[发明专利]一种基于随机计算的离散余弦变换实现方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像压缩或视频压缩技术领域，尤其涉及一种基于随机计算的离散余弦变换实现方法及系统。

背景技术

离散余弦变换(DCT)因具有接近理想的去相关的性能而广泛用于图像和视频编码标准中。

目前，主流图像和视频编码标准均是基于块的编码架构，这就意味着DCT的实现也要以变换块(TU)为基本单元。图像处理中通常采用8×8大小的块，而视频处理中则相对较灵活，比如4×4～8×8(H.264)，4×4～32×32(H.265)。硬件电路中，若直接实现浮点或定点的DCT运算，会带来较多硬件消耗和无法容忍的关键路径延时。所以，DCT硬件实现方面的改进有两个方向：一是减少硬件消耗，比如寻找快速算法和乘法器的替代方案，二是采用并行和流水线架构以增加吞吐量和时钟频率。

但是，目前的DCT实现即使融合快速算法(比如部分蝶形运算)和无乘法器结构，也同时会带来繁琐的移位和加法运算，而且流水线结构势必也会引入更多的硬件消耗。所以，DCT硬件电路实现的面积和时钟频率仍需进一步改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于随机计算的离散余弦变换实现方法及系统，大大的减少了硬件消耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于随机计算的离散余弦变换实现方法，该方法包括：

将图像变换单元TU与离散余弦变换DCT系数映射为预设范围内的小数，再将小数转化为随机序列；

将所述随机序列转化为随机计算域序列，并利用随机计算乘法器与随机计算加法器进行计算；

将计算结果转化为二进制补码形式，从而实现离散余弦变换。

进一步的，所述将图像变换单元TU与离散余弦变换DCT系数映射为预设范围内的小数，再将小数转化为随机序列包括：

将TU中的数据和DCT变换系数转化为[0,1]或[-1,1]区间中的小数，再通过基于ROM的二进制权重随机序列生成器产生对应于TU和DCT变换系数的随机序列，并对所述随机序列进行不同位数的循环移位。

进一步的，所述将TU中的数据和DCT变换系数转化为[0,1]或[-1,1]区间中的小数，再通过基于ROM的二进制权重随机序列生成器产生对应于TU和DCT变换系数的随机序列，并对所述随机序列进行不同位数的循环移位，包括：

整数到小数的映射：TU的数据包括预测后的残差数据R，若TU数据的位宽为B，残差数据R的变化范围为[-2^B+1,2^B-1]，则残差数据R的1/N为伸缩扩展后的数据，其中，N为扩展因子，N＝2^B；对DCT变换系数矩阵T进行伸缩变换，表示为T*2/N；

小数的处理：将步骤整数到小数的映射获得的数据x进行双线双极性处理，包括将数据x分为数据部分x_data和符号部分x_sign，表示为：

小数到随机序列的映射，包括：权重二进制比特流的产生和随机序列的合成：其中，权重二进制比特流是由LFSR线性反馈移位寄存器及逻辑门组合产生，通过本级寄存器的输出与前面所有级输出取反后相与产生，相互之间1的位置交替出现，并且每一串权重比特流ω_i中1的概率是2^-(B-i)，(i＝0,1,2…B-1)，i是权重比特流号；将数据部分x_data写成B位二进制小数的形式，则有x_data＝.x_B-1x_B-2…x₀，通过X_data＝x₀ω₀+x₁ω₁+…+x_B-1ω_B-1，x_data表征为比特流X_data的形式，式中的加法和乘法对应逻辑运算的或和与运算。

进一步的，该方法还包括：将预先生成的权重比特流分段存储在多个ROM中实现并行计算，具体的：对于数据位宽为B的随机运算，ROM中需要存储B串权重比特流，若每串比特流分为L段，则硬件实现需要L个位宽为B，深度为2^B/L的ROM。

进一步的，所述基于随机计算理论将所述随机序列进行转化，并利用随机计算乘法器与随机计算加法器进行计算包括：