DCT变换电路模块设计方法

创新者：雷长发

DCT变换电路模块设计方法

创新者：雷长发

针对视频编解码电路设计问题，本文研究了一种节约电路资源、提高系统的集成度的离散余弦变换集成模块，能完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合。

目前主流的图像视频编解码标准（JPEG、MPEG等）一般采用离散余弦变换作为其主要的压缩方案。离散余弦变换会涉及量化过程，但现有的编解码系统不能在同一个模块中完成离散余弦变换和量化运算、离散余弦逆变换和逆量化运算。因而，一般使用多个模块分别完成，由于独立的模块之间没有共享电路资源，使得编解码电路较为复杂，芯片面积增大，成本升高。在现有的编解码系统中，上述四种运算由软件完成，占用了中央处理器较多的运算时间，降低了数据处理的速度。现有的离散余弦变换和离散余弦逆变换模块的输入/输出接口采用先入先出寄存器来输入和输出数据，在做离散余弦变换或逆变换过程中，需要同步输入和输出数据，否则会造成变换和逆变换的停顿，同样影响了数据处理的速度。

本文所提供的离散余弦变换集成模块以及其组合运算方法通过控制装置对三个选择器进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合，节约了电路资源。离散余弦变换和量化可以并行运算。由于图像数据存储装置分为两个存储区域，支持图像数据的输入输出和运算独立并行工作，提高了数据处理速度。

电路模块设计原理

本文要设计一种节约电路资源、提高系统的集成度的离散余弦变换集成模块，其能够完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合。

为实现上述目的，设计的离散余弦变换集成模块包括输入/输出装置、控制装置、量化/逆量化系数表存储装置、图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置以及三个选择器。其中，图像数据存储装置包括两个存储区域。

离散余弦变换集成模块的运算组合方法包括以下步骤：

（1）控制装置启动运算，从图像数据存储装置中读取需要变换的数据；

（2）判断是否进行离散余弦逆变换：

如果不进行离散余弦逆变换，则

a）将数据输入到离散余弦变换/逆变换装置中进行离散余弦变换；

b）变换结束后，判断是否进行量化运算，如果不进行量化，则直接将结果数据存入图像数据存储装置中，如果需要执行量化运算，则量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行量化操作；

c）再将结果数据存入图像数据存储装置中。

如果需要进行离散余弦逆变换，则

a）进一步判断是否进行逆量化运算，如果不需要进行逆量化运算，则由离散余弦变换/逆变换装置进行离散余弦逆变换，并将逆变换结果数据存入图像数据存储装置中；

b）如果需要进行逆量化运算，量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行逆量化操作；

c）然后将结果数据存入图像数据存储装置。

设计的离散余弦变换集成模块以及其组合运算方法通过控制装置对三个选择器进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合，节约了电路资源。离散余弦变换和量化可以并行运算，离散余弦逆变换和逆量化也可以并行运算。

实施方式

图1揭示了所述离散余弦变换集成模块应用于包含中央处理器的编解码系统中的电路结构。离散余弦变换集成模块（双点划线框内部分）包括输入/输出装置、控制装置、量化/逆量化系数表存储装置、图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置以及三个选择器。图像数据存储装置包括两个可被并行访问的存储区域，两个存储区域可以分别被输入/输出装置，离散余弦变换/逆变换装置或量化/逆量化装置访问。

图1　离散余弦变换集成模块应用于编解码系统中的电路结构示意图

输入/输出装置分别与控制装置、量化/逆量化系数表存储装置、图像数据存储装置相连接，量化/逆量化装置与量化/逆量化系数表存储装置相连接。图像数据存储装置、量化/逆量化装置以及离散余弦变换/逆变换装置之间通过三个选择器互相连接，具体的连接方式在下文中详细介绍。

中央处理器可以通过输入/输出装置向控制装置写入控制信息或读出状态信息，也可以通过输入/输出装置向图像数据存储装置写入需要变换的数据或读出变换后的数据，还可以通过输入/输出装置向量化/逆量化系数表存储装置写入系数表。

量化/逆量化装置和离散余弦变换/逆变换装置可以从存储区域取出数据，并在控制装置的控制下进行转换，转换后的结果存入存储区域中。与此同时，中央处理器可以对存储区域进行写入需要变换的数据和读出变换后的结果数据。在数据变换完成并且中央处理器访问结束，可以通过控制装置交换两个存储区域的映射关系，然后进行下一组数据的变换。离散余弦变换集成模块中的存储区域的工作方式避免了现有技术中采用先入先出寄存器输入和输出数据所造成的停滞。

结束语

本文研究了离散余弦变换集成模块及其运算组合方法通过控制装置对选择器单元进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及运算组合，节约了电路资源，也提高了系统的集成度。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.022