Проектирование процессора вычисления дискретного косинусного преобразования для систем сжатия изображения по схеме losless-to-lossy

Abstract

На сегодняшний день широко распространены мобильные мультимедийные системы, которые используют стандарты H.261/3/4/5, MPEG-1/2/4 и JPEG для кодирования/декодирования видео, аудио и изображений [1–4]. Ядром этих стандартов является дискретное косинусное преобразование (ДКП) I, II, III … VIII типов [ДКП]. Широкая поддержка в огромном количестве мультимедийных приложений формата JPEG схемотехническими и программными решениями и необходимость кодирования изображений по схеме L2L обусловливает актуальность проблемы создания декоррелирующего преобразования на основе ДКП и методов быстрого прототипирования процессоров вычисления целочисленного ДКП на программируемых системах на кристалле ПЛИС/FPGA. При этом во внимание принимаются такие характеристики, как структурная регулярность, модульность, высокий вычислительный параллелизм, малая латентность и потребляемая мощность. Прямое и обратное преобразования должны осуществляться по схеме обработки «целое к целому» с сохранением перфективной реконструкции исходного изображения (коэффициенты представляются целыми или двоичными рациональными числами; число операций умножения минимально, по возможности они исключаются из алгоритма). Известные целочисленные ДКП (BinDCT, IntDCT) не дают полного обратимого бит в бит преобразования. Для кодирования изображения по схеме L2L требуется, чтобы декоррелирующее преобразование было обратимым и реализовано в целочисленной арифметике, т. е. преобразование соответствовало бы схеме обработки «целое-в-целое» при минимальном числе операций округления, влияющих на компактность энергии в эквивалентных субполосах преобразования. В данной статье показано, как на основе целочисленного прямого и обратного ДКП создать новую универсальную архитектуру декоррелирующего преобразования на ПЛИС типа FPGA для систем трансформационного кодирования изображений, которые работают по принципу lossless-to-lossy (L2L), и получить лучшие экспериментальные результаты по объективным и субъективным показателям по сравнению с аналогичными системами сжатия.