Abstract
摘 要 離散餘弦轉換(DCT)是一個被廣泛應用於影像及視訊壓縮的運算元件。因應高解析度視訊規格的訂定，高精確度和高吞吐率(throughput rate)將是未來的需求。另外，為了減少電路設計的成本，小面積的設計也是非常需要的。因此，我們需要一個具有高精確度、小面積以及高吞吐率的高效能視訊轉換電路。 在此項研究中，提出了一個利用加法器基底的分佈式算術(DA)和誤差補償加法樹(ECAT)的高吞吐率DCT (HT-DCT)電路。在設計中，選用9位元的DA精確係數長度來取代以往的13位元DA精確系數長度，便可符合峰值信號噪訊比(PSNR)的要求。因此，所提出的HT-DCT電路在22K的電路面積下可以達到1 G-pels/s的吞吐率。 另一方面，本研究中還提出一個低成本DCT (LC-DCT)電路，此電路採用空間及時間的規劃策略(STS)。STS主要包含DA精確系數長度的選擇、共用硬體的設計以及時間規劃的策略。藉由DA精確係數長度有效的選擇及共用硬體的設計，使得LC-DCT達到小面積及低成本的設計；另外所提出時間規劃策略可以使一個一維的DCT電路同時運算第一維度及第二維度的DCT運算。量測結果顯示，LC-DCT電路使用15.8 K的面積下以167 MHz的頻率運作可達到PSNR為52 dB的高精確運算。 最後，本研究中整合了HT-DCT及LC-DCT的特點，提出了多運算路徑DCT(MP-DCT)電路，此電路採用單一個一維的DCT電路及一轉置記憶體來達到小面積的設計，而其中的一維DCT是採用4條平行運算路徑的運算單元，其也與LC-DCT中的一維DCT電路相似，可以同時運算第一維度及第二維度的DCT轉換，藉此便可達到小面積及高吞吐率的設計。所提出的二維MP-DCT電路在17.7K的電路面積下可達到1 G-pels/s的高吞吐率。 由此可知，因應視訊媒體的迅速發展，此份學術論文以達到高解析度的規格為目標，並能符合未來的需要。所以，所提出的HT-DCT、LC-DCT和MP-DCT電路達到高吞吐率及低成本VLSI電路設計。