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4×4塊的一維DCT運算只需要1次乘法。采用一種新穎的二維DCT中間轉置結構，與傳統的實現方式相比，減少了37.5％的延時和51％的面積。
【專利說明】一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片
【技術領域】
[0001]本發明屬于計算機應用領域，尤其屬于圖像處理領域。
【背景技術】
[0002]隨著多媒體技術在計算機科學領域應用的廣泛普及，圖像壓縮技術成為現代數字圖像傳輸、處理、存儲中的關鍵技術。不論是在網絡傳輸等方面，還是在移動通信等領域都有著重要的意義和用途。
[0003]JPEG圖像壓縮技術在圖像處理領域應用十分廣泛。采用該壓縮技術，可以得到很好的圖像質量和很高的壓縮比，但需要較高的功耗。這種高功耗特點使JPEG壓縮不適用于對低功耗要求較嚴格的應用領域，例如植入式醫療應用。
【發明內容】
[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量，本發明設計實現了一款基于4X4分塊的新穎JPEG壓縮芯片。針對Bayer格式圖像數據，采用優化DCT算法，實現了該壓縮芯片。使用這種優化算法，僅需I次乘法和9次加減法即可實現I次4點DCT運算，大大降低了計算復雜度。
[0005]本發明使用的JPEG壓縮算法針對Bayer格式圖像數據，在RGB空間直接進行壓縮，避免了色彩空間轉換。JPEG壓縮主要包括二維DCT，量化以及熵編碼三個步驟，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。它常被認為是對語音和圖像信號進行變換的最佳方法。為了工程上實現的需要，國內外許多學者花費了很大精力去尋找或改進離散余弦變換的快速算法。由于近年來數字信號處理芯片(DSP)的發展，加上專用集成電路設計上的優勢，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準的重要環節。在視頻壓縮中，最常用的變換方法就是DCT。它被認為是性能接近K-L變換的準最佳變換，其變換編碼的主要特點有:
[0008](I)在變換域里視頻圖像要比空間域里簡單。
[0009](2)視頻圖像的相關性明顯下降，信號的能量主要集中在少數幾個變換系數上，采用量化和熵編碼可有效地壓縮其數據。
[0010](3)具有較強的抗干擾能力，傳輸過程中的誤碼對圖像質量的影響遠小于預測編碼。通常，對高質量的圖像，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DCT變換)有快速算法，能實現實時視頻壓縮。
[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次轉置操作。其中，傳統的一維DCT的計算過程如圖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 是中間計算緩存。M和N為常數
【權利要求】
1.一種微型低功耗JPEG圖像壓縮芯片，由三個模塊組成: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模塊中的轉置緩存器僅為一個SRAM(16X libit)或16個寄存器。
3.如權利要求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模塊中的轉置緩存器存取數據的步驟為: 第一步，數據以正常順序(地址O，1，2，…，15)存入，以轉置順序(地址0，4，8，…，15)輸出，當數據存儲到地址10時，地址O的數據可以同時被讀取輸出； 第二步，新進的數據以轉置順序存儲，以正常順序輸出。
4.如權利要求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模塊中的轉置緩存器為乒乓RAM結構。
5.如權利要求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SRAM(16X libit)或16個寄存器。
6.如權利要求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緩存模塊存取數據的步驟為:當以正常順序存儲地址6中的數據時，以Zigzag順序將地址O中的數據讀取出來，如此反復執行，得到連續的Zigzag順序的數據流。
7.如權利要求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結構。
【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 優先權日:2013年11月13日
【發明者】劉迎春, 魏華峰, 吳敏 申請人:江蘇新瑞峰信息科技有限公司