基于SIMD架构的二维DCT/IDCT变换电路模块的设计与实现

论文摘要

离散余弦变换（DCT）及其反变换（IDCT）在图像和视频处理中应用十分广泛,已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H26x等国际标准所采用。由于其计算量较大,因而在很多实际应用中常采用ASIC方式设计电路来满足实时处理的要求。本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理。接着,分析研究了DCT的各种快速算法,总结了前人对DCT快速算法及其VLSI实现所做的研究。根据图像处理的特点,结合DCT快速算法,以提高速度、减少设计面积和功耗为目标,给出了一种DCT/IDCT的硬件设计方案。该方案利用DCT的行列分离特性,将二维DCT/IDCT变换转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中,采用SIMD架构,合理划分了DCT变换中的计算,利用Synopysys的EDA工具对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和仿真验证,结果表明所设计的DCT/IDCT处理核能够在最高155M时钟频率下正确完成8×8数据块的DCT/IDCT的逻辑运算。满足JPEG和MPEG标准对于DCT的处理要求。采用0.18um工艺库综合后包含一个转置RAM在内的整个模块的面积为1389515.38μm2。

论文目录

• 答辩决议书
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和结构安排
• 第二章 DCT 介绍及基于DCT 的图像标准
• 2.1 一维DCT 发展
• 2.1.1 1-D DCT/IDCT 的数学基础及快速算法
• 2.1.2 Loeffler 算法
• 2.2 二维DCT/IDCT 的发展
• 2.3 基于DCT 的图像处理标准
• 2.3.1 DCT 在图像处理中的作用
• 2.3.2 静止图像压缩标准
• 2.3.3 运动图像压缩标准
• 2.4 本章小结
• 第三章 DCT 的实现结构
• 3.1 DCT/IDCT 的硬件实现结构
• 3.2 SIMD 技术的发展
• 3.2.1 SIMD 计算机
• 3.2.2 SIMD 技术在多媒体处理中的作用
• 3.3 本章小结
• 第四章 2-D DCT/IDCT 处理核设计
• 4.1 模块的设计要求
• 4.2 2-D DCT/IDCT 模块整体结构
• 4.3 时序的优化
• 4.4 串并转换
• 4.5 1D-DCT/IDCT 核
• 4.5.1 SIMD 处理结构
• 4.5.2 处理单元
• 4.6 排序网络
• 4.7 转置RAM
• 4.8 并串转换
• 4.9 设计中的问题
• 4.9.1 组合逻辑设计中的竞争和冒险
• 4.9.2 存储器设计问题
• 4.10 本章小结
• 第五章 2D-DCT/IDCT 的ASIC 实现
• 5.1 ASIC 设计流程
• 5.2 RTL 级设计
• 5.3 功能仿真
• 5.3.1 DCT/IDCT 变换的逻辑功能仿真
• 5.3.2 控制逻辑的仿真
• 5.4 逻辑综合
• 5.5 门级仿真
• 5.6 性能比较分析
• 5.7 计算精度分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 工作总结及展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步的研究
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文