VLC可變字長編碼在LCD OSD字庫壓縮中的應(yīng)用

左瑞娟，武永華

(1.福建師范大學(xué)軟件學(xué)院，福建 福州 350007;2.福建江夏學(xué)院，福建 福州 350007)

隨著液晶電視功能越來越強大，OSD要支持的語言越來越多，OSD要顯示的字庫越來越大，而存儲字庫的Flash空間有限［1－3］，所以必須對OSD字庫采取一定的壓縮算法，通過液晶電視嵌入式軟件來解壓縮，這樣就可以在有限的Flash空間使OSD顯示得效果更豐富。本文基于此思路提出了利用可變字長編碼(VLC)來壓縮OSD的字庫［4］。

在嵌入式設(shè)計中對代碼的大小有很嚴格的要求，因為Flash容量是極其有限的，所以像字體庫這樣需要占用相當(dāng)一部分Flash空間的代碼，總是會先用一種合適的壓縮算法將其壓縮，然后再燒入Flash中，這樣可以節(jié)省Flash的空間。

OSD是On Screen Display的縮寫，是應(yīng)用在液晶電視上，在液晶電視的液晶屏幕產(chǎn)生一些特殊的字形或圖形，讓使用者得到一些訊息。當(dāng)使用者操作電視機換臺或調(diào)整音量、畫質(zhì)和切換不同國家語言等，液晶屏幕就會顯示目前狀態(tài)，讓終端用戶知道。此圖像處理芯片可以在屏幕上的任何位置顯示一些特殊字形與圖形，成為人機界面上重要的訊息產(chǎn)生裝置。

VLC可變字長編碼的原理:將出現(xiàn)概率大的符號編成短碼，將出現(xiàn)概率小的符號編成長碼，如果碼字長度嚴格，按照出現(xiàn)概率大小逆序排列，則其平均碼字長度一定小于其他任何符合順序排列方式。

1 OSD字庫構(gòu)建

1.1 OSD字庫介紹

OSD字庫里面的每個字形(Font)是由點矩陣打點所形成，并且這些點在液晶屏幕上可以指定其顏色。“1 bit Font”為黑白兩種顏色，“多bit Color Font”為多種顏色的字形，這些點可分別指定為不同顏色。需要注意的是，Color Font可指定的不同顏色值越多，則所需的產(chǎn)生字形所需的圖像處理芯片就越復(fù)雜。

1.2 OSD字庫生成

如圖1所示，在Edit Window中共有12×18個小網(wǎng)格，也可以是其他點距的字形，每一個小網(wǎng)格代表一個字符。在顏色模式為1 bit的情況下，每個小網(wǎng)格可存儲1 bit的數(shù)據(jù)，即選中則為1，未選中為0。從上至下，每2行的選取方式是一樣的，所以這里以前兩行作為例子進行分析。在圖1中編輯了2行，8個小網(wǎng)格代表1 byte，箭頭代表了選取方向，數(shù)字代表選取順序。所以按照這個法則，第1 byte的編碼應(yīng)為00000111，第2 byte的編碼應(yīng)為00001111，第3 byte的編碼為00001100。上述例子生成的源代碼即字庫，保存在在“.h”文件中，即:

圖1 字形網(wǎng)格

從上述程序代碼可以看到，第1 byte的編碼為0x07，正是圖1解釋的00000111，第2 byte和第3 byte的編碼也同樣能對應(yīng)上。

2 OSD字庫的VLC可變字長編碼

2.1 VLC可變字長壓縮算法

VLC可變字長壓縮是熵編碼［5］的一種，通過對碼字和其長度的查找表實現(xiàn)，完成查找后將碼字取出填充進比特流輸出，對應(yīng)的解碼端過程稱為可變字長解碼(VLD)，通過設(shè)計一個最優(yōu)代碼(也就是代碼字對字符的一種分配)來最小化代碼字的長度，他依賴于字符使用的概率P。如果一個字符很少使用，那么可以給它分配一個較長的代碼字。對經(jīng)常使用的字符，最好分配一個很短的編碼，并且需要一些限制來約束預(yù)期的代碼:

1)每個代碼字只對應(yīng)一個字符。

2)解碼應(yīng)當(dāng)不需要任何預(yù)測。在讀入每個字符之后，它應(yīng)當(dāng)可能確定是否到達了原始信息里一個字符編碼的字符串最后。滿足這個需要的字符稱作是由前綴特性的代碼，它意味著沒有代碼字是其他代碼字的前綴。

3)每個給定字符的代碼字長度應(yīng)當(dāng)不超過概率比它小的字符的代碼字長度。

4)在一個最優(yōu)代碼系統(tǒng)中，不應(yīng)當(dāng)有未使用的短代碼字，或者是獨立編碼或者長代碼字的前綴，因為這可能說明根本沒有必要創(chuàng)建一個這么長的代碼字。

2.2 OSD字庫的VLC壓縮算法

本文中所應(yīng)用的壓縮算法有它自己的適應(yīng)性，在所有出現(xiàn)的代碼字中只有16 種情況，即0，1，2，3，…，D，E，F(xiàn)。為這些代碼字提供了一張有16種VLC編碼的對照表格，如表1所示，這張編碼表的特殊之處在于，它是根據(jù)每一個源字符出現(xiàn)的概率而建立起來的。出現(xiàn)概率高的字符使用較短的編碼，反之出現(xiàn)概率低的則使用較長的編碼，這便使編碼之后的字符串的平均期望長度降低，從而達到無損壓縮數(shù)據(jù)的目的。

表1 代碼字對照表

在表1中，每個代碼字對應(yīng)的編碼并不是固定的，表1中的Value項的值只是作為一個例子，實際壓縮過程中每個代碼字具體對應(yīng)的編碼是由這個編碼在所有編碼中出現(xiàn)的概率來決定的，在決定給編碼分配代碼字的時候，首先要把所有的編碼出現(xiàn)的概率進行從大到小的排序，在出現(xiàn)一樣概率的情況下，將值大的編碼放在前面。對于那些沒有出現(xiàn)的編碼，給它分配什么代碼字無關(guān)緊要，因為代碼字有它的獨立性，在字體的壓縮編碼中，前16 byte的編碼是代碼字對照表的編碼，表明以下的編碼是由這個對照表來進行壓縮的。圖2為未經(jīng)壓縮的原始字庫，如圖3為經(jīng)過VLC縮后的字庫。

圖4 經(jīng)過壓縮后，前面 16 byte為 0x00，0x03，0x0f，0x0c，0x08，0x0e，0x01，0x02，0x04，0x05，0x06，0x07，0x09，0x0a，0x0b和0x0d。前16 byte的編碼是代碼字對照表的編碼，表明以下的編碼是由這個對照表來進行壓縮的。按照這16 byte每個的出現(xiàn)概率從大到小排列，也就是說0的幾率最高，其次是3，以后的次之。從第17 byte后才是真正的壓縮字形。在解壓的時候需要根據(jù)代碼字對照表重構(gòu)編碼。壓縮過程如下:根據(jù)代碼字對照表，構(gòu)建出對應(yīng)的壓縮的二進制串，如圖4所示，此二進制對應(yīng)的十六進制壓縮數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖4 構(gòu)建壓縮的二進制串

圖5 十六進制壓縮數(shù)據(jù)(載圖)

壓縮過程是通過PC端的應(yīng)用軟件完成的，而解壓縮過程則是通過液晶電視的嵌入式軟件來實現(xiàn)的，所以必須要盡量避免壓縮算法的復(fù)雜性，避免解壓縮時間過長從而導(dǎo)致OSD顯示緩慢的問題?；谝壕щ娨暻度胧杰浖木窒扌裕疚牡膲嚎s算法采用統(tǒng)一的代碼字壓縮。在解壓時，首先要將所有的壓縮字轉(zhuǎn)化為二進制串，再得到這些二進制串之后按順序?qū)φ沾a字表中的VLC Code項進行字體重構(gòu)，這些二進制串擁有的特性就是前綴特性，即最優(yōu)代碼字條件的“解碼應(yīng)當(dāng)不需要任何預(yù)測”，也就是說代碼字是沒有歧義的，順序解碼過程中不會存在一個代碼字有兩種解釋。在解碼到最后會剩余0，沒有代碼字可比對，這是因為在先前的壓縮中，對于最后一個不夠生成1 byte的編碼將用0來補齊。對于不同點陣大小的字體，或者是1 bit，2 bit或4 bit字體，它的壓縮方式都是不變的，均為此法則。

3 小結(jié)

VLC可變字長編碼已經(jīng)導(dǎo)入在液晶電視實際嵌入式軟件中，取得較好的壓縮效率，壓縮比可以達到1.5，大大節(jié)省了Flash的空間，取得了較好的經(jīng)濟效益。

［1］趙智恒.新型顯示器集成電路實用手冊［M］.北京:人民郵電出版社，2004.

［2］田明，王群生.實時有效的OSD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建立與分析［J］.電視技術(shù)，2003，27(9):56－58.

［3］盧官明.數(shù)字電視原理［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［4］基于FLASH介質(zhì)嵌入式存儲方案的設(shè)計與實現(xiàn)［EB/OL］.［2011－08－08］.http://tech.ddvip.com/2008/07/121740927249554.html.

［5］馮桂，林其偉，陳東華.信息論與編碼技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.