数据压缩编码器中的量化器设计与仿真

２ ２ ２ 乘 法 器 ．．
ＤＣ Ｔ变换 是将 数据域 从 时域变换 到频域 ， 在频域 平 面上变换 系数 是二 维频域 变量 和 的函数 。对应 于 “ 、 一０的系数 称为 直流 分量 ，即 ＤＣ系数 。对 一０ 于非 帧 内 Ｄ Ｃ系数 ，需 要用 量化 步长 乘 以量化 矩 阵作 为除数 ，所 以要 用到乘 法器 。在 这里 量化 步长输 人后 需 要 经过 一 个左移 一 位 的电路 （ 当于乘 ２ ，再 与量 相 ） 化矩 阵 和 ＤＣ 系数相 对 应 的值 相 乘 。这 里 的 量 化矩 Ｔ 阵设 为默认 矩阵 ， 以通过 帧 内／ 可 非帧 内标志来 选 择量 化矩 阵类 型 ， 代 表帧 内量化 矩 阵 ， 代 表非 帧 内量化 １ ０ 矩 阵 ，其 控 制信号 由量 化控 制器 给出 。 ２ ２ ３ 除 法器 ．． 除法器 是量化 器 的核心 功能模 块 ，能进行 除 法运 算 ， 将除 法结果 四舍五人 。 据 ＤＣ系数 的特 点 ， 并 根 有 两 种 除法方 式 ： 对于 帧 内 ＤＣ系数 的量化 ， ① 除数 固定 为 ８ 采用 右移 三位 的除法 ， ， 因为帧 内 ＤＣ系数 的值 一 般 比较 大 ，采用移 位 除法可 大大缩 短 除法所 占用 的时 钟 周 期 ； 对 于非帧 内 ＤＣ系数 ，除数 由乘法 器给 出 ， ② 除法 方 式选 择 和除法 控 制信 号 又 由量 化 控制 器 给 出 。 这 里 的除 法 器 选 用 的 是 ＭＡＸ＋Ｐ Ｉ中 Ｉ Ｍ 库 Ｉ ＵＳ Ｉ Ｐ 里 的高速 ＤＩ ＤＥ器 件 。 ＶＩ
和 Ｄ Ｔ 系数需要 输入 ；最 后输 出的是 量化后 的 Ｄ Ｔ Ｃ Ｃ 系 数 及 顺 序 号 、符 号 （ 入 的 Ｄ Ｔ 系 数 有 正 、 之 输 Ｃ 负 分 ） 。 ２ ２ １ Ｄ Ｔ 系数缓 冲器 ． ． Ｃ Ｄ Ｔ 系数缓 冲器用来存储 ＤＣ 系数 ， Ｃ Ｔ 这里 采用的
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图 １ 量 化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器 的 总 体 功 能 结 构 图
步长之 积 ，因此需要 一个 乘法器 和除法 器 来完成 相应 功能。 此外 ， 于连续输 入 的 Ｄ Ｔ 系数 应设 置一个 输 对 Ｃ 入 缓 冲 器 （ 置 为 可 存 储 ８×８的 系 数 块 ， 量 为 设 容 １ ８ ） 以接收存储 ， ２ｂ 予 以便 以后进行 量化 处理 。 化矩 量 阵的存储 容量 为 １ ８ ， 加 上相应 的控制模 块 ， 组 ２ｂ 再 就 成了量 化器 的总体结构 ［ 。 ３ ｊ 为 了更好地 进行 时序控 制 ，笔者在 设计 中提 出 了 顺 序号控 制思 想 ，即与量 化系数 同时输 出量 化 系数 的
数据 压 缩 编码 器 中的量化 器设 计 与仿 真
刘 颖 ，曾光 宇
（ 北 大 学 信 息 与 通信 ３ 程 学 院 ， 山西 太 原 中 － ００５ ） ３ ０ １
摘 要 ： 数 据 压 缩 编 码 器 中 量 化 器 的 功能 和 在 整个 编 码 器 中 的任 务 进 行 了 分 析 ， 此 基 础 上 ， 计 出 了量 化 器 对 在 设 的 总体 结 构 ，并 分 析 了 它 的工 作 流 程 ，最 后 进 行 了仿 真 ，根据 输 出 波形 验 证 了设 计 的 正确 性
关 键 词 ：数 据 压 缩编 码 器 ；量 化 器 ；仿 真
中 图 分 类号 ：ＴＮ７ ２ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
在 多媒 体通信 中 ，视 频 图像 数据 量最 大 ，视频质 量要求 最高 ，与其 相关 的应用领 域最 广 ，随着视 频通 信应用 领域 的进一 步扩大 ，视频 压缩技 术 显得越来 越 重要 。笔者研 究 的编码器 是数据 压缩技 术 中最重要 的 组成 部分 ，所 采用 的数据 压缩技 术利 用 了图像 的空 间 相关 性 ，即 Ｄ ＣＴ （ 离散余 弦变换 ）变换 后 的非相关 性 和统计 冗余性 ［ ，采用量 化和熵 编码 技 术能 够较好 地 】 ］ 提高 编码性 能 ，进行 有效 的数据 压缩 。 １ 数 据压缩 编码 器的功 能定义 数 据 压缩 编码 器 的任务 就 是对 经 Ｄ Ｔ 变换 后 的 Ｃ ＤＣ 矩阵进 行量 化或编 码处理 ， Ｔ 以达 到数据 压缩 的 目 的 ｊ 其 主要 由量化器 、 。 ｚ扫 描 电路 、 程 编码器 和可 游 变长编 码器 ４部分 组成 。各个功 能模 块流 水工作 ，流 水控制 就是对 各个模 块 的输 出码 流 序号进行 控制 。各 个模 块 的具 体设计 是 在 ＭＡ Ｘ＋Ｐ Ｉ 件 平 台上 Ｉ ＵＳ Ｉ 软 采 用逻辑 电路 和 ＶＨＤ Ｉ 语言 相结合 的方 法 。 本文重 点 介 绍其 中量化 器 的设 计 。
收穰 日期 ：２ ０—９ １ ；修 回 日期 ：２０ —２１ ０ ６０ —８ ０ ７ １—８ 作 者 简 介 ：刘颖 （９ ９ ）女 ． 南 洛 阳人 ， 教 ， 士 生 １７ 一 ． 河 助 硕
图 １中 ， 入端 的复位 和使 能信 号用来 复位／ 动 输 启 量化 器 ； 内／ 帧 内信号 用来 区分读 取 的数据是 帧 内 帧 非 还 是非帧 内 的 ＤＣ系数 ， 以进行 不 同的处理 ； 量化 步长
２ 量 化 器 的设 计 ２ １ 量 化 器 的 功 能 分 析 ． 量化 器 的功能是 接收 Ｄ Ｔ 系数 ，根据 量化矩 阵 、 Ｃ 量化步 长及 系数特 点进行 量化 ， 最后输 出量 化 的 Ｄ Ｔ Ｃ 系数 。 收到的 Ｄ Ｔ 系数在 与常数 １ 接 Ｃ ６相乘 后 （ 可用 移 位乘法 实现 ） 再除 以相对应 的量 化矩 阵 中的值和量 化 ，
顺 序号 （ 到 ６ ， １ ４ 即是 以 ８ ×８的系数 块为单位 ） ，这 样 既 可 以区别不 同的量 化 系数 ，又方便 以后进 行模块 的 流 水控制 。
２ ２ 量 化 器 的 结 构 设 计 ．
量化 器 的总体 功能结构 见 图 １ 。
时 钟
使能 ／复位信号
帧 内 ／非帧 内标 志
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第１ 期 （ 第 １６期 ） 总 ４
２０ ０ ８年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎ ｏ． １
Ｆｅ ｂ．
文 章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ ８ ０ —０ ２ ０ １ ７ — ４ ３ ２ ０ ） １０ ８ － ２
量 化控 制器
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２０ ０ ８年 第 １期
刘 颖 ， 等 ：数 据 压 缩 编码 器 中的 量 化 器设 计 与仿 真
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是先进先 出堆栈 ， 其读 写信 号 由量化控 制器给 出。 用 使 先进先 出堆 栈的另一个好处 是可 以同时进行读 写操作 。