[發明專利]一種基于系數矩陣變換的DCT運算方法及其變換裝置

有效

• 申請號: 201911290160.3
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110933445B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 賀雅娟;蔡盧麟;錢亦端;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04N19/625
• 分類號: H04N19/625;H04N19/42;H04N19/124
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種基于系數矩陣變換的DCT運算方法及其變換裝置，對DCT變換中系數矩陣的系數進行變換，設置系數b、d、f均為系數a、c、e、g的其中一個為另外三個為0；利用變換后的系數實現一維DCT運算。另外提出一種二維DCT運算方法，利用SDCT的思想，將系數矩陣拆分為兩個矩陣在電路中分別實現，同時基于系數矩陣的系數變換，將二維DCT變換公式中的T矩陣和D矩陣進行了優化，實現了電路復雜度、精確度和功耗的平衡。基于本發明的二維DCT運算方法提出一種二維DCT變換裝置，利用T矩陣實現一維行DCT變換和一維列DCT變換，再對應E_f矩陣對列DCT變換的輸出進行移位來實現本發明的二維DCT變換裝置在圖像質量不明顯下降的情況下，有效地降低了電路功耗與復雜度。

技術領域

本發明屬于集成電路領域，涉及一種基于系數矩陣變換的DCT(離散余弦變換)運算方法及其變換裝置，包括一維DCT運算方法、二維DCT運算方法和二維DCT變換裝置，能夠用于圖像處理技術。

背景技術

在如今的日常生活中，多媒體移動設備(例如手機)變得越來越不可或缺，因此研究如何實現高精度、高速的視頻和圖像的傳輸已經變成了一個熱點問題。隨著通信技術的發展，人們對視頻和圖像傳輸的速度與質量提出了更高的要求，為此大量學者研究如何把包含龐大數據量的圖片和視頻進行合理的壓縮。

目前針對圖像壓縮，國際上已經提出了大量的圖像視頻壓縮標準，例如JPEG(聯合圖像專家組)、MPEG(動態圖像專家組)、HEVC(高效視頻編碼)等。二維DCT(離散余弦變換)由于其簡單、易實現的特點在多種圖像壓縮變換中脫穎而出，廣泛應用于各種圖像視頻壓縮中。二維DCT總共有八種形式，其中二維DCT-2的能量集中特性最好，能夠更好的保證圖像傳輸的速度與質量，因此二維DCT大多選擇二維DCT-2的變換公式。對于N*N的像素塊進行二維DCT-2變換的公式如下所示：

其中F(u,v)代表變換后的輸出結果，u，v均為整數，為變換后的行列坐標，f(x,y)為變換前的輸入數據，x，y均為整數，為變換前的行列坐標。

雖然可以直接通過變換公式實現二維DCT，但是通過上式可以看出二維DCT的變換公式較為復雜，實現的電路功耗較大，難以在實際生活中使用。因此，在目前常見的圖像視頻傳輸中，通常利用二維DCT的可分解特性，通過行列分解算法，如圖1利用兩次一維DCT和一個轉置存儲陣列來實現。一維DCT的公式如下所示：

為了降低電路復雜度，一維DCT通常以8×8的像素塊為基本單位來處理圖像，因此一維DCT可以簡化為8點一維DCT系數矩陣運算的形式：

其中系數矩陣A中的系數均為常數，通常取值為a＝C₁，b＝C₂，c＝C₃，d＝C₄，e＝C₅，f＝C₆,g＝C₇，n為從1到7的整數。每次一維DCT變換只對一條1×8的像素條進行處理，因此處理完整的一個8×8像素塊需使用8個周期。由于硬件電路無法直接運算小數，為在電路中實現小數乘法，通常利用小數整數化的思想，即使用左移移位將系數擴大，并利用二進制形式表示，然后在運算完成之后，再利用右移移位將結果變為原來的大小。然而在右移移位時會產生精度的損失，如表1所示，8位二進制數據只保存了系數的兩位小數。

表1整數型DCT矩陣系數