創(chuàng)新者：雷長發(fā)

DCT變換電路模塊設(shè)計方法

創(chuàng)新者：雷長發(fā)

針對視頻編解碼電路設(shè)計問題，本文研究了一種節(jié)約電路資源、提高系統(tǒng)的集成度的離散余弦變換集成模塊，能完成離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及其運算組合。

目前主流的圖像視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（JPEG、MPEG等）一般采用離散余弦變換作為其主要的壓縮方案。離散余弦變換會涉及量化過程，但現(xiàn)有的編解碼系統(tǒng)不能在同一個模塊中完成離散余弦變換和量化運算、離散余弦逆變換和逆量化運算。因而，一般使用多個模塊分別完成，由于獨立的模塊之間沒有共享電路資源，使得編解碼電路較為復(fù)雜，芯片面積增大，成本升高。在現(xiàn)有的編解碼系統(tǒng)中，上述四種運算由軟件完成，占用了中央處理器較多的運算時間，降低了數(shù)據(jù)處理的速度?，F(xiàn)有的離散余弦變換和離散余弦逆變換模塊的輸入/輸出接口采用先入先出寄存器來輸入和輸出數(shù)據(jù)，在做離散余弦變換或逆變換過程中，需要同步輸入和輸出數(shù)據(jù)，否則會造成變換和逆變換的停頓，同樣影響了數(shù)據(jù)處理的速度。

本文所提供的離散余弦變換集成模塊以及其組合運算方法通過控制裝置對三個選擇器進(jìn)行控制，在一個電路模塊中實現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及其運算組合，節(jié)約了電路資源。離散余弦變換和量化可以并行運算。由于圖像數(shù)據(jù)存儲裝置分為兩個存儲區(qū)域，支持圖像數(shù)據(jù)的輸入輸出和運算獨立并行工作，提高了數(shù)據(jù)處理速度。

電路模塊設(shè)計原理

本文要設(shè)計一種節(jié)約電路資源、提高系統(tǒng)的集成度的離散余弦變換集成模塊，其能夠完成離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及其運算組合。

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計的離散余弦變換集成模塊包括輸入/輸出裝置、控制裝置、量化/逆量化系數(shù)表存儲裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲裝置、量化/逆量化裝置、離散余弦變換/逆變換裝置以及三個選擇器。其中，圖像數(shù)據(jù)存儲裝置包括兩個存儲區(qū)域。

離散余弦變換集成模塊的運算組合方法包括以下步驟：

（1）控制裝置啟動運算，從圖像數(shù)據(jù)存儲裝置中讀取需要變換的數(shù)據(jù)；

（2）判斷是否進(jìn)行離散余弦逆變換：

如果不進(jìn)行離散余弦逆變換，則

a）將數(shù)據(jù)輸入到離散余弦變換/逆變換裝置中進(jìn)行離散余弦變換；

b）變換結(jié)束后，判斷是否進(jìn)行量化運算，如果不進(jìn)行量化，則直接將結(jié)果數(shù)據(jù)存入圖像數(shù)據(jù)存儲裝置中，如果需要執(zhí)行量化運算，則量化/逆量化裝置根據(jù)控制裝置的控制信息進(jìn)行量化操作；

c）再將結(jié)果數(shù)據(jù)存入圖像數(shù)據(jù)存儲裝置中。

如果需要進(jìn)行離散余弦逆變換，則

a）進(jìn)一步判斷是否進(jìn)行逆量化運算，如果不需要進(jìn)行逆量化運算，則由離散余弦變換/逆變換裝置進(jìn)行離散余弦逆變換，并將逆變換結(jié)果數(shù)據(jù)存入圖像數(shù)據(jù)存儲裝置中；

b）如果需要進(jìn)行逆量化運算，量化/逆量化裝置根據(jù)控制裝置的控制信息進(jìn)行逆量化操作；

c）然后將結(jié)果數(shù)據(jù)存入圖像數(shù)據(jù)存儲裝置。

設(shè)計的離散余弦變換集成模塊以及其組合運算方法通過控制裝置對三個選擇器進(jìn)行控制，在一個電路模塊中實現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及其運算組合，節(jié)約了電路資源。離散余弦變換和量化可以并行運算，離散余弦逆變換和逆量化也可以并行運算。

實施方式

圖1揭示了所述離散余弦變換集成模塊應(yīng)用于包含中央處理器的編解碼系統(tǒng)中的電路結(jié)構(gòu)。離散余弦變換集成模塊（雙點劃線框內(nèi)部分）包括輸入/輸出裝置、控制裝置、量化/逆量化系數(shù)表存儲裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲裝置、量化/逆量化裝置、離散余弦變換/逆變換裝置以及三個選擇器。圖像數(shù)據(jù)存儲裝置包括兩個可被并行訪問的存儲區(qū)域，兩個存儲區(qū)域可以分別被輸入/輸出裝置，離散余弦變換/逆變換裝置或量化/逆量化裝置訪問。

圖1　離散余弦變換集成模塊應(yīng)用于編解碼系統(tǒng)中的電路結(jié)構(gòu)示意圖

輸入/輸出裝置分別與控制裝置、量化/逆量化系數(shù)表存儲裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲裝置相連接，量化/逆量化裝置與量化/逆量化系數(shù)表存儲裝置相連接。圖像數(shù)據(jù)存儲裝置、量化/逆量化裝置以及離散余弦變換/逆變換裝置之間通過三個選擇器互相連接，具體的連接方式在下文中詳細(xì)介紹。

中央處理器可以通過輸入/輸出裝置向控制裝置寫入控制信息或讀出狀態(tài)信息，也可以通過輸入/輸出裝置向圖像數(shù)據(jù)存儲裝置寫入需要變換的數(shù)據(jù)或讀出變換后的數(shù)據(jù)，還可以通過輸入/輸出裝置向量化/逆量化系數(shù)表存儲裝置寫入系數(shù)表。

量化/逆量化裝置和離散余弦變換/逆變換裝置可以從存儲區(qū)域取出數(shù)據(jù)，并在控制裝置的控制下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存入存儲區(qū)域中。與此同時，中央處理器可以對存儲區(qū)域進(jìn)行寫入需要變換的數(shù)據(jù)和讀出變換后的結(jié)果數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)變換完成并且中央處理器訪問結(jié)束，可以通過控制裝置交換兩個存儲區(qū)域的映射關(guān)系，然后進(jìn)行下一組數(shù)據(jù)的變換。離散余弦變換集成模塊中的存儲區(qū)域的工作方式避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用先入先出寄存器輸入和輸出數(shù)據(jù)所造成的停滯。

結(jié)束語

本文研究了離散余弦變換集成模塊及其運算組合方法通過控制裝置對選擇器單元進(jìn)行控制，在一個電路模塊中實現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及運算組合，節(jié)約了電路資源，也提高了系統(tǒng)的集成度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.022