[发明专利]二维逆离散余弦变换电路

说明书

本发明涉及实行二维逆离散余弦变换(IDCT)的电路，特别是，涉及使用了一对改进的一维IDCT电路的二维IDCT电路，该每一个一维IDCT电路由应用矩阵乘法运算实行其IDCT操作。

众所周知，数字化的视频信号的传输能发出比模拟信号的传输质量高得多的视频图像。当含有一系列图像“帧”的图像信号被以数字形式表示时，产生大量数据要传输，特别在高清晰度电视系统场合。然而，因为通常传输通道的可用频带宽度是有限的，为了通过有限的通道带宽传送大量数字数据，不可避免地要压缩或减少所传输数据的数量。

图像信号通常可被压缩而不严重影响它完整性，因为通常在一个信号帧的若干像素间以及相邻帧的像素间存在某些相关性或冗余。因此，多数现有技术图像信号编码方法采用的各种压缩技术(或编码方法)建立在利用或减少冗余的概念之上。

一类这种编码方法是关于利用存在于一单幅帧中的冗余的变换技术。一种这样的变换方法是二维(2-D)离散余变换(DCT)，在Chen和Pratt的“Scene Adaptive Coder”(IEEE Transactions on Communication，COM-32，No.3(1984年3月))中有叙述。DCT被认为对图像压缩或被频带宽压缩在各种变换编码方法中是最有效的技术。在通过DCT达到带宽压缩时，一方块数字编码像素可以用行-列还原法靠用于实现二维DCT的二维或N×NDCT处理器来变换为频域，其中N×N块像素数据被输入到它那里，输入矩阵用N×NDCT矩阵相乘产生中间矩阵，然后中间矩阵的转置用同样的DCT矩阵相乘以产生所需的逆变换矩阵。变换矩阵的各元素然后可被量化并只有其中最强的项(energetic term)被选来传输。在接收端。逆离散余弦变换(IDCT)被完成以在空间域内重建原来的视频信号。IDCT也可以由与一个IDCT矩阵相乘及转置后与另外一个矩阵乘法来实现。

因为用于实际图像解码系统中的IDCT电路需要快速卷积操作的能力，多种用于包括VLSI(超大规模集成)装置的IDCT的快速操作的方案已被提出。

矩阵乘法包括构成二个N维矢量的内积来产生积矩阵的一个元素。因而输入矩阵的一行中的每一元素乘以DCT/IDCT矩阵一列的相应的元素，并将这些积加起来产生积矩阵的一个元素。对于变换一个8×8的像素块，8个积被加起来产生有64个元素的输出矩阵的一个元素。已有许多快速算法被推导出来降低需要计算的数量。例如，DCT/IDCT矩阵被还原成为几个导致蝶形结构的稀疏矩阵。使用了这种结构的VLSI装置的例子被描于一篇题为“A DiscreteFourier-Cosine Transform Chip”，刊于IEEE Journal on Selected Areas on Communication，Jan.’86，pp.49-61的论文中。蝶形结构明显减少计算的数量但仍要求许多高速乘法器，它也需要用于IC(集成电路)装置的大的芯片面积。此外，蝶形结构的其他缺点和内部接线零乱及芯片上布线很差使得实施蝶形结构的VLSI装置的效率相当差。

授予M.L.Niou等的美国专利No.4791598号提供了另外一种DCT/IDCT方案，涉及分布运算，该法兼有十分频、位串行结构、及以部分求和来实现矢量的内积，同时还有最小的存储器尺寸。结果是一种有高度规则的结构并且没有乘法器的体系。这是可能的，因为变换操作的固有性质，即，变换矩阵中各元素是常数，允许使用分布运算，其中存储器查阅的表、或只读存储器(ROM)被用作为乘法器的替代物；并且矩阵-矢量积是由几个同时发生的矢量内积实现的。这方案是有效的，因为它没有乘法器，并应用高度规则的结构。

但是，为支持上述方法的电路将是复杂的。此外，采用了位串行数据结构，矩阵乘法要逐位地实现，例如，一个时钟周期一位，这使得此方法不适用于实时用途。

所以本发明主要目的是提供一种高速IDCT电路，其硬件较不复杂，可用于实时图像处理系统，其中为在IDCT操作中实行的矩阵乘法采用了可编程逻辑阵列(PLA)。

按照本发明，提供了一种一维逆离散余弦变换(IDCT)电路用于对N个输入数据进行IDCT操作，从而提供N个输出数据，其中所述N个输入数据由N/2个奇数输入数据及N/2个偶数输入数据组成，该电路包括：