基于CORDIC的DOT快速算法及其通用架构设计

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离散正交变换(Discrete Orthogonal Transformation,DOT)在数字图像处理、视频压缩等领域被广泛应用,由于其原算法的计算效率比较低,这使得其快速算法被越来越多的人关注,研究其快速算法以及通用架构对媒体领域具有重要的实际应用价值。近年来,各种视频压缩标准不断被提出,对图像和视频的各方面指标要求越来越高,只靠一种类型以及具体点数的DOT快速算法已经不能满足图像和视频领域的发展要求。因此,研究一种适用媒体领域的大点数各类DOT快速算法已经势在必行。而要想能够同时实现多种DOT快速算法的前提是通用架构的设计。针对以上问题,本文对DOT的快速算法及其通用架构设计展开了研究,主要包括以下研究内容:1.采用分治策略,利用奇偶分解法,提出了一种基于CORDIC的基-2的DOT快速算法。通过奇偶分解推导出以CORDIC为变换核函数的任意2~n点的DCT、DST、IDCT和IDST快速算法,并给出典型点数的信号流图。在此基础上推导出DHT、DFT、IDHT和IDFT快速算法,并给出信号流程图,最后还与现有的算法在计算复杂度等其他性能指标上进行了对比。推导出了适合通用架构的算法模型,为接下来通用架构的设计和硬件实现打下理论基础。2.在本文提出的快速算法的基础上,设计出能实现多种DOT算法的通用架构。以16点DOT为例,总结出16点DOT所用到的全部CORDIC类型,采用复用的思想,16点DOT最终采用三种类型的CORDIC即可实现,提高了硬件利用率,设计高度模块化。而不同类型DOT算法的切换可以通过控制信号来实现。3.对设计的通用架构进行Verilog建模,用Modelsim对通用架构进行功能仿真。仿真结果与Matlab的计算结果进行对比,验证通用架构的功能是否正确。在功能正确的前提下,使用SMIC 180nm标准工艺库,借助于Design Compiler软件和Soc Encounter软件分别进行逻辑综合和布局布线,分别在面积,功耗等性能指标上做了详细比较。本文提出的快速算法是以CORDIC为变换核函数的,为数字信号处理、视频压缩等应用领域提供了新的研究方法。该新型算法相对于当前算法而言,在模块化、计算复杂度、可扩展性和可支持流水线设计等方面都有明显的优势。在此基础上,设计出一种16点的基于CORDIC的DOT通用架构,该架构通过控制信号选择可以实现多种正交变换,满足未来图像、视频领域的发展需求,具有重要的实际应用价值。
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