dct系數(shù)矩陣具有的特性？在設計和實現(xiàn)DCT變化的圖像壓解編碼方法中,對DCT系數(shù)需要做數(shù)據(jù)量化處理。量化過程是一個多對一的映射,或者對一個8×8塊的64個DCT跳躍系數(shù)四個除以2可量化步長后取整。而

dct系數(shù)矩陣具有的特性？

在設計和實現(xiàn)DCT變化的圖像壓解編碼方法中,對DCT系數(shù)需要做數(shù)據(jù)量化處理。量化過程是一個多對一的映射,或者對一個8×8塊的64個DCT跳躍系數(shù)四個除以2可量化步長后取整。而大多數(shù)DCT變化系數(shù)數(shù)字量化后不變零,以致都沒有達到壓縮后的目的。導致在數(shù)字量化過程中都用到除法,并且常見必須通過浮點運算。

不過,可進行浮點運算的數(shù)字信號處理器（DSP）芯片結構比定點DSP芯片古怪,價格象也比點的坐標DSP芯片高很多。所以我數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中常見按結構定點DSP芯片來完成圖像壓縮后運算,這種方法已經(jīng)成為數(shù)字圖像處理技術的的一個趨勢。

可用于數(shù)字圖像處理的比較好的定點DSP芯片有德州儀器公司最后一代高性能定點DSP芯片TMS320C6200系列。它具有VLIW（Very Long Instruction Word）結構,由8個可分頭并進運行的執(zhí)行單元所構成。這些單元以至于該系列芯片在單周期內(nèi)可以右行執(zhí)行多條指令,.例如在單周期內(nèi)右行能完成2個16位×16位乘法和2個移位不能操作。它還具高流水線結構,令若干條指令的不同執(zhí)行階段可以不右行不能執(zhí)行。這些設計使得TMS320C6200系列芯片程序執(zhí)行速度更快、性能更高。如200MHx時鐘的TMS320C6201峰值性能可以至少1600MIPS。

在坐標原點DSP上能夠完成除法,大多的辦法是內(nèi)部函數(shù)庫函數(shù)。不過內(nèi)部函數(shù)庫函數(shù),那樣一來會打亂循環(huán)中的流水線操作,嚴重點影響數(shù)據(jù)量化的結束速度。所以我能提高可量化過程速度的關鍵就只是相對而言盡量的避免任何函數(shù)調(diào)用、跳轉(zhuǎn)等你操作。

本文以TMS320C6200系列定點DSP為例,提議一種用定點乘法和偏移運算來不用數(shù)字量化過程中除法和氯化鐵溶液運算的方法,從而極大地增加了量化過程的運行速度。該方法也則是范圍問題于其它各種定點微處理器。

1MPEG-4標準中區(qū)分的量化技術及程序優(yōu)化

MPEG-4標準中定義,定義了兩種可量化.263數(shù)據(jù)量化和MPEG-4可量化。這里為簡單的起見,只可以介紹TMN2.0編碼器所要用的一種量化策略：AC系數(shù)和幀間宏塊的DC系數(shù)用H.263不能量化,而幀內(nèi)宏塊的DC系數(shù)用MPEG-4量化中的DC系數(shù)非線性數(shù)據(jù)量化。

1.1H.263可量化

可量化參數(shù)QP是可以取值[1,3],不能量化步長為2QP。則可量化公式為：

是對幀內(nèi)宏塊,LEVELCOF/(2QP)

這對幀間宏塊,LEVEL(COF-QP/2)/(2QP)式中,COF它表示將要被數(shù)據(jù)量化的DCT跳躍系數(shù),LEVEL可以表示數(shù)字量化結果的絕對值。

1.2MPEG-4DC系數(shù)非線性數(shù)字量化方法

量化公式為：LEVELDC_COF//dc_scaler

式中,DC_COF表示將要被數(shù)據(jù)量化的DCT自由變化DC系數(shù)LEVEL意思是不能量化結果//它表示先接受除法運算,后再對結果四舍五入取整。

在內(nèi)部宏塊內(nèi),符號表示亮度塊為類型1塊,色差塊為類型2塊,類型1塊的C系數(shù)由類型1的非平穩(wěn)標尺數(shù)字量化類型2的DC系數(shù)由類型2的非平穩(wěn)標尺不能量化。

表1為定義DC非線性數(shù)據(jù)量化標尺dc_scaler。

表1幀內(nèi)宏塊DC系數(shù)標尺

類型不能量化參數(shù)（QP）范圍內(nèi)的dc_scaler

1～45～89～2425～31

亮度：Type182QPQP82QP-16

色度：Type28(QP12)/2QP-6

從表1中可以找到亮度塊和色差塊的DC系數(shù)有單獨的的可量化標尺,亮度塊本身較小的標尺而色度塊更具較小的標尺。這種分段線性的非線性量化策略是一種又高效的量化,它在能保證圖像質(zhì)量的基礎上想提高了壓縮效率。

1.3將數(shù)字量化除法改定點乘法的

以內(nèi)部宏塊的AC系數(shù)數(shù)據(jù)量化公式為例,將其擴寫為：

LEVELCOF/2QPCOF（2n/2QP）/2n

定義數(shù)字量化參數(shù)ac_cocff[2n/2QP],[x]可以表示對x截尾取整,則：

LEVELCOF×ac_coeff/2n

在QP的取值都范圍[1,31]內(nèi),要使截尾取整后的每一個2n/2QP的值都能用量化參數(shù)ac_coeffs唯一編號地來表示,n需要加上大。通過算出得出來：當n≥11時滿足要求。

取n11換取ac_coef的計算公式為：

ac_coeff[211/2QP]

其實質(zhì)那就是用一個字（32idle）的低11位（0Q11）來可以表示1/2QP的小數(shù)部分。

因此QP在[1,31]之間,是可以用根據(jù)上述規(guī)定公式計算出不對應于幀內(nèi)宏塊AC系數(shù)不能量化的不能量化系數(shù)的里查表：ac_coeffAcQConff[QP]。用C語言來表示為（假設QP0時ac_vec20）：

constshortintAcQConeff[32]

{0x000,0x400,0x200,0x155,0x100,0x0cc,0x0aa,0x092, 0x080,0x071,0x066,0x05d,0x055,0x04e,0x049,0x044, 0x040,0x03c,0x038,0x035,0x033,0x030,0x02e,0x02c,

0x02a,0x028,0x027,0x025,0x024,0x023,0x022,0x021}

換算并且,AC系數(shù)數(shù)字量化系數(shù)、亮度塊DC系數(shù)數(shù)據(jù)量化系數(shù)和色差塊DC不能量化系數(shù)都是可以統(tǒng)一用一個字的低11位（0Q11）來可以表示。這樣的就這個可以共有算出出它們的不能量化系數(shù)的查找表,從而利用用乘法運算不用除法乘除運算。

而除以2n的操作這個可以用向右移動n位的辦法來能夠完成。

這對8bit無符號二進制數(shù)表示的象素值,在在DCT變換后,其DCT自由變化系數(shù)的值域為[-2048,2047],大的有12位二進制數(shù)。而,由根據(jù)上述規(guī)定分析不妨設可量化系數(shù)大有11位。所以我DCT變換系數(shù)與量化系數(shù)相乘的結果最大將有1112共23位。由于TMS320C62xDSP芯片中集成顯卡的乘法器是16位×16位的乘法器,乘法運算結果儲存時到32位的寄存器中。因此用本文方法換算出的量化系數(shù)與DCT旋轉(zhuǎn)系數(shù)乘積后,最終不會逸出。

參照MPEG-4Visual標準TMN2.0的要求,可量化后AC系數(shù)值要氯化鐵溶液到[-2048,2047]之間。這這個可以借用TMS320C62x芯片指令集中在一起的飽和左移指令SSHL來實現(xiàn),單單兩條指令即可解決能完成飽和乘法運算,無需在用比較好指令和跳轉(zhuǎn)指令。

下面能提供內(nèi)部宏塊不能量化的TMS320C62x線性匯編程序：

cmpeqtype,1//type定義法的是當前塊的類型

[type]ldh*DcLumQCoeff[QP],dc_coeff//換取類型1的DC系數(shù)的量化參數(shù)

[!type]ldh*DcChromQCoeff[QP],dc_coeff//能得到類型2的DC系數(shù)的數(shù)據(jù)量化參數(shù)

lde*coeff[0],level//木盒DCT自由變化DC系數(shù)

mpylevel,dc_coeff,level//用乘法接受數(shù)據(jù)量化

addk0x400,level//加0x400,對結果接受四舍五入

shrlevel,11,level//右移11位

cmpgtlevel,maxDC,tmp//對不能量化后的DC系數(shù)參與析出運算

[tmp]mvmaxDC,level//將其限制在[1,maxDC]之間cmpltlevel,1,tmp

[tmp]mvk1,levelldh * AcQcoeff[QP],ac_coeff//換取AC系數(shù)的可量化參數(shù)

mvk63,cntr//63次循環(huán),只對AC系數(shù)參與數(shù)據(jù)量化

*coeff

dct系數(shù)矩陣具有的特性？

abscof,level

mpylevel,ac_coeff,level//對AC系數(shù)絕對值用乘法接受數(shù)字量化

shrulevel,11,level//向右移動11位

cmpltcof,0,tmp

[tmp]neglevel,result

[!tmp]mvlevel,result

sshlresult,20,result//將數(shù)字量化后的AC系數(shù)值通過氯化鐵溶液運算,

shruresult,20,result//將結果限制下載在[-2048,2047]之間

sthresult,*qcoeff

dct系數(shù)矩陣具有的特性？

[cntr]subcntr,1,cotr

[cntr]bloop

由該程序可以清晰的看到,程序中沒有任何會影響大流水線的的跳轉(zhuǎn)語句及函數(shù)調(diào)用。但將該程序編譯后會才發(fā)現(xiàn),此循環(huán)被優(yōu)化軟件組成軟件流水。如果沒有再不使用其它一些優(yōu)化手段,.例如合并程序中的偏移指令,合作字訪問指令兩次去處理兩個短型數(shù)據(jù)等,該程序的效率將會更高。我們用TMS320C62x軟件仿真器測試因為,原來是在用除法的不能量化函數(shù)需要4871個周期,而形象的修辭根據(jù)上述規(guī)定優(yōu)化辦法參與優(yōu)化后的可量化函數(shù)要275個周期即可能夠完成,效率提高約18倍。

DCT/IDCT旋轉(zhuǎn)及量化過程是視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的關鍵模塊。該模塊的執(zhí)行速率對整個系統(tǒng)的處理流度會影響不大,因此將不能量化過程中的浮點運算轉(zhuǎn)換的為定點正常運行,增強該模塊在點的坐標DSP芯片上的執(zhí)行速度,其意義越發(fā)尤為重要。而由于目前絕大多數(shù)數(shù)字通訊系統(tǒng)都基于條件平移DSP芯片,如果沒有用定點芯片完成視頻圖像處理很快就會有更易與數(shù)字通訊系統(tǒng)集成的優(yōu)點。我們的這一方法為在定點芯片上能完成圖像處理進行了有益的接觸,為現(xiàn)的研發(fā)工作打下了三個良好的思想品德的基礎。

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