一连接器到输入移位寄存器，使得每一个传输的初始数据位也传送回第一移位寄存器以存储在它的寄存器中的一个，初始数据位通过第一连接器连续地按照顺序即周期从第一移位寄存器传送到第二移位寄存器，直到第二移位寄存器添满。
连接器最好如此配置，使得顺序排列的初始数据位存储在添满输出移位寄存器作为最高有效位，和复制位复制一个或者多个初始数据位和按着初始数据位的顺序存储在输出移位寄存器作为最低有效位。复制位复制初始数据位的一个或更多或者全部多于一次，这取决于初始位的数目和数字数据的所希望的扩展位长度表示。
图1描述了现有技术的位深度增加系统。
图2描述了另一个现有技术的位深度增加系统。
图3A-3C描述了使用图2系统执行的位深度增加。
图4描述了依本发明的位深度增加系统的第一实施例。
图5A-5C描述了依本发明的图4系统执行的位深度增加。
图6描述了依本发明的位深度增加系统的第二实施例。
图7A-7B描述了依本发明的图6系统执行的位深度增加。
图8描述了依本发明的位深度增加系统的第3实施例。
图9描述了依本发明的图4系统执行的位移动。
图10描述了作为分数位数字函数的输出错误。
图11表示出了使用图4，6和8描述复制系统所获得的各种输入和输出值的复制值的误差。
图12描述的表类似于图11，但对于不同的输入和输出位长度。
图4描述了依本发明的位深度增加系统，该系统包括接收输入数据的输入寄存器410，该输入寄存器410包括3位寄存器，所示出的3位寄存器存储表示数字5的3位表示，它类似于图1和2的现有技术寄存器110和120。在输入寄存器410内的每一个寄存器通过连接器430硬线连接到输出寄存器420内的多个寄存器。这将当然理解为，虽然在这里描述的优选的实施例参考了特定的输入和输出位长度，但所描述的系统和它的操作很容易为任何输入和输出的位长度所采用，输出寄存器420具有指示为420A部分的子组寄存器用于存储整数位，和部分420B用于存储分数位。如图所示，输入寄存器410的各自寄存器被变换到输出寄存器420的两个部分。依此，整数和分数位存储在输出寄存器420中。在输入寄存器410中存储的位值被变换到输出寄存器420中的寄存器内，使得存储在输入寄存器410内的值以周期的方式在输出寄存器420的诸寄存器中一次又一次的复制。因此，如图4所示，结果是，在输出寄存器420内存储的3个最高位表示诸初始位的后面附有复制位，它们以它们的初始顺序复制初始位以形成冗余位。
因此，从输出寄存器420输出的数据仅仅是存储在输出寄存器部分420A内数据。正如下面所讨论的，在输出寄存器部分420A内存储的整数位的取整可以实际减低了扩展表示的精度。
图5A-5C描述了由图4复制系统执行的位复制。如图所示，表示数字5的3输入位510被扩展为由8整数位和4位分数位表示520表示的182.13，整个扩展表示包括指示为520A的8位，表示整数182，和指示为520B的4位，表示复制数据的分数部分，表示0.13，在图5C中输出位530仅仅由相应数字182的未取整的8位整数位组成，该分数位520B被忽略和被丢弃。
图6描述了依本发明的位深度增加系统的又一个实施例。在图6中，输入寄存器610类似于图4中的寄存器410，除了寄存器610仅仅硬线连接到将存储整数位的输出寄存器620内的那些寄存器，因此，没有分数位存储在输出寄存器620中。连接器630连接输入寄存器610的各自的寄存器到输出寄存器620的适当寄存器。
图7A和7B描述了由图6系统执行的位深度增加。如图所示，表示存储在输入寄存器610的输入数据的初始3位经过深度增加为如图7B所示的表示数字182的8位整数位。
图8描述了依本发明的位深度增加系统的另一个实施例。如图所示，系统包括输入寄存器810，用以接收3位输入信号，所示的输入寄存器810是移位寄存器，它初始存储表示数字5的3位。
在复制系统操作时，在寄存器内存储的最高位通过连接器830被传送到输出移位寄存器820。当从输入移位寄存器810传送最高位时，在输入寄存器810中存储的每一位向前移一个寄存器。例如，在时钟850第一周期时的第一次移位时，位值1通过连接器830从输入寄存器810被传送和位值0被移位到被传送位值腾空的寄存器。存储在输入寄存器810内的最低位1也被向前移成为存储在输入寄存器810内的第二最高位。
传送的位值1通过连接器840从连接器830传回到输入寄存器810和作为最低位被存储在寄存器810内。该传送位也最初存储输出寄存器820的寄存器内，该寄存器将最终存储位深度增加数据的最低位。依此，在第一次移位时，存储在所示的输出寄存器820内的最高位将实际作为最低位最初被存储在输出移位寄存器820的最右边的寄存器中。再经过周期，通过作为必需把输出移位寄存器820的诸寄存器添满的存储在输入移位寄存器810内的顺序的诸位，表示用再复制复制位附着在后面的初始输入位的整数位能被形成，这正如在输出寄存器820所示。
通过图8描述的复制系统执行的实际位深度的增加将和图7A和7B所示的一致。然而，虽然在图6描述的位深度增加系统是并行地形成复制位，图8描述的系统串行地形成复制位。
正如所属领域的技术人员所理解的，图9描述了在输入数据位长度扩展期间在不同的时钟850期间的输入寄存器810和输出寄存器820的位顺序。如图所示，在时钟0时，输入数据是在输入寄存器810内的初始顺序。输出寄存器完全是空的。在时钟1，最高位1被传送到输入寄存器810和输出寄存器820的最低位。在时钟2，曾在时钟1结束时曾是最高位的位0被传送到输入寄存器810和输出寄存器820的最低位。移位和存储位持续进行直至扩展位长度的完全实现存储在输出寄存器820内。简单地复制初始位而形成的输入数据的扩展表示将产生精确的解决方案，这里输入位数和输出位数相互间是精确的整数倍。进而，如果输入数据是0，精确的输出数据值也应为0，因此，所有的输入和输出寄存器也应存储位0。类似地，在上述的从3位扩展到8位时，如果输入数据值是7，它将在输入寄存器中用3个位1加以表示，通过按给定的顺序简单地复制输入数据位作为复制位，即通过5个位1附加到初始位，以形成扩展的表示，精确的输出数据表示将能获得。
然而，在很多情况下，即没有输入位数也没输入数据值将是输出位数的整数位。正如所讨论的，通常的技术已经利用了分数位取整到最接近的整数值以企图改进扩展位表示的精度。然而，已经发现，使用分数位和取整到最接近的整数值实际上减少了输入数据扩展表示的精度。当输出寄存器内存储的位数被输入寄存器内存储的位数相除是一个非整数数字时，上述讨论的初始位的复制除了在特定的情况下将产生不精确的表示。这是因为分数位简单地忽略或截去和没有使用。如果分数位在位深度增加时加以考虑，这就提供比所获结果更精确的扩展表示。
参看图10，作为保留分数位数的函数的输出误差被绘成图。所绘的特定的图是5位输入和8位输出。然而，对于相对任何输出位数的任何输入位数的类似图表可以很容易地制出。如所示出的，图10给出的图表考虑了不考虑分数位，考虑了一个分数位，和考虑了二个分数位的情况，该图表示出了理想的即0输出误差和如果通过复制初始位产生位深度增加0，1或2个分数位产生的误差之间的差别。观看对所有32位输入的整体误差，如果分数位被去掉，平均误差为0。考虑到分数位做出的贡献，偏差发生了。例如，如图所示，考虑到分数位正误差偏移发生了。如果仅仅是一个而不是二个分数位被考虑的话，这正误差偏移实际上被略微地减少。然而，如果不考虑分数位，平均误差被减少到0。因此，做较少的工作是实际上获益和处理时间的开销能被减小而改进了获得的结果。依此，在优选的实施例中，仅仅整数位经历了位深度增加。任何超出整数位的位深度增加将引起正误差偏移。
图11的表示出了各种输入和由5输入位到8输出位表示的数据扩展相关的输出位值的理想解决方案。如图所示，当不考虑输出位时，使用上述技术产生值的误差平均为0。值得注意的是，所有误差均小于1。在特定限制的情况下误差大于0.5。在解决方案的这些情况下其精度略低于当使用乘法器并且分数位数被考虑所获得的结果。然而，在将获益的这些小数情况下执行取整所关联的费用在实际上将一般超出所获益得到的好处，值得注意的是，误差完全是对称的。任何取整的企图将潜在地影响对称性和因此增加了整个平均误差。因此，虽然使用乘法器和取整器作为图2所示的现有技术系统能获得略微好的结果，使用上述技术和系统以扩展输入数据的位长度在显著的成本减少的情况下仍能获得近乎完美的结果。
图12的图表描述了当上述4位输入位被扩展为12位输出位值相比较的输出位的理想值。由于输出位对输入位的比率是一个整数，通过简单地复制初始位和附着复制位到初始位以形成输出信号而获得的解决方案提供了输入信号的精确的输出复制。因此，在输出位长对输入位长的比率是整数的情况下，完美的复制能够获得而无需乘法或取整。在所属领域的技术人员能够识别的是，当发明用一个或多个优选的实施例描述时，但发明并不限制于此。上述发明的各种特点和方面可以单独地或结合地使用。进而，虽然发明在特定的实施例中描述了它的实施内容，对于特定的目的，所属领域的技术人员将理解，不应限制其应用和本发明将在各种环境和实施中得到有益的应用。依此，在下面提出的权利要求将被考虑为这里公开的发明的全部范围和精神。
权利要求
1.用第一数量的初始位表示的位深度增加数字数据的方法，初始位具有开始位和结束位的顺序的诸位，以形成扩展的数据表示，该方法包括步骤复制初始位以形成复制位；和用第二数量的复制位附在初始位后形成扩展的数据表示。
2.权利要求1的位深度增加的数字数据的方法，其特征在于用开始位开始和按其顺序附加复制位。
3.权利要求1的位深度增加的数字数据的方法，其特征在于按开始位开始的顺序复制初始位。
4.权利要求1的位深度增加数字数据的方法，其特征在于扩展数据表示具有的位长度大于第一数量；和第二数量等于位长度减第一数量。
5.权利要求1的位深度增加数字数据的方法，其特征在于至少初始位的一位被复制多于一次以形成复制位。
6.权利要求1的位深度增加数字数据的方法，其特征在于附加的复制位复制初始位的一些位数多于初始位的其它位数。
7.权利要求1的位深度增加数字数据的方法，其特征在于附在初始位的复制位是整数位。
8.权利要求1的位深度增加数字数据的方法，其特征在于被第一数量除的位长度等于非整数。
9.位深度增加数字数据的装置，包括配制存储初始数据位的第一数量的输入寄存器；配制存储初始数据位和复制位的第二数量输出寄存器，第二数量大于第一量数；大量连接器，每一个配制成连接输入寄存器的一个到输出寄存器的一个，使得每一个输入寄存器连接到至少一个输出寄存器和至少输入寄存器的一个连接到输出寄存器的多个。
10.权利要求9的装置，其特征在于输入寄存器按照从最高有效位开始和从最有效低位结束的顺序存储初始数据位。
11.权利要求10的装置，其特征在于连接多个输出寄存器的输入寄存器的至少一个包括存储最高有效位的输入寄存器。
12.权利要求10的装置，其特征在于进一步配置连接器以连接输入寄存器到输出寄存器，使得每一个输出寄存器仅仅连接到输入寄存器中的一个。
13.权利要求10的装置，其特征在于进一步配置连接器，使得初始数据位作为最高有效位顺序存储在输出寄存器中，复制位至少复制初始数据位的部分并按顺序作为最低有效位存储在输出寄存器中。
14.权利要求13的装置，其特征在于进一步配置连接器，使得复制位复制至少初始数据位的一个多于一次。
15.权利要求13的装置，其特征在于进一步配置连接器，使得复制位复制初始数据位的一些多于初始数据位的另一些。
16.位深度增加数字数据的装置，包括第一数量的寄存器配置成存储初始数据位的输入移位寄存器；具有第二数量的寄存器的输出移位寄存器，第二数量大于第一数量，被配制得存储初始数据位和表示复制初始位的复制数据位；配制成连接输入移位寄存器到输出移位寄存器，使得初始数据位从输入移位寄存器传送到输出移位寄存器的第一连接器；和配制成连接第一连接器到输入移位寄存器，使得传送到输出移位寄存器的每一个初始数据位也传送回到第一移位寄存器以存储在第一数量的寄存器的一个的第二连接器；其中，初始数据位通过第一连接器顺序地从第一移位寄存器连续送到第二移位寄存器，直到每一个第二数寄存器存储初始数据位和复制数据位的其中之一。
17.权利要求16的装置，其特征在于输入寄存器按从最高有效位开始和从最低有效位结束的顺序最初存储初始数据位。
18.权利要求17的装置，其特征在于复制位表示按顺序复制的初始位。
19.权利要求17的装置，其特征在于初始位按顺序从输入移位寄存器传送到输出移位寄存器。
20.权利要求16的装置，其特征在于初始数据位按顺序作为最高有效位存储在输出寄存器中，复制位复制一个或多个始位和按顺序故为最低有效位存储在输出寄存器中。
21.权利要求16的装置，其特征在于复制位至少复制初始数据位之一多于一次。
22.权利要求16的装置，其特征在于复制位复制初始数据位的一些多于其它初始数据位。
全文摘要
用按顺序从开始位开始和从结束位结束的初始诸位的第一数字表示位深度增加的数字数据的方法。为了获得以扩展表示的位深度增加数据,初始诸位按从开始位开始的顺序被复制以形成复制位。第二数字的复制位附在初始位的后面以形成数字数据的扩展表示。附着的复制位从开始位开始并且按照初始位的顺序。
文档编号G06F7/00GK1241748SQ98126720
公开日2000年1月19日 申请日期1998年12月2日 优先权日1998年12月2日
发明者R·A·乌里希奈, 张绍勋 申请人:数字设备公司