[发明专利]一种实现快速二维DCT变换的装置及其方法

权利要求书

1.一种实现快速二维DCT变换的装置，其特征在于，包括字线驱动单元、位线驱动单元、源线驱动单元、光电存算一体器件阵列单元、整合单元、电流电压转换和模数转换单元以及移位累加单元，所述字线驱动单元、位线驱动单元和源线驱动单元，用于把输入信号的电压值转换成光电存算一体器件所需要的工作电压，并完成变换矩阵和数据向量的输入；所述光电存算一体器件阵列单元，用于完成变换矩阵和数据向量的乘法操作；所述整合单元，用于把光电存算一体器件单元完成矩阵向量乘法操作后得到的每一个元素的正数值分量与负数值分量整合为一个数据；所述电流电压转换和模数转换单元，用于将光电流信号转化为电压信号，然后将电压模拟信号转化为数字信号；所述移位累加单元，用于对中间结果进行移位和累加操作。

2.根据权利要求1所述的一种实现快速二维DCT变换的装置，其特征在于，所述光电存算一体器件阵列单元是由多个P型衬底的光电存算一体器件纵横交错排列而成的N²×2N²维交叉开关阵列，其中，N为任意正整数；把同一行光电存算一体器件的栅极连接起来，作为共同的电信号输入端，并把同一列光电存算一体器件的源极也连接起来。

3.根据权利要求2所述的一种实现快速二维DCT变换的装置，其特征在于，所述整合单元包括N²个减法器，所述整合单元用中间结果向量中每个元素的正数值分量减去负数值分量，完成正负数据整合，然后将整合后的光电流数据传递给所述电流电压转换和模数转换单元。

4.根据权利要求2所述的一种实现快速二维DCT变换的装置，其特征在于，所述电流电压转换和模数转换单元包括N²个电流电压转换器和N²个模数转换器，所述电流电压转换和模数转换单元将整合后的中间结果向量中每一个元素的光电流信号分别通过所述电流电压转换器转换为电压信号，再经过所述模数转换器将电压模拟信号转换为数字信号，得到数字形式的中间结果向量。

5.利用如权利要求1至4之一所述装置实现快速二维DCT变换的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

在进行DCT变换的计算之前，通过所述字线驱动单元、位线驱动单元和源线驱动单元控制阵列的字线、位线和源线端信号，使用片选信号选中需要进行操作的光电存算一体器件；

对需要进行操作的光电存算一体器件的源极、漏极、栅极施加工作所需的电压，使其进入光输入状态，将光电存算一体器件阵列单元暴露在均匀光照下，通过控制曝光时间，将变换矩阵T的每一个列向量分为正数值列向量和负数值列向量分别输入并存储到光电存算一体器件阵列单元中相邻的两列光电存算一体器件；

在光电存算一体器件阵列单元进行DCT变换的计算过程中，所述字线驱动单元将数据向量V中的每一个元素按比特位从低到高依次输入到光电存算一体器件阵列单元中，所述数据向量V是一个含有N²个元素的一维向量，其表达式为N为任意正整数，它是由原始的N×N维的像素数值矩阵X的每一行向量按照从上到下的顺序首尾相连拼接而成的，其中每个元素都有k个比特位，表示为v_i＝[v_i,k-1,v_i,k-2,……,v_i,0]_binary，1≤i≤N²，每次输入的单比特向量为

将每次输入的单比特向量V_j与保存在光电存算一体阵列单元中的变换矩阵T完成对应元素相乘操作；把同一列光电存算一体器件的源极连接起来，光电流会汇聚于源线端完成矩阵向量运算中的加法操作，得到中间结果向量R_j；

所述移位累加单元依次接收每一个中间结果向量R_j，将其右移j位后进行累加，共计完成k-1次移位和累加操作后最终得到完整的矩阵向量乘法结果R，再将其中的元素按N个一组拆分为N个行向量从上到下依次排列即为DCT变换结果矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述变换矩阵T是一个N²×N²维的矩阵，它是由原始的N×N维的DCT变换矩阵重构而成的，重构方式为

T(a,b)＝D(ceil(b/N),ceil(a/N))×D(mod(b,N),mod(a,N))，a,b∈{1,2,……,N²}

其中，D为原始的N×N维的DCT变换矩阵，(a,b)表示第a行第b列元素，ceil为四舍五入取整函数，mod为求余函数。