类别基底变动长度编解码演算法实现於嵌入式系统

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1、類別基底變動長度編解碼演算法實現於嵌入式系統陳嘉良陳順智蘇筌銘南台科技大學電子工程所sv-fox@yahoo.com.twscchen@mail.stut.edu.twm9330231@webmail.stut.edu.tw摘要變動長度碼(Variable-LengthCode，VLC)是一種廣泛應用於視訊多媒體編碼壓縮標準中的無失真壓縮(losslesscompression)編碼演算法，本論文提出一個應用於MPEG-4中的低記憶體成本的類別基底變動長度編解碼演算法，並將之IP化以嵌入式系統的方式實現於AMBA的標準介面上。為了讓此系統成為實用的IP，本論文也設計一個能將VLC電路連上A

2、HB匯流排的wrapper介面模組，將整個系統整合在ARM9integratorplatform上，使之成為一個完整的嵌入式系統介面。關鍵字：無失真壓縮，變動長度碼，ARM，AHB，嵌入式系統。1.簡介現今許多的影像壓縮標準，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.261、H.263、H.263+等壓縮標準都是針對不同的功能與用途來設計，如MPEG-2主要用於DVD電影壓縮、數位電視等。對於高畫質高頻寬之傳輸環境，MPEG-2提供了許多的優點，如編解碼架構較簡單，編解碼的速度較為快速，無論是軟體或VLSI的實現都較為容易且成本低廉，所以受到一般家電市場的歡迎。而MPEG-4之所以成

3、為眾所矚目的焦點不止是因為它的位元率(28~384Kbps)較MPEG-2(3~10Mbps)為低但是卻能提供近相同的畫面品質，而且在架構上MPEG-4所採用的影像物件概念videoobject(VO)，更適合於人類視覺之感覺與認知，提供使用者更人性化的視覺享受。2.相關研究在相關的研究中有數種變動長度碼的硬體架構被提出，如PLA、ROM[1]、CAM[2]及RAM[3]等三種方法。PLA、ROM是採直接映對編解碼表的方式來處理，因此，只要VLC編解碼表重新更動，需要花費較多的時間來重新設計。而LMBC[4]及PatternPartition[5]兩種演算法可以很快速地解出變動長度碼，但是

4、需要完整地儲存每一字碼長度，所以並不是很適合以晶片設計的方式來實現。PatternMatching[6]-[9]法雖可有效地解出霍夫曼碼，但是設計過程太繁瑣，若重新更動VLC表時，會花費相當長的時間來重新設計。隨著即時快速應用裝置的發展，變動長度碼編解碼器的VLSI硬體實現也變得十分重要且不可避免。本論文針對上述的問題加以改善，所以提出低記憶體成本的變動長度碼編解碼器硬體架構並將之IP化實現於嵌入式系統上，除了大量精簡所需的記憶體空間外，也增加它的實用性。13.類別基底變動長度編解碼演算法在實現編解碼電路之前我們要先產生兩個記憶體：(1)符號位址記憶體、(2)類別基底記憶體，由於MPEG-

5、4壓縮的變動長度編碼-Huffman編碼表相當龐大，因此我們使用一個較小的例子來說明我們的演算法。以表1左邊的霍夫曼碼表為例，我們使用本論文之演算法來加以精簡其記憶體空間。3.1前處理(a)記憶體設計概念類別基底記憶體是以記憶代表碼的方式來表示主要字碼，其餘字碼則是以計算方式來求得。為達到減少記憶體儲存量的目標，我們採用兩層記憶體設計方式來精簡記憶體。類別基底變動長度碼採用如表1的設計精神，以兩個較小的記憶體來等效一個巨大的完全記憶體。記憶體等效的精神是將原先字組依特性加以區分，再從每一區段中取出一具有代表性的字碼來加以儲存，同一區段中其它成員則是用計算方式求得。表1.記憶體設計概念Sym

6、bolCodeLengthMem_wordSymbolAddr.Addr.A0003A00000Mem_SectionCodewordLengthAddr.Addr.B0113B00014A0000710C1103C00106D11104D00117B0001114=E01001+C0010516E0013F01015D0011227F102G01102F0100805G01004H01118G0101312H11114I10003I01014(b)符號位址記憶體編排方式決定符號位址記憶體內容將區分成4個步驟完成：表2.固定字碼長度表3.由小到大排序Step1：將長度不足之字碼補上0，以符

7、合記憶體儲存位元寬度一致的特性(表2)。Step2：字組大小由小而大排序(表3)。Step3：依據排序後的順序決定字組所要存放的位址(表4)。2Step4：將字組所要存放的位址存至符號位址記憶體中，以產生位址記憶體內容(表5)。表4.決定字碼存放位址表5.將符號存於位址中(c)類別基底記憶體編排方式表6.字組分類及分區表7.精簡表格SymbolClassCodeLengthSectionAddressCodewordA0