創(chuàng)新者：雷長(zhǎng)發(fā)

DCT變換電路模塊設(shè)計(jì)方法

創(chuàng)新者：雷長(zhǎng)發(fā)

針對(duì)視頻編解碼電路設(shè)計(jì)問(wèn)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(yùn)算及其運(yùn)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(huì)涉及量化過(guò)程，但現(xiàn)有的編解碼系統(tǒng)不能在同一個(gè)模塊中完成離散余弦變換和量化運(yùn)算、離散余弦逆變換和逆量化運(yùn)算。因而，一般使用多個(gè)模塊分別完成，由于獨(dú)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(yùn)算由軟件完成，占用了中央處理器較多的運(yùn)算時(shí)間，降低了數(shù)據(jù)處理的速度。現(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(lái)輸入和輸出數(shù)據(jù)，在做離散余弦變換或逆變換過(guò)程中，需要同步輸入和輸出數(shù)據(jù)，否則會(huì)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(yùn)算方法通過(guò)控制裝置對(duì)三個(gè)選擇器進(jìn)行控制，在一個(gè)電路模塊中實(shí)現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運(yùn)算及其運(yùn)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(yùn)算。由于圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置分為兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，支持圖像數(shù)據(jù)的輸入輸出和運(yùn)算獨(dú)立并行工作，提高了數(shù)據(jù)處理速度。

電路模塊設(shè)計(jì)原理

本文要設(shè)計(jì)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(yùn)算及其運(yùn)算組合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)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(chǔ)裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、量化/逆量化裝置、離散余弦變換/逆變換裝置以及三個(gè)選擇器。其中，圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。

離散余弦變換集成模塊的運(yùn)算組合方法包括以下步驟：

（1）控制裝置啟動(dòng)運(yùn)算，從圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yùn)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(chǔ)裝置中，如果需要執(zhí)行量化運(yùn)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(chǔ)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(yùn)算，如果不需要進(jìn)行逆量化運(yùn)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(chǔ)裝置中；

b）如果需要進(jìn)行逆量化運(yùn)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(chǔ)裝置。

設(shè)計(jì)的離散余弦變換集成模塊以及其組合運(yùn)算方法通過(guò)控制裝置對(duì)三個(gè)選擇器進(jìn)行控制，在一個(gè)電路模塊中實(shí)現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運(yùn)算及其運(yùn)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(yùn)算，離散余弦逆變換和逆量化也可以并行運(yùn)算。

實(shí)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(diǎn)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(chǔ)裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、量化/逆量化裝置、離散余弦變換/逆變換裝置以及三個(gè)選擇器。圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括兩個(gè)可被并行訪問(wèn)的存儲(chǔ)區(qū)域，兩個(gè)存儲(chǔ)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(wèn)。

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(chǔ)裝置、圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置相連接，量化/逆量化裝置與量化/逆量化系數(shù)表存儲(chǔ)裝置相連接。圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guò)三個(gè)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(guò)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(guò)輸入/輸出裝置向圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guò)輸入/輸出裝置向量化/逆量化系數(shù)表存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)區(qū)域中。與此同時(shí)，中央處理器可以對(duì)存儲(chǔ)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(wèn)結(jié)束，可以通過(guò)控制裝置交換兩個(gè)存儲(chǔ)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(chǔ)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(yǔ)

本文研究了離散余弦變換集成模塊及其運(yùn)算組合方法通過(guò)控制裝置對(duì)選擇器單元進(jìn)行控制，在一個(gè)電路模塊中實(shí)現(xiàn)了離散余弦變換、離散余弦逆變換、量化、逆量化四種運(yùn)算及運(yùn)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