[发明专利]基于霍夫曼编码的编码装置、译码装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于霍夫曼编码的编码装置，包括了霍夫曼编码模块，用于对输入序列以第一指定长度为编码单元进行霍夫曼编码；以及补长模块，用于从霍夫曼编码模块获取由编码值组成的霍夫曼编码序列，并以第二指定长度作为边界，如果最后一个编码值输入无法被放入到W长度的独立序列以内，就将该编码值放到下一个第二指定长度的独立序列内，而在当前独立序列内剩余的长度全部补入不影响译码结果的占位码，最终输出由多个长度为第二指定长度的独立序列顺次连接而成的编码序列。本发明还公开了相应的基于霍夫曼编码的编码装置，以及一种压缩解压缩系统和一种卷积神经网络，具有不必对边界进行搜寻，大大提高了译码效率的效果。

背景技术

霍夫曼(Huffman)编码是一种无损的熵编码，广泛应用于数字音视频等信息压缩。

霍夫曼编码是对输入序列按概率进行分类，较高概率用较少的bit来编码，较低概率则用较多bit编码。在译码时，需要一个编码映射表格，将每个编码值在表格中进行搜索，以还原成原来的数据序列。这样一种编码方式在数据序列中有较多冗余时，能获得较好的压缩比。

以二值霍夫曼编码为例，假定存储序列存在较多相同值，我们可以利用霍夫曼编码原则对将数据分为两类：一类是常数值MFV(most frequently value)，一般是对存储矩阵进行搜索，找到最经常出现的值，这类值会映射为编码值“0”，仅仅占用1bit；另一类是非MFV值，该类值会映射在其加一个前导的“1”，作为其分类标志。当然也有使用相反编码逻辑的情况，这只是使用习惯的区别。

将输入序列每16bit为一编码单位为例子，假定0x1010是最常出现的值，它映射为bit0，那么下面的序列映射关系是：

0x1010----1’b0

0x4567----{1’h1,16’h4567}

0x1010----1’b0

0x1234----{1’h1,16’h1234}

0x1010----1’b0

0x1010----1’b0

霍夫曼译码的实现则与此过程相反，对于每一个长度为W的输入序列，需要从第一个bit进行搜索，将其与编码映射表进行匹配，获得第一个输出；同时更新输入序列W，将已经译码完的bit丢弃，进行新的字搜索。

由此可见，由于是一种变长度编码，霍夫曼编码的译码通常情况下是串行的，前后的译码值存在依赖，下一个字的搜索起点取决于上一个字的译码结果，因此一般并不适合并行译码，进而不能以很高的吞吐率进行译码，也不利于硬件高效率实现。

现有技术中，提出了利用霍夫曼边界码将原始的霍夫曼编码分割为多个互不依赖的数据序列，译码时通过搜寻该边界码来找到每一个数据序列并输入到不同的译码器中，从而可以实现各个数据序列并行的进行译码。

然而，高速传输和处理系统都是流水线实现，霍夫曼边界码速度再快，也很难跟上处理器或主设备(master)的速度。另外，当一个霍夫曼译码器的译码层时机(decode layertiming)不满足系统带宽需求时，通常会引入流水线(pipeline)的设计，而由此引入的延迟(latency)会导致地址跳转时流水线的清空及地址“回退”，而如果没有可预测的边界，地址回退或重计算几乎不可能，现有技术中即便是使用了编译码，但由于霍夫曼编码是变长度的，所以每个互不依赖的数据序列的长度也是不确定的，即便使用了边界码，也是通过搜选来进行边界确定，其边界仍然是不可预测的。

发明内容

本发明意在提供一种编码装置，使得用于并行译码的霍夫曼编码序列的边界可以预测，进而可在硬件中实现快速高效的并行译码。

一种基于霍夫曼编码的编码装置，包括了霍夫曼编码模块，用于对输入序列以第一指定长度为编码单元进行霍夫曼编码；