JPEG解碼器IP核的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

接下來(lái)結(jié)合圖4和圖5介紹Huffman并行解碼流程。
(1)初始化狀態(tài)(IDLE)：復(fù)位或圖像壓縮數(shù)據(jù)解碼完成時(shí)進(jìn)入的狀態(tài)，初始化相關(guān)寄存器。
(2)解碼狀態(tài)1(S1)：首先寄存從碼流緩沖模塊輸入26位圖像碼流，將高16位輸入碼長(zhǎng)檢測(cè)單元，與Min Code Memory中存儲(chǔ)的各長(zhǎng)度最小碼字并行比較，碼長(zhǎng)檢測(cè)單元由選擇器、比較器和一個(gè)16選4的選擇器組成，得到碼字的長(zhǎng)度L。接著由碼長(zhǎng)為L(zhǎng)的Huffman碼與相應(yīng)長(zhǎng)度的最小碼字Min(L)計(jì)算出偏移量offset，從Base Address Memory中取出最小碼字Min(L)的地址Base Address，將兩者輸入8位加法器中，由式(1)可計(jì)算出該碼字對(duì)應(yīng)的解碼符號(hào)地址。然后根據(jù)這個(gè)地址從Symbol Memory中取出解碼符號(hào)，對(duì)DC來(lái)說(shuō)是SSSS，對(duì)AC來(lái)說(shuō)是RRRRSSSS。同時(shí)將移位寄存器中的碼字左移L位，將高11位編碼輸入到幅值寄存器中。
(3)解碼狀態(tài)2(S2)：將解析出的字長(zhǎng)SSSS和碼長(zhǎng)L輸入到5位加法器中，得出本次解碼總位長(zhǎng)，輸出到碼流緩沖模塊，用于重新定位碼流，更新輸入數(shù)據(jù)。將幅值寄存器的高SSSS位選擇輸入一個(gè)12位中間寄存器的低位，該中間寄存器的高(12-SSSS)位移入幅值寄存器的最高位的相反值，若得到的中間寄存器的最高位為“1”，按．JPEG標(biāo)準(zhǔn)，要再加1。這樣解析出來(lái)的就是頻率系數(shù)，即DCT系數(shù)，對(duì)于DC來(lái)說(shuō)就是差值DIFF。解析完幅值后，進(jìn)行DC／AC系數(shù)解碼。
DC／AC系數(shù)解碼：計(jì)數(shù)器用于計(jì)算解析系數(shù)在塊數(shù)據(jù)中的位置。若計(jì)數(shù)器值為零，表示解析出來(lái)的是DC系數(shù)的差值DIFF，要根據(jù)亮度色度選擇信號(hào)選擇相應(yīng)DCk-1，根據(jù)DCk=DIFF+DCk-1計(jì)算出DC值，并且更新DCk-1。若計(jì)數(shù)器值不為零，表示解析出來(lái)的是AC值，接下來(lái)對(duì)應(yīng)的有4個(gè)分支：1)若(RRRR，SSSS)=(0，0)，表示此圖像塊解碼結(jié)束，輸出塊解碼結(jié)束標(biāo)志DecOneBlock，并清零計(jì)數(shù)器；2)若(RRRR，SSSS)=(15，0)，表示連續(xù)16個(gè)零系數(shù)，計(jì)數(shù)器加16，不輸出；3)若SSSS不為零，且計(jì)數(shù)器值+RRRR=62，表示解析出來(lái)的是圖像塊的最后一個(gè)系數(shù)，計(jì)數(shù)器清零，并輸出塊解碼結(jié)束標(biāo)志DecOneBlock和DCT系數(shù)值；4)普通AC系數(shù)，計(jì)數(shù)器加1，輸出計(jì)數(shù)器的值和DCT系數(shù)值。
1．4 反量化模塊設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)在Huffman解碼后沒(méi)有采用JPEG標(biāo)準(zhǔn)的先反Z字形重排再反量化的流程，而是先進(jìn)行反量化操作。如此只要Huffman解碼有DCT系數(shù)輸出時(shí)才需要進(jìn)行反量化運(yùn)算，能減少無(wú)效操作，降低功耗。
反量化運(yùn)算時(shí)先將相應(yīng)的量化系數(shù)保存在寄存器陣列中，在Huffman解碼模塊有DCT系數(shù)輸入時(shí)，按其地址取出相應(yīng)的量化系數(shù)，相乘后輸出到后級(jí)反Z字形重排模塊。
1．5 反Z字形重排模塊設(shè)計(jì)
根據(jù)模塊輸入數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了一種優(yōu)化的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐粋€(gè)8×8圖像塊經(jīng)DCT變換后非零系數(shù)個(gè)數(shù)一般不超過(guò)總數(shù)據(jù)量的10％，所以設(shè)計(jì)中為寄存器陣列的每個(gè)寄存器都設(shè)定一個(gè)一位的使能標(biāo)志，在初始化時(shí)先將寄存器陣列中寄存器和相應(yīng)標(biāo)志位都賦零值，在輸入值為非零值時(shí)才寫(xiě)入相應(yīng)地址，并置位對(duì)應(yīng)的使能標(biāo)志，這樣在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)不需要進(jìn)行零數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而在輸出數(shù)據(jù)時(shí)只要根據(jù)使能標(biāo)志就能判斷是要讀寄存器陣列還是直接輸出零，所以可以減少對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作，加快數(shù)據(jù)處理速度。
反Z字形重排模塊不僅要接收反量化后的系數(shù)，對(duì)其進(jìn)行反Z字形重排，同時(shí)要對(duì)圖像塊數(shù)據(jù)進(jìn)行一次行列轉(zhuǎn)置，這樣可以節(jié)省2個(gè)寄存器陣列，降低硬件成本。為了提高運(yùn)算并行度，提高解碼速率，滿足后級(jí)模塊數(shù)據(jù)要求，反Z字形重排模塊中采用了兩個(gè)64×14位雙端口寄存器陣列，進(jìn)行乒乓操作。