文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
应用于图像处理的DCT的算法设计及硬件实现
姓名:张冲
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:王森章
20060101
上海交通大学硕士学位论文
应用于图像处理的 DCT 的算法设计及硬件实现

摘要

近几年来,的快
速发展,需要存储,传输和处理的信息的数量成指数级的增加。作为次
最优正交变换的DCT具有计算复杂度适中,可分离特性,及快速算法等
特点,在数字信号处理,特别在图像视频数据压缩/解压缩编码领域应用
广泛,在许多相关的标准中均采用DCT,如:JPEG, , , MPEG-1,
MPEG-2, MPEG-4和数字电视等。
本文首先介绍了 DCT 在图像处理中的作用和原理,详细说明了
DCT 变换实现图像压缩的过程,并与其它变换比较说明了用 DCT 变换
实现图像压缩的优势。接着,对不同的 DCT 算法和不同的电路实现结
构做了简单的介绍,在每一种类型中,对一些代表性的论文做了简短的
描述和比较,个别部分做了深入分析。根据图像处理的特点,结合 DCT
快速算法和硬件实现的设计方法,以提高速度,减少设计面积为目标,
本文给出了一种 DCT 的硬件设计方案。该方案利用 DCT 的行列分离特
性,采用流水线设计技术,将二维 DCT 实现转化为两个一维 DCT 实现。
利用了 DCT 余弦因子预先知道和其具有的旋转特性,采用查表,移位
和加法逻辑来实现乘法运算,从而避免了采用乘法器设计所造成的资源
和面积的浪费,同时提高了运算速度。在一维 DCT 设计中,本文提出
V
上海交通大学硕士学位论文
了一种 DCT 的新的无乘法的硬件实现结构,用基于 DA 分布式算法的
CORDIC 旋转算法来实现 DCT 变换,它利用 CORDIC 旋转算法的架构,
改变了 DA 分布式算法的寻址机制,大大减小了查找表的规模,使查找
表读出的时间大大减少;查找表的引入能够避免 CORDIC 旋转算法使
用深的流水线,从而节约芯片面积,它们一起实现速度和面积的共同优
化。
此设计遵循现代IC设计自顶向下的设计方法,它从系统总体要求出
发,由上至下分层次分模块地逐步将设计内容细化,最后完成系统的整
体电路设计,得到了一个不需要乘法器,只需存储器,加法器和寄存器
的高性能的电路设计。综合实现结果表明,该设计结构简单,层次清晰,
具有高度的规则性和模块性。

关键词:离散余弦变换,反离散余弦变换,分布式算法,流水线,查找
表,坐标旋转数字式计算机

VI
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ALGORITHM DESIGN AND HARDWARE
IMPLEMENTATION OF DCT APPLIED TO
THE IMAGE PROCESSING

ABSTRACT

In recent years, along with the extensive applications of multimedia in
various fields and explosive growth of the , Video and Audio data
which require storage, transmission and transformation increases
exponentially. Since orthogonal DCT has the next best performance for
highly correlated signals, plexity, reparability
and fast algorithm, it is widely used in digital signal processing, especially
for image and video pression/pression. The DCT have been
included in several image/audio/video standard specifications, including
JPEG still pression, , , MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4,
and the ATSC Standard for HDTV.
The thesis introduced principle and effect of DCT in image processing