DCT變換電路模塊設計方法

創新者：雷長發

DCT變換電路模塊設計方法

創新者：雷長發

針對視頻編解碼電路設計問題，本文研究了一種節約電路資源、提高系統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準（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，但現有的編解碼系統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雜，芯片面積增大，成本升高。在現有的編解碼系統中，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，降低了數據處理的速度。現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據，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據，否則會造成變換和逆變換的停頓，同樣影響了數據處理的速度。

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行控制，在一個電路模塊中實現了離散余弦變換、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。由于圖像數據存儲裝置分為兩個存儲區域，支持圖像數據的輸入輸出和運算獨立并行工作，提高了數據處理速度。

電路模塊設計原理

本文要設計一種節約電路資源、提高系統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。

為實現上述目的，設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/逆量化系數表存儲裝置、圖像數據存儲裝置、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，圖像數據存儲裝置包括兩個存儲區域。

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，從圖像數據存儲裝置中讀取需要變換的數據；

（2）判斷是否進行離散余弦逆變換：

如果不進行離散余弦逆變換，則

a）將數據輸入到離散余弦變換/逆變換裝置中進行離散余弦變換；

b）變換結束后，判斷是否進行量化運算，如果不進行量化，則直接將結果數據存入圖像數據存儲裝置中，如果需要執行量化運算，則量化/逆量化裝置根據控制裝置的控制信息進行量化操作；

c）再將結果數據存入圖像數據存儲裝置中。

如果需要進行離散余弦逆變換，則

a）進一步判斷是否進行逆量化運算，如果不需要進行逆量化運算，則由離散余弦變換/逆變換裝置進行離散余弦逆變換，并將逆變換結果數據存入圖像數據存儲裝置中；

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

c）然后將結果數據存入圖像數據存儲裝置。

設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行控制，在一個電路模塊中實現了離散余弦變換、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用于包含中央處理器的編解碼系統中的電路結構。離散余弦變換集成模塊（雙點劃線框內部分）包括輸入/輸出裝置、控制裝置、量化/逆量化系數表存儲裝置、圖像數據存儲裝置、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。圖像數據存儲裝置包括兩個可被并行訪問的存儲區域，兩個存儲區域可以分別被輸入/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用于編解碼系統中的電路結構示意圖

輸入/輸出裝置分別與控制裝置、量化/逆量化系數表存儲裝置、圖像數據存儲裝置相連接，量化/逆量化裝置與量化/逆量化系數表存儲裝置相連接。圖像數據存儲裝置、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信息，也可以通過輸入/輸出裝置向圖像數據存儲裝置寫入需要變換的數據或讀出變換后的數據，還可以通過輸入/輸出裝置向量化/逆量化系數表存儲裝置寫入系數表。

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域取出數據，并在控制裝置的控制下進行轉換，轉換后的結果存入存儲區域中。與此同時，中央處理器可以對存儲區域進行寫入需要變換的數據和讀出變換后的結果數據。在數據變換完成并且中央處理器訪問結束，可以通過控制裝置交換兩個存儲區域的映射關系，然后進行下一組數據的變換。離散余弦變換集成模塊中的存儲區域的工作方式避免了現有技術中采用先入先出寄存器輸入和輸出數據所造成的停滯。

結束語

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行控制，在一個電路模塊中實現了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運算及運算組合，節約了電路資源，也提高了系統的集成度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.022