[发明专利]一种实现快速二维DCT变换的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种实现快速二维DCT变换的装置及其方法。该装置包括位线驱动单元、字线驱动单元、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、移位累加单元；驱动单元用于完成变换矩阵和数据向量的输入；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；整合单元，用于将正数值分量与负数值分量整合为一个数据；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，并将电压模拟信号转化为数字信号；移位累加单元，用于将中间结果进行移位和累加操作。本发明的装置能快速实现二维DCT变换，在使用硬件实现计算加速时，极大地降低了硬件架构的面积、功耗以及计算延迟。

技术领域

本发明涉及一种实现快速二维DCT变换的装置及其方法，属于集成电路设计领域。

背景技术

近年来，随着图像传感器的分辨率不断提高，单张图片所包含的信息量越来越大，对图片进行传输和存储消耗的资源随之增加。在JPEG图像压缩流程中，最重要的算法就是离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)。目前主要的研究集中在一维DCT变换上，而实现二维DCT变换的主流方法是将数据分块进行行列分解，先在某一个方向上进行一维DCT变换，再对其变换后的结果在另一个方向上进行一维DCT变换，最终得到二维DCT变换的结果。在进行二维DCT变换计算时，大部分计算资源和时间的消耗都花在了矩阵乘法上，基于光电存算一体器件的Crossbar阵列(如CN110288078A)可以胜任这一工作，能大大降低计算所消耗的功耗和时间。

现有的研究都是把二维DCT系数矩阵直接映射到忆阻器阵列，先把N×N的数据矩阵拆分为N个列向量，分别与变换矩阵D相乘，得到中间结果DX，再把DX矩阵转置后也分为N个列向量，分别与变换矩阵D相乘，得到最终结果DXD^T。完成一次二维DCT变换需要大量的乘法和加法操作，用硬件实现时，乘法所使用的功耗和面积远远大于加法，因此使用更少的乘法来实现二维DCT变换是优化的关键。

发明内容

本发明旨在提供一种实现快速二维DCT变换计算的装置，具有高精度计算的同时实现了更低延迟、更低功耗、更小面积的目的。本发明的另一目的是提供利用上述装置进行二维DCT变换的方法。

本发明装置采用的技术方案为：

一种实现快速二维DCT变换的装置，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。