专利名称：离散余弦变换集成模块及其运算组合方法
技术领域：
本发明涉及图像和视频的编解码领域，尤其涉及一种离散余弦变换集成模块，以及此离散余弦变换集成模块的运算组合方法。
背景技术：
在对JPEG(Join Photographic Experts Group，联合图像专家组)等格式的图像和MPEG(Moving Picture Experts Group，运动图像专家组)等格式的视频进行编解码时，一般采用离散余弦变换和离散余弦逆变换作为其主要的压缩算法之一，而且，大部分应用中，离散余弦变换会涉及到量化过程，离散余弦逆变换会涉及到逆量化过程。然而，现有的编解码系统不能在同一个模块中完成离散余弦变换和量化运算、离散余弦逆变换和逆量化运算，在有这样应用需求的情况下，一般使用多个模块分别完成，由于独立的模块之间没有共享电路资源，使得编解码电路较为复杂，芯片面积增大，成本升高。此外，在现有的编解码系统中，上述四种运算由软件完成，占用了中央处理器较多的运算时间，降低了数据处理的速度；再者，现有的离散余弦变换和离散余弦逆变换模块的输入/输出接口采用先入先出寄存器来输入和输出数据，在做离散余弦变换或逆变换过程中，需要同步输入和输出数据，否则会造成变换和逆变换的停顿，同样影响了数据处理的速度。
综上所述，为了节约电路资源、提高数据处理速度，提供一种能够同时完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合的离散余弦变换集成模块实为必要，值得强调的是，本发明所述的离散余弦变换集成模块并不意味着其只能完成离散余弦变换运算，相反，本发明所述的离散余弦变换集成模块可以完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合，由于其核心是离散余弦变换(离散余弦逆变换与离散余弦变换是互逆过程，而量化运算是伴随离散余弦变换的，逆量化运算是伴随离散余弦逆变换的)，因此，为了简洁的表达，将其称之为离散余弦变换集成模块。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种节约电路资源、提高系统的集成度的离散余弦变换集成模块，其能够完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合；本发明的还一目的是提供一种提高数据处理速度的离散余弦变换集成模块；本发明的另一主要目的是提供一种离散余弦变换集成模块的运算组合方法，其能够完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合。
为实现上述目的，本发明提供的离散余弦变换集成模块包括输入/输出装置、控制装置、量化/逆量化系数表存储装置、图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置以及三个选择器。其中，图像数据存储装置包括两个存储区域。
本发明所提供的离散余弦变换集成模块的运算组合方法包括以下步骤第一步，控制装置启动运算，从图像数据存储装置中读取需要变换的数据；第二步，判断是否进行离散余弦逆变换如果不进行离散余弦逆变换，则将数据输入到离散余弦变换/逆变换装置中进行离散余弦变换，变换结束后，判断是否进行量化运算，如果不进行量化，则直接将结果数据存入图像数据存储装置中，如果需要执行量化运算，则量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行量化操作，然后再将结果数据存入图像数据存储装置中；如果需要进行离散余弦逆变换，则进一步判断是否进行逆量化运算，如果不需要进行逆量化运算，则由离散余弦变换/逆变换装置进行离散余弦逆变换，并将逆变换结果数据存入图像数据存储装置中，如果需要进行逆量化运算，量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行逆量化操作，然后将结果数据存入图像数据存储装置。
本发明所提供的离散余弦变换集成模块以及其组合运算方法通过控制装置对三个选择器进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及其运算组合，节约了电路资源，其中，离散余弦变换和量化可以并行运算，离散余弦逆变换和逆量化也可以并行运算，同时，由于图像数据存储装置分为两个存储区域，支持图像数据的输入和运算独立并行工作，提高了数据处理速度。
图1是本发明所述的离散余弦变换集成模块应用于编解码系统中的电路结构示意图；图2是本发明所述的离散余弦变换集成模块的工作流程图；图3是用选择器单元代替图1中选择器的电路结构示意图。
以下结合实施例及其附图作进一步的详细说明。
具体实施例方式
参见图1所示，图1揭示了本发明所述离散余弦变换集成模块1应用于包含中央处理器2的编解码系统中的电路结构。本发明所述的离散余弦变换集成模块1(双点划线框内部分)包括输入/输出装置100、控制装置110、量化/逆量化系数表存储装置120、图像数据存储装置130、量化/逆量化装置140、离散余弦变换/逆变换装置160以及三个选择器150、151、152。图像数据存储装置130包括两个可被并行访问的存储区域131、132，两个存储区域131、132可以分别被输入/输出装置100，离散余弦变换/逆变换装置160或量化/逆量化装置访问140访问。
输入/输出装置100分别与控制装置110、量化/逆量化系数表存储装置120、图像数据存储装置130相连接，量化/逆量化装置140与量化/逆量化系数表存储装置120相连接。图像数据存储装置130、量化/逆量化装置140以及离散余弦变换/逆变换装置160之间通过三个选择器150、151、152互相连接，具体的连接方式在下文中详细介绍。
中央处理器2可以通过输入/输出装置100向控制装置110写入控制信息或读出状态信息，也可以通过输入/输出装置100向图像数据存储装置130写入需要变换的数据或读出变换后的数据，还可以通过输入/输出装置100向量化/逆量化系数表存储装置120写入系数表。
量化/逆量化装置140和离散余弦变换/逆变换装置160可以从存储区域132或131取出数据，并在控制装置110的控制下进行转换，转换后的结果存入存储区域132或131中。与此同时，中央处理器2可以对存储区域131或132进行写入需要变换的数据和读出变换后的结果数据。在数据变换完成并且中央处理器访问结束，可以通过控制装置110交换两个存储区域131、132的映射关系，然后进行下一组数据的变换。本发明所述的离散余弦变换集成模块1中的存储区域131、132的工作方式避免了现有技术中采用先入先出寄存器输入和输出数据所造成的停滞。
输入/输出装置100从中央处理器2中接收量化系数表存入量化/逆量化系数表存储装置120、接收图像数据存入图像数据存储装置130(存储区域131或存储区域132)，接收控制信息存入控制装置110。
图1中的虚线框3内的元件是受控制装置110所控制的，控制装置110根据中央处理器2的控制信息进行存储区域131和132的映射、控制量化/逆量化装置140选择量化/逆量化方式，控制离散余弦变换/逆变换装置160选择变换类型，控制选择器150、151和152选择数据流向。
选择器150、151、152均包括两个输入端和一个输出端，本实施例中，各选择器与图像数据存储装置130、量化/逆量化装置140、离散余弦变换/逆变换装置160之间相互连接，具体连接关系如下选择器150的输出端连接图像数据存储装置130，其两个输入端分别连接量化/逆量化装置140和离散余弦变换/逆变换装置160；选择器151的输出端连接量化/逆量化装置140，其两个输入端分别连接图像数据存储装置130和离散余弦变换/逆变换装置160；选择器152的输出端连结离散余弦变换/逆变换装置160，其两个输入端分别连接图像数据存储装置130和量化/逆量化装置140。
选择器150、151和152可以对图像数据存储装置130、量化/逆量化装置140以及离散余弦变换/逆变换装置160之间的数据流分别进行“选通”，从而完成图像数据的离散余弦变换，离散余弦逆变换，量化或逆量化运算。
通过对上述各主要元件的分别描述，本发明所述的离散余弦变换集成模块的工作过程可大致描述如下控制装置110根据中央处理2的指令启动变换，从图像数据存储装置130中读取数据，并控制选择器150、151和152把数据输入到量化/逆量化装置140和离散余弦变换/逆变换装置160进行处理，离散余弦变换/逆变换装置160根据控制装置110的控制信息选择相应的变换方式进行变换，量化/逆量化装置140也根据控制装置110的控制信息选择是否进行量化或逆量化运算，如果需要进行量化或逆量化运算，则选择相应的量化/逆量化方式和量化/逆量化系数表存储装置120中相应的系数表进行处理，然后将运算后的结果存入到图像数据存储装置130中。在相应的运算结束后，控制装置110通过发出中断或设置结束标志位的方式通知中央处理器2，中央处理器2通过输入/输出装置100将变换结果从图像数据存储装置130中读出。
发明所述离散余弦变换集成模块1可以完成离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及运算组合，主要的四种运算组合的具体工作方式分别叙述如下离散余弦变换在某些编码的过程中，如果只需要进行离散余弦变换而无需进行量化运算，可以使用选择器151、152将量化/逆量化装置140旁路，只实现离散余弦变换功能。具体过程如下通过输入/输出装置100从中央处理器2处接收需要进行离散余弦变换的图像数据及控制信息。控制装置110根据控制信息控制选择器152，通过选择器152选择图像数据存储装置130(此时量化/逆量化装置140处于旁路状态)，并将图像数据存储装置130中的数据输入到离散余弦变换/逆变换装置160中，进行离散余弦变换；完成离散余弦变换之后，控制装置110控制选择器150选择离散余弦变换/逆变换装置160，并将其中的变换结果直接存入图像数据存储装置130。
离散余弦逆变换运算在某些特殊的应用中，如果只需要进行离散余弦逆变换而无需进行逆量化运算，可以使用选择器151、152将量化/逆量化装置140旁路，只实现离散余弦逆变换功能。具体过程如下通过输入/输出装置100从中央处理器2处接收需要进行离散余弦逆变换的图像数据及控制信息。控制装置110根据控制信息控制选择器152，通过选择器152选择图像数据存储装置130(此时量化/逆量化装置140处于旁路状态)，并将图像数据存储装置130中的数据输入到离散余弦变换/逆变换装置160中，进行离散余弦逆变换；完成离散余弦变换之后，控制装置110控制选择器150选择离散余弦变换/逆变换装置160，并将其中的变换结果直接存入图像数据存储装置130。
离散余弦变换和量化在实际编码过程中，一般在执行完离散余弦变换运算后都需要做量化运算。本发明所述的离散余弦变换集成模块1可以在编码过程中通过并行的工作方式，同时实现离散余弦变换和量化两种运算，提高了编码效率。具体过程如下通过输入/输出装置100从中央处理器2处接收量化系数表、图像数据及控制信息，控制装置110根据控制信息控制选择器152，选择图像数据存储装置130的数据输入到离散余弦变换/逆变换装置160中进行离散余弦变换；完成离散余弦变换之后，控制装置110控制选择器151，将离散余弦变换的结果输入到量化/逆量化装置140进行量化运算；量化运算完毕后，控制装置110控制选择器150，将量化/逆量化装置140的量化结果存入图像数据存储装置130。
逆量化和离散余弦逆变换在实际解码中，一般执行离散余弦逆变换运算之前都需要先做逆量化运算，本发明所述的离散余弦变换集成模块1在编码过程中通过并行工作的方式实现逆量化运算和离散余弦逆变换运算，大大提高解码效率。具体过程如下通过输入/输出装置100从中央处理器2处接收量化系数表、图像数据及控制信息。控制装置110控制选择器151选择图像数据存储装置130的数据输入到量化/逆量化装置140进行逆量化；完成逆量化运算后，控制装置110控制选择器152，将逆量化运算结果输入到离散余弦变换/逆变换装置160中进行离散余弦逆变换运算；运算结束后，控制装置110控制选择器150将最终的变换结果存入图像数据存储装置130。
以上描述针对图1分别揭示了本发明所述的离散余弦变换集成模块1分别实现四种运算及运算组合的过程。事实上，在大部分的编解码过程中，上述四种运算并不是分别独立进行的。图2中的流程图将四种运算有机结合，清晰、完整的描述了本发明所述的离散余弦变换集成模块1的运算组合方法，具体描述如下第一步，控制装置110在步骤40中启动运算，然后执行步骤41，从图像数据存储装置130中读取需要变换的数据。
第二步，在步骤42中判断是否进行离散余弦逆变换，如果步骤42的判断结果为“N”，则执行步骤43，将数据输入到离散余弦变换/逆变换装置160中进行离散余弦变换，变换结束后，在步骤431中判断是否进行量化运算，如果步骤431的判断结果为“N”，则直接执行步骤45，将结果数据存入图像数据存储装置130中，如果步骤431的判断结果为“Y”，则先执行步骤432，量化/逆量化装置140根据控制装置110的控制信息进行量化操作，然后再执行步骤45，将结果数据存入图像数据存储装置130中。
如果步骤42的判断结果为“Y”，则执行步骤44，判断是否进行逆量化运算，如果步骤44的判断结果为“N”，则直接执行步骤442，离散余弦变换/逆变换装置160进行离散余弦逆变换，如果步骤44的判断结果为“Y”，则先执行步骤441，量化/逆量化装置140根据控制装置110的控制信息进行逆量化操作，然后再执行步骤442。执行完步骤442之后，执行步骤45，将结果数据存入图像数据存储装置130。
第三步，执行步骤46，判断总变换块数是否完成(因为数据是分块进行各种运算的，图像数据存储装置130可以存储1～12块数据)，如果步骤46的判断结果为“N”，则返回执行步骤41，重复进行上述步骤；如果步骤46的判断结果为“Y”，则执行步骤47，由控制装置110发出中断信号或置位结束标志位，然后在步骤48中结束运算。需要强调的是，上述过程中的离散余弦变换/逆变换或量化/逆量化的执行步骤是通过三个选择器150、151、152来完成的。
通过以上描述可以理解，本发明所述的离散余弦变换集成模块1通过控制装置110对选择器150、151、152进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算，节约了电路资源，也提高了系统的集成度，同时，由于图像数据存储装置130分为两个存储区域131、132，在控制装置110的控制下，当输入/输出装置100访问其中的一个存储区域，另一个存储区域可以被离散余弦变换/逆变换装置160或量化/逆量化装置140访问，支持并行工作的方式，同现有的采用先入先出寄存器的方式相比较，本发明所述的离散余弦变换集成模块1的数据处理速度大大提高。
以上描述仅仅是本发明的一个具体实施例，事实上本发明所述的离散余弦变换集成模块1还可以依据上述描述作出一些等效的改变，例如，参考图3种所示，选择器150、151、152的连接方式并不限于图1中所描述的连接方式，只要能够达到本发明所述的控制效果，选择器150、151、152完全可以采用其它适合的连接方式，即，可以用一个适合的选择器单元5实现对图像数据存储装置130、量化/逆量化装置140、离散余弦变换/逆变换装置160选择数据，由控制装置110进行配置和控制，进而达到本发明的发明目的。
诸如上述情况的微小改变以及等效变换均应包含在本发明权利要求所保护的范围之内。
权利要求
1.离散余弦变换集成模块，包括输入/输出装置，用于交换量化系数表、图像数据以及控制信息；量化/逆量化系数表存储装置，存储量化系数表；离散余弦变换/逆变换装置，用于对图像数据进行离散余弦变换/逆变换；量化/逆量化装置，用于读取量化系数表并对图像数据进行量化/逆量化运算；其特征在于所述离散余弦变换集成模块进一步包括图像数据存储装置；选择器单元，可以为图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置选择数据；以及控制装置，用于控制选择器单元，对图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置进行配置和控制。
2.根据权利要求1所述离散余弦变换集成模块，其特征在于所述图像数据存储装置具有两个可被并行访问的存储区域。
3.根据权利要求1或2所述的离散余弦变换集成模块，其特征在于所述选择器单元包括三个独立的选择器(150、151、152)，每个选择器均包括两个输入端和一个输出端。
4.根据权利要求3所述的离散余弦变换集成模块，其特征在于所述选择器(150)的输出端连接图像数据存储装置，其两个输入端分别连接量化/逆量化装置和离散余弦变换/逆变换装置；所述选择器(151)的输出端连接量化/逆量化装置，其两个输入端分别连接图像数据存储装置和离散余弦变换/逆变换装置；所述选择器(152)的输出端连接离散余弦变换/逆变换装置，其两个输入端分别连接图像数据存储装置和量化/逆量化装置。
5.根据权利要求1所述离散余弦变换集成模块的运算组合方法，其包括以下步骤第一步，控制装置启动运算，从图像数据存储装置中读取需要变换的数据；第二步，判断是否进行离散余弦逆变换如果不进行离散余弦逆变换，则将数据输入到离散余弦变换/逆变换装置中进行离散余弦变换，变换结束后，判断是否进行量化运算，如果不进行量化，则直接将结果数据存入图像数据存储装置中，如果需要执行量化运算，则量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行量化操作，然后再将结果数据存入图像数据存储装置中；如果需要进行离散余弦逆变换，则进一步判断是否进行逆量化运算，如果不需要进行逆量化运算，则由离散余弦变换/逆变换装置进行离散余弦逆变换，并将逆变换结果数据存入图像数据存储装置中，如果需要进行逆量化运算，量化/逆量化装置根据控制装置的控制信息进行逆量化操作，再由离散余弦变换/逆变换装置进行离散余弦逆变换，然后将结果数据存入图像数据存储装置。
6.根据权利要求5所述的离散余弦变换集成模块的运算组合方法，其进一步包括以下步骤在执行完第二步之后，判断总变换块数是否完成，如果未完成，则重新执行第一步；如果总变换块数已经完成，则由控制装置发出中断信号或置位结束标志位，并结束运算。
7.根据权利要求5或6所述的离散余弦变换集成模块的运算组合方法，其特征在于所述图像数据存储装置分为两个存储区域，在控制装置的控制下，当输入/输出装置访问其中的一个存储区域，另一个存储区域可以被离散余弦变换/逆变换装置或量化/逆量化装置访问。
8.根据权利要求7所述的离散余弦变换集成模块的运算组合方法，其特征在于所述离散余弦变换/逆变换或量化/逆量化的执行步骤通过三个独立的选择器来完成。
全文摘要
本发明涉及一种离散余弦变换集成模块及其运算组合方法，离散余弦变换集成模块包括输入/输出装置、控制装置、量化/逆量化系数表存储装置、图像数据存储装置、量化/逆量化装置、离散余弦变换/逆变换装置以及选择器单元。其中，图像数据存储装置包括两个存储区域。本发明所提供的离散余弦变换集成模块及其运算组合方法通过控制装置对选择器单元进行控制，在一个电路模块中实现了离散余弦变换、离散余弦逆变换、量化、逆量化四种运算及运算组合，节约了电路资源，也提高了系统的集成度，同时，由于图像数据存储装置分为两个存储区域，支持图像数据的输入输出和运算独立并行工作，提高了数据处理速度。
文档编号H04N7/26GK101018327SQ20061003502
公开日2007年8月15日 申请日期2006年4月11日 优先权日2006年4月11日
发明者孙文福, 雷长发, 何积军 申请人:珠海炬力集成电路设计有限公司