一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，其中，該方法包括：將圖像變換單元(TU)與離散余弦變換(DCT)系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列；將所述隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為隨機(jī)計(jì)算域序列，并利用隨機(jī)計(jì)算乘法器與隨機(jī)計(jì)算加法器進(jìn)行計(jì)算；將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，從而實(shí)現(xiàn)離散余弦變換。通過(guò)采用本發(fā)明公開(kāi)的方法及系統(tǒng)，可以大大的減少硬件消耗的同時(shí)提高系統(tǒng)的工作時(shí)鐘頻率。
【專利說(shuō)明】一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字圖像壓縮或視頻壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]離散余弦變換(DCT)因具有接近理想的去相關(guān)的性能而廣泛用于圖像和視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中。
[0003]目前，主流圖像和視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)均是基于塊的編碼架構(gòu)，這就意味著DCT的實(shí)現(xiàn)也要以變換塊(TU)為基本單元。圖像處理中通常采用8X8大小的塊，而視頻處理中則相對(duì)較靈活，比如4 X 4?8 X 8 (H.264)，4 X 4?32 X 32 (H.265)。硬件電路中，若直接實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)或定點(diǎn)的DCT運(yùn)算，會(huì)帶來(lái)較多硬件消耗和無(wú)法容忍的關(guān)鍵路徑延時(shí)。所以，DCT硬件實(shí)現(xiàn)方面的改進(jìn)有兩個(gè)方向:一是減少硬件消耗，比如尋找快速算法和乘法器的替代方案，二是采用并行和流水線架構(gòu)以增加吞吐量和時(shí)鐘頻率。
[0004]但是，目前的DCT實(shí)現(xiàn)即使融合快速算法(比如部分蝶形運(yùn)算)和無(wú)乘法器結(jié)構(gòu)，也同時(shí)會(huì)帶來(lái)繁瑣的移位和加法運(yùn)算，而且流水線結(jié)構(gòu)勢(shì)必也會(huì)引入更多的硬件消耗。所以，DCT硬件電路實(shí)現(xiàn)的面積和時(shí)鐘頻率仍需進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，大大的減少了硬件消耗。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括:
[0008]將圖像變換單元TU與離散余弦變換DCT系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列；
[0009]將所述隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為隨機(jī)計(jì)算域序列，并利用隨機(jī)計(jì)算乘法器與隨機(jī)計(jì)算加法器進(jìn)行計(jì)算；
[0010]將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，從而實(shí)現(xiàn)離散余弦變換。
[0011]進(jìn)一步的，所述將圖像變換單元TU與離散余弦變換DCT系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列包括:
[0012]將TU中的數(shù)據(jù)和DCT變換系數(shù)轉(zhuǎn)化為[0，I]或[-1，I]區(qū)間中的小數(shù)，再通過(guò)基于ROM的二進(jìn)制權(quán)重隨機(jī)序列生成器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于TU和DCT變換系數(shù)的隨機(jī)序列，并對(duì)所述隨機(jī)序列進(jìn)行不同位數(shù)的循環(huán)移位。
[0013]進(jìn)一步的，所述將TU中的數(shù)據(jù)和DCT變換系數(shù)轉(zhuǎn)化為[0，I]或[-1，I]區(qū)間中的小數(shù)，再通過(guò)基于ROM的二進(jìn)制權(quán)重隨機(jī)序列生成器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于TU和DCT變換系數(shù)的隨機(jī)序列，并對(duì)所述隨機(jī)序列進(jìn)行不同位數(shù)的循環(huán)移位，包括:
[0014]整數(shù)到小數(shù)的映射:TU的數(shù)據(jù)包括預(yù)測(cè)后的殘差數(shù)據(jù)R，若TU數(shù)據(jù)的位寬為B，殘差數(shù)據(jù)R的變化范圍為[_2B+1，2b-1]，則殘差數(shù)據(jù)R的1/N為伸縮擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)，其中，N為擴(kuò)展因子，N = 2b ;對(duì)DCT變換系數(shù)矩陣T進(jìn)行伸縮變換，表示為T*2/N ；
[0015]小數(shù)的處理:將步驟整數(shù)到小數(shù)的映射獲得的數(shù)據(jù)X進(jìn)行雙線雙極性處理，包括將數(shù)據(jù)X分為數(shù)據(jù)部分Xdata和符號(hào)部分Xsign,表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于隨機(jī)計(jì)算的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括: 將圖像變換單元TU與離散余弦變換DCT系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列； 將所述隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為隨機(jī)計(jì)算域序列，并利用隨機(jī)計(jì)算乘法器與隨機(jī)計(jì)算加法器進(jìn)行計(jì)算； 將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，從而實(shí)現(xiàn)離散余弦變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將圖像變換單元TU與離散余弦變換DCT系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列包括: 將TU中的數(shù)據(jù)和DCT變換系數(shù)轉(zhuǎn)化為[O，I]或[-1，I]區(qū)間中的小數(shù)，再通過(guò)基于ROM的二進(jìn)制權(quán)重隨機(jī)序列生成器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于TU和DCT變換系數(shù)的隨機(jī)序列，并對(duì)所述隨機(jī)序列進(jìn)行不同位數(shù)的循環(huán)移位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將TU中的數(shù)據(jù)和DCT變換系數(shù)轉(zhuǎn)化為[0，I]或[-1，I]區(qū)間中的小數(shù)，再通過(guò)基于ROM的二進(jìn)制權(quán)重隨機(jī)序列生成器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于TU和DCT變換系數(shù)的隨機(jī)序列，并對(duì)所述隨機(jī)序列進(jìn)行不同位數(shù)的循環(huán)移位，包括: 整數(shù)到小數(shù)的映射:TU的數(shù)據(jù)包括預(yù)測(cè)后的殘差數(shù)據(jù)R，若TU數(shù)據(jù)的位寬為B，殘差數(shù)據(jù)R的變化范圍為[_2B+1，2b-1]，則殘差數(shù)據(jù)R的1/N為伸縮擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)，其中，N為擴(kuò)展因子，N = 2B ;對(duì)DCT變換系數(shù)矩陣T進(jìn)行伸縮變換，表示為T*2/N ； 小數(shù)的處理:將步驟整數(shù)到小數(shù)的映射獲得的數(shù)據(jù)X進(jìn)行雙線雙極性處理，包括將數(shù)據(jù)X分為數(shù)據(jù)部分Xdata和符號(hào)部分Xsign，表不為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該方法還包括: 將預(yù)先生成的權(quán)重比特流分段存儲(chǔ)在多個(gè)ROM中實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，具體的:對(duì)于數(shù)據(jù)位寬為B的隨機(jī)運(yùn)算，ROM中需要存儲(chǔ)B串權(quán)重比特流，若每串比特流分為L(zhǎng)段，則硬件實(shí)現(xiàn)需要L個(gè)位寬為B，深度為2b/L的ROM。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述方法，其特征在于，所述基于隨機(jī)計(jì)算理論將所述隨機(jī)序列進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并利用隨機(jī)計(jì)算乘法器與隨機(jī)計(jì)算加法器進(jìn)行計(jì)算包括: 將所述隨機(jī)序列進(jìn)行轉(zhuǎn)化包括:將進(jìn)行雙線極性處理的隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為雙線隨機(jī)計(jì)算域序列；其中，所述雙線隨機(jī)計(jì)算域序列表示為U，D序列，用于表征在區(qū)間[-1，I]內(nèi)的數(shù)據(jù)X，具體的:由式子X(jué) = P(U = 1)-P(D = I)表征數(shù)據(jù)X,其中定義:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式包括: 利用UP-DOWN計(jì)數(shù)器，將U序列接入計(jì)數(shù)加法端，D序列接入計(jì)數(shù)減法端，時(shí)鐘上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)更新，最后輸出二進(jìn)制補(bǔ)碼形式的計(jì)數(shù)結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括: 利用有符號(hào)的計(jì)數(shù)器替代UP-DOWN計(jì)數(shù)器與隨機(jī)計(jì)算加法器；其實(shí)現(xiàn)步驟包括:首先來(lái)自隨機(jī)計(jì)算乘法器的L段隨機(jī)序列進(jìn)入L輸入的I位并行加法器，并行加法器的輸出結(jié)果進(jìn)入2選I選擇器；若所述隨機(jī)計(jì)算乘法器的輸出序列符號(hào)為正，則選擇器輸出并行加法器結(jié)果；否則，選擇器輸出算術(shù)取反后的結(jié)果；選擇器的結(jié)果進(jìn)入有符號(hào)的并行累加器，每個(gè)時(shí)鐘周期累加器更新一次，運(yùn)算周期結(jié)束輸出最終的累加值。
8.一種實(shí)現(xiàn)1-7任一項(xiàng)所述的離散余弦變換實(shí)現(xiàn)方法的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)映射單元，用于將圖像變換單元TU與離散余弦DCT變換系數(shù)映射為預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的小數(shù)，再將小數(shù)轉(zhuǎn)化為隨機(jī)序列； 隨機(jī)計(jì)算核單元，用于將所述隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為隨機(jī)計(jì)算域序列，并利用隨機(jī)計(jì)算乘法器與隨機(jī)計(jì)算加法器進(jìn)行計(jì)算 結(jié)果轉(zhuǎn)換單元，用于將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，從而實(shí)現(xiàn)離散余弦變換。
【文檔編號(hào)】H04N19/625GK104038770SQ201410249646
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】張帥福, 楊燦美 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)