一種微型低功耗jpeg圖像壓縮芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片。該壓縮芯片采用4×4分塊方式，每個(gè)4×4塊的一維DCT運(yùn)算只需要1次乘法。采用一種新穎的二維DCT中間轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式相比，減少了37.5％的延時(shí)和51％的面積。
【專利說明】一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其屬于圖像處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多媒體技術(shù)在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的廣泛普及，圖像壓縮技術(shù)成為現(xiàn)代數(shù)字圖像傳輸、處理、存儲中的關(guān)鍵技術(shù)。不論是在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫?，還是在移動(dòng)通信等領(lǐng)域都有著重要的意義和用途。
[0003]JPEG圖像壓縮技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。采用該壓縮技術(shù)，可以得到很好的圖像質(zhì)量和很高的壓縮比，但需要較高的功耗。這種高功耗特點(diǎn)使JPEG壓縮不適用于對低功耗要求較嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，例如植入式醫(yī)療應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了在較低功耗和較小面積下獲得較高的壓縮比和較好的圖像質(zhì)量，本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款基于4X4分塊的新穎JPEG壓縮芯片。針對Bayer格式圖像數(shù)據(jù)，采用優(yōu)化DCT算法，實(shí)現(xiàn)了該壓縮芯片。使用這種優(yōu)化算法，僅需I次乘法和9次加減法即可實(shí)現(xiàn)I次4點(diǎn)DCT運(yùn)算，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。
[0005]本發(fā)明使用的JPEG壓縮算法針對Bayer格式圖像數(shù)據(jù)，在RGB空間直接進(jìn)行壓縮，避免了色彩空間轉(zhuǎn)換。JPEG壓縮主要包括二維DCT，量化以及熵編碼三個(gè)步驟，分別闡述如下:
[0006]1、4X4 二維 DCT
[0007]離散余弦變換(DCT)是N.Ahmed等人在1974年提出的正交變換方法。它常被認(rèn)為是對語音和圖像信號進(jìn)行變換的最佳方法。為了工程上實(shí)現(xiàn)的需要，國內(nèi)外許多學(xué)者花費(fèi)了很大精力去尋找或改進(jìn)離散余弦變換的快速算法。由于近年來數(shù)字信號處理芯片(DSP)的發(fā)展，加上專用集成電路設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢，這就牢固地確立了離散余弦變換(DCT)在目前圖像編碼中的重要地位，成為H.261、JPEG、MPEG，H.264等國際上公用的編碼標(biāo)準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)。在視頻壓縮中，最常用的變換方法就是DCT。它被認(rèn)為是性能接近K-L變換的準(zhǔn)最佳變換，其變換編碼的主要特點(diǎn)有:
[0008](I)在變換域里視頻圖像要比空間域里簡單。
[0009](2)視頻圖像的相關(guān)性明顯下降，信號的能量主要集中在少數(shù)幾個(gè)變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼可有效地壓縮其數(shù)據(jù)。
[0010](3)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，傳輸過程中的誤碼對圖像質(zhì)量的影響遠(yuǎn)小于預(yù)測編碼。通常，對高質(zhì)量的圖像，DPCM要求信道誤碼率，而變換編碼僅要求信道誤碼率。
[0011](4) DCT變換(通常指整數(shù)DCT變換)有快速算法，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻壓縮。
[0012]DCT基壓縮編碼步驟如圖1所示，DCT基解壓縮步驟如圖2所示。二維DCT可以分解為2次一維DCT和I次轉(zhuǎn)置操作。其中，傳統(tǒng)的一維DCT的計(jì)算過程如圖3所示。其中，a0, al, a2, a3 為一維 DCT 輸入，cO, cl, c2, c3 為一維 DCT 輸出，b0，bl, b2, b3 是中間計(jì)算緩存。M和N為常數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，由三個(gè)模塊組成:二維DCT模塊、量化模塊、哈夫曼編碼模塊，二維DCT模塊包括第1次一維DCT模塊，轉(zhuǎn)置緩存器，第2次一維DCT模塊，哈夫曼編碼模塊包括Zigzag緩存模塊和編碼器模塊，其特征是，二維DCT模塊中的一維DCT僅需I次乘法。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，二維DCT模塊中的轉(zhuǎn)置緩存器僅為一個(gè)SRAM(16X libit)或16個(gè)寄存器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，二維DCT模塊中的轉(zhuǎn)置緩存器存取數(shù)據(jù)的步驟為: 第一步，數(shù)據(jù)以正常順序(地址O，1，2，…，15)存入，以轉(zhuǎn)置順序(地址0，4，8，…，15)輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲到地址10時(shí)，地址O的數(shù)據(jù)可以同時(shí)被讀取輸出； 第二步，新進(jìn)的數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)置順序存儲，以正常順序輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，二維DCT模塊中的轉(zhuǎn)置緩存器為乒乓RAM結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，哈夫曼編碼模塊中的Zigzag緩存模塊僅為一個(gè)SRAM(16X libit)或16個(gè)寄存器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，哈夫曼編碼模塊中的Zigzag緩存模塊存取數(shù)據(jù)的步驟為:當(dāng)以正常順序存儲地址6中的數(shù)據(jù)時(shí)，以Zigzag順序?qū)⒌刂稯中的數(shù)據(jù)讀取出來，如此反復(fù)執(zhí)行，得到連續(xù)的Zigzag順序的數(shù)據(jù)流。
7.如權(quán)利要求1所述的一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，其特征是，哈夫曼編碼模塊中的Zigzag緩存模塊為乒乓RAM結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H04N19/625GK103618908SQ201310576399
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】劉迎春, 魏華峰, 吳敏 申請人:江蘇新瑞峰信息科技有限公司