2D-DCT的FPGA實(shí)現(xiàn)

在信息社會(huì)迅猛發(fā)展的21世紀(jì)，多媒體信息日益增多，其中人類主要依靠圖像來(lái)接收各種各樣的信息。圖像中包含如此巨大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過(guò)壓縮，不僅超出了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，而且無(wú)法完成信息的實(shí)時(shí)傳輸。圖像的高速傳輸和所需巨大的存儲(chǔ)容量已成為數(shù)字圖像通信的最大障礙。離散余弦變換(DCT)由于其變換特點(diǎn)被認(rèn)為是性能最接近K—L變換的準(zhǔn)最佳變換，現(xiàn)在已經(jīng)是最流行的圖像壓縮變換技術(shù)，并已經(jīng)在JPEG、MPEG-1/2/4、H.26x等國(guó)際編碼標(biāo)準(zhǔn)中獲得了廣泛的應(yīng)用[1].由于集成電子技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛運(yùn)用，數(shù)字圖像處理也由軟件向硬件過(guò)渡并得到了非常迅速的發(fā)展。FPGA作為當(dāng)今運(yùn)用極為廣泛的可編程邏輯器件，也是數(shù)字圖像處理的理想器件。目前，利用FPGA進(jìn)行圖像處理主要是直接在FPGA上利用硬件描述語(yǔ)言或EDA軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是速度快，可以利用流水線實(shí)現(xiàn)，具有一定的靈活性。

基于行列分解的2D-DCT由于算法規(guī)律性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)直觀、時(shí)序控制簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用。本文提出使用行列分解法和分布式算法來(lái)實(shí)現(xiàn)2D-DCT，可以減少硬件資源，提高運(yùn)算速度，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 2D-DCT系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

離散余弦變換經(jīng)常使用在信號(hào)處理和圖像處理中，用于對(duì)信號(hào)和圖像進(jìn)行有損數(shù)據(jù)壓縮。這是由于離散余弦變換具有很強(qiáng)的“能量集中”特性，使圖像的主要信息集中在變換后的低頻上，并且能夠去掉像素間較強(qiáng)的相關(guān)性，讓圖像的信息集中在少數(shù)幾個(gè)系數(shù)上，以減少冗余達(dá)到對(duì)圖像進(jìn)行壓縮的目的。

1.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)2D -DCT 的行列分解性及2D -DCT 的計(jì)算流程所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖2 所示， 整個(gè)系統(tǒng)由控制模塊、1D-DCT 模塊和行列轉(zhuǎn)換模塊3 個(gè)模塊組成。

在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿從數(shù)據(jù)輸入端輸入一個(gè)數(shù)據(jù)，8 個(gè)時(shí)鐘周期后， 輸入的就是8×8 數(shù)據(jù)塊的一行數(shù)據(jù)。同時(shí)， 控制模塊給1D-DCT 模塊一個(gè)信號(hào)， 通知它對(duì)這8 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行1D-DCT 變換， 并且在計(jì)算完之后把結(jié)果存進(jìn)行列轉(zhuǎn)換模塊中。如此反復(fù)8 次后， 就對(duì)8×8 數(shù)據(jù)塊完成了行變換， 所得到的64 個(gè)數(shù)據(jù)依然是以8×8 的矩陣形式存放在行列轉(zhuǎn)換模塊中。之后控制模塊分8 次從行列轉(zhuǎn)換模塊中讀出8×8 矩陣的每一列數(shù)據(jù)， 再送入1D-DCT 模塊中進(jìn)行變換， 變換后的數(shù)據(jù)就是8×8 數(shù)據(jù)塊的2D-DCT 變換結(jié)果。