[發(fā)明專利]一種快速二維離散余弦變換裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310577091.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN103617149A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉迎春;魏華峰;吳敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇新瑞峰信息科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/14
• 分類號(hào): G06F17/14;H04N19/625
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其屬于圖像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

離散余弦變換(DCT)是N.Ahmed等人在1974年提出的正交變換方法。它常被認(rèn)為是對(duì)語(yǔ)音和圖像信號(hào)進(jìn)行變換的最佳方法。為了工程上實(shí)現(xiàn)的需要，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者花費(fèi)了很大精力去尋找或改進(jìn)離散余弦變換的快速算法。由于近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)的發(fā)展，加上專用集成電路設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，這就牢固地確立了離散余弦變換(DCT)在目前圖像編碼中的重要地位，成為H.261、JPEG、MPEG，H.264等國(guó)際上公用的編碼標(biāo)準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)。在視頻壓縮中，最常用的變換方法就是DCT。它被認(rèn)為是性能接近K-L變換的準(zhǔn)最佳變換，其變換編碼的主要特點(diǎn)有：

(1)在變換域里視頻圖像要比空間域里簡(jiǎn)單。

(2)視頻圖像的相關(guān)性明顯下降，信號(hào)的能量主要集中在少數(shù)幾個(gè)變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼可有效地壓縮其數(shù)據(jù)。

(3)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，傳輸過(guò)程中的誤碼對(duì)圖像質(zhì)量的影響遠(yuǎn)小于預(yù)測(cè)編碼。通常，對(duì)高質(zhì)量的圖像，DPCM要求信道誤碼率，而變換編碼僅要求信道誤碼率。

(4)DCT變換(通常指整數(shù)DCT變換)有快速算法，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻壓縮。

一般的二維DCT裝置分為三部分：第1次一維DCT模塊，轉(zhuǎn)置緩存器，第2次一維DCT模塊。DCT基壓縮編碼步驟如圖1所示，DCT基解壓縮步驟如圖2所示。二維DCT可以分解為2次一維DCT和1次轉(zhuǎn)置操作。其中，傳統(tǒng)的一維DCT的計(jì)算過(guò)程如圖3所示。其中，a0，a1，a2，a3為一維DCT輸入，c0，c1，c2，c3為一維DCT輸出，b0，b1，b2，b3是中間計(jì)算緩存。M和N為常數(shù)，按圖3計(jì)算方式，一維DCT需要4次乘法，計(jì)算復(fù)雜度較高，不利于快速實(shí)現(xiàn)二維離散余弦變換。

轉(zhuǎn)置緩存器以行的方式存儲(chǔ)第1次一維DCT模塊的結(jié)果，并以列的方式將緩存數(shù)據(jù)輸出給第2次一維DCT模塊。為了實(shí)現(xiàn)二維DCT之間的轉(zhuǎn)置，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)置緩存器使用乒乓RAM結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

該轉(zhuǎn)置緩存器通過(guò)一個(gè)RAM以行的方式存儲(chǔ)第1次一維DCT模塊的結(jié)果，同時(shí)，經(jīng)過(guò)另一個(gè)RAM以列的方式輸出第2次一維DCT所需要的數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)兩維DCT數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)置。該傳統(tǒng)方式的數(shù)據(jù)存取順序如圖7所示。按照這種方式，至少需要兩個(gè)RAM才能保證避免數(shù)據(jù)存取沖突。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種優(yōu)化算法，僅需1次乘法和9次加減法即可實(shí)現(xiàn)1次4點(diǎn)DCT運(yùn)算，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。

本發(fā)明將圖3中c1和c3作以下變換：

c1=[b3+(b2+b3)×MN-M]×(N-M)]]>

c3=[b3-(b2+b3)×MM+N]×(M+N)]]>