[发明专利]使用SIMD指令的数据压缩和解压

说明书

本发明公开了使用SIMD指令的数值数据的压缩与解压。数值数据包括整型和浮点型样本。压缩支持是哪个编码模式：无损、固定速率和固定质量。用于压缩操作的SIMD指令可以包括衰减、微分计算、位打包以及形成压缩包，用于该包的报头产生，以及压缩数组的输出操作。用于解压的SIMD指令包括压缩数组输入操作、报头恢复、解码器控制、位解包、积分以及放大。压缩和解压可以被实施在使用SIMD指令的在微处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路、片上系统或图像处理器。数值数据的压缩与解压可以减少存储、网络和存储瓶颈。该摘要并不用来限制权利要求中所述的本发明的保护范围。

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种使用单指令多数据(single instructionmultiple data,SIMD)SIMD指令的数据压缩和解压。

背景技术

此处描述的技术关于数值数据的编码与解码，使用用于在计算应用中编码的数据的效率存储和/或传输特定的SIMD指令。

在当前的高性能计算应用中，通常需要在多个处理器核心之间或在处理器核心和存储器之间传输大量的数值数据。在多个处理器核心之间或在核心和存储器之间接口的有限的传输速率能产生对于所有数据处理速度和性能的瓶颈。在数据丰富的应用中，数值数据的存储对存储资源和存储设备提出了挑战。减少数值数据的数据传输和存储容量的指令能够提升计算系统的效率、经济性和性能。数值数据的压缩可以减少这些需求，然而却需要消耗额外的计算成本。在具有大量数值数据的应用中，该计算上有效的压缩是尤其重要的，以最小化对计算资源的需求。

在当前的微处理器架构中，SIMD处理执行由多数据元素或操作数上的单指令所指示的相同操作。在多操作数上，SIMD操作被并行而不是循序地执行，从而加速了计算。SIMD实施的优点包括减少的循序处理的处理时间、降低的指令的数目和更高的处理效率。SIMD技术的实现可以从多个公司得到，包括：

●Intel和AMD，其SIMD指令集通常称作MMX、SSE和AVX，

●先进RISC机器(ARM)，其SIMD指令集被称作Neon，

●IBM、Freescale和Apple，其SIMD指令集被称作AltiVec。

上述的SIMD实现方式的列表并非用来详尽列出而是说明SIMD处理已经被广泛地整合进微处理器架构中。本发明的实施例使用的SIMD结构，并定义将在新SIMD指令中实施的功能，以加速每个指令的多个数字样本的编码与解码的处理。

共有的专利和应用描述了多种压缩技术，其可应用于数值数据或信号样本的固定点、或整数表示。这些包括US5,839,100(‘100专利)，由Wegener提交的“样本数据信号的无损或限损压缩”、于1998年11月17日授权。共有的美国专利7,009，533(‘533专利)，由Wegener提交的名为“带限信号的自适应压缩和解压”，于2006年3月7日授权，其在这里被引用并描述是可配置的基于信号数据的特性与测量相关的信号特征压缩的压缩算法。共有的美国专利8,301,803(‘803专利)，由Wegener提交的名为“信号数据的块浮点型压缩”，于2011年4月28日授权，其在这里被引用并描述了用于整型样本的块浮点型编码器和解码器。共有的美国专利申请号13/534,330(‘330申请)，于2012年6月27日申请，由Wegener提交的名为“浮点型数据的计算高效压缩”，其在这里被引用并描述了通过处理浮点型格式的指数值和尾数值来进行直接压缩浮点型数据的算法。共有的专利申请号13/617,061(‘061申请)，于2012年9月14日申请，由Wegener提交的名为“转换和压缩的浮点型和整型数据”，其在这里被引用并描述用于将浮点型数据转换为整型数据和整型数据的压缩算法。这些申请所描述的压缩和解压的操作的至少一部分可以使用本发明所描述的SIMD技术来实施。