[發明專利]一種基于硬件的Huffman編碼方法及系統

有效

• 申請號: 201710529129.5
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN107623524B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 黃以華;吳黃濤;吳君豪;陳銳
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H03M7/40
• 分類號: H03M7/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及一種基于硬件的Huffman編碼方法，包括以下步驟：將所有的編碼元素按照其權值的大小進行排序；將權值最小及次小的兩個編碼元素A1、A2的權值做加法操作，得到合并后的權值；使用合并后的A1的權值進行替換；將A2的權值賦值為二進制的全1，即最大值；根據A1的標識，找出標識與其相應的寄存器組，調用編碼單元以壓棧的方式在其編碼位中添加編碼1，然后調用累加單元在其碼長位中加1，標識位保持不變；根據A2的標識，找出標識與其相應的寄存器組，調用編碼單元以壓棧的方式在其編碼位中添加編碼0，然后調用累加單元在其碼長位中加1，標識位保持不變；使用A1的標識替換找出的所有寄存器組的標識。

技術領域

本發明涉及壓縮編碼技術領域，更具體地，涉及一種基于硬件的Huffman編碼方法及系統。

背景技術

當今社會信息化發展迅速，海量的信息存儲和傳遞對壓縮技術和傳輸技術提出了更高的要求。Huffman編碼是一種無損的壓縮編碼方式，在數據壓縮、數據傳輸以及圖像處理領域有著非常廣泛的應用。傳統Huffman編碼的軟件實現由于編碼過程需要順序執行，其編碼速度已經不能滿足一些需要快速反應或者是大數據處理的需求。

目前，數據壓縮技術可以分為無損壓縮和有損壓縮兩種。對于文本數據、程序和特殊應用場合的圖像數據的壓縮，因為需要保證數據完整無任何丟失，必須采用無損壓縮。

根據香農定理的編碼思想，Huffman于1952年提出了一種不定碼長編碼的無損壓縮方法，被稱為Huffman編碼。其核心思想是根據數據符號發生的概率進行編碼，即概率越高編碼越短。理論研究證實，Huffman編碼是一種非常接近壓縮比上限的編碼方法，因此稱之為最優編碼。

傳統的Huffman編碼是通過軟件在計算機上實現，靠CPU和內存進行編碼解碼等。由于編碼原理并不復雜，所以對于軟件工程師來說比較容易。但是，在計算機中運行Huffman編碼，會過多消耗CPU資源，并且由于CPU自身的工作方式，串行處理Huffman編碼的速度也非常慢。特別是解壓或者是壓縮海量數據的時候，耗時極長。盡管現在計算機性能已經提升了很多，但是對于一些快速反應，實時傳輸，或者是實時壓縮解壓的任務，普通計算機的性能就不能滿足時間要求。

在硬件上實現Huffman編碼可以解決上述缺點。提高編碼速度，增強實時性處理能力，節省寶貴的CPU資源。但是目前硬件上應用Huffman編碼的多為一些圖像或者是視頻的解壓壓縮芯片，功能固定且應用范圍單一。在進行一個新的項目，或系統的研發時，往往難以獲得一個能靈活應用的Huffman實現方案。因此，如何實現Huffman編碼硬件化和并行化具有很好的實用價值。

發明內容

本發明為解決以上現有技術提供的Huffman編碼方法編碼速度不快、實時性較弱的技術缺陷，提供了一種基于硬件的Huffman編碼方法。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種基于硬件的Huffman編碼方法，包括以下步驟：

S1.將所有的編碼元素按照其權值的大小進行排序，然后將排序后的編碼元素按照從小到大的順序分別存儲在若干個寄存器組中，寄存器組的數量與編碼元素的數量一致；所述寄存器組包括Huffman編碼位、碼長位和標識位；為每個寄存器組的標識位初始化一個標識數值；

S2.將權值最小及次小的兩個編碼元素所在的寄存器組分別記為寄存器組1與寄存器組2，然后對兩個編碼元素的權值做加法操作，得到合并后的權值；

S3.使用合并后的權值對寄存器組1的編碼元素的權值進行替換；將寄存器組2的編碼元素的權值賦值為二進制的全1，即最大值；

S4.根據寄存器組1的標識，調用標識判斷器從所有的寄存器組中找出標識與其相應的寄存器組；