CN103246499A - 图像并行化处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像并行化处理装置和方法。所述图像并行化处理方法包括图像分块采样步骤、离散余弦变换步骤、量化步骤、编码步骤、第一控制步骤、第二控制步骤和第三控制步骤；所述第一控制步骤、所述第二控制步骤和所述第三控制步骤控制所述图像分块采样步骤、所述离散余弦变换步骤、所述量化步骤和所述编码步骤以至少二级并行流水线方式实施。本发明可以并行处理图像数据，提高了图像数据处理的效率。

Description

图像并行化处理装置和方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像并行化处理装置和方法。

背景技术

随着多媒体技术和通讯技术的不断发展，高清图像的逐步普及，对信息数据的存储和传输方面提出了更高的要求。特别是对于数字图像通信，现有的有限带宽难以传输和存储庞大数据量的图像信息。由于以软件方式实现的图像处理的传统算法效率低，运行速度慢，难以满足实时性系统的需求，所以将算法IP核（IP核则是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该硬件描述语言程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片）用逻辑电路实现，利用硬件的并行性，提高算法的运行速度成了新的研究方向。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种图像并行化处理装置和方法，以并行处理图像数据，提高图像数据处理的效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种图像并行化处理装置，包括：

图像分块采样模块，用于将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换DCT模块，用于对所述图像分块采样模块输出的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化模块，用于根据量化表对所述DCT系数矩阵进行量化，得到量化系数矩阵；

编码模块，用于对所述量化系数矩阵进行编码，得到编码图像数据；

第一控制模块，用于判断所述DCT模块对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块；

第二控制模块，用于判断所述量化模块对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块将下一个DCT系数矩阵输入至所述量化模块；

以及，第三控制模块，用于判断所述编码模块对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块。

实施时，所述DCT模块，进一步用于对所述图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换。

实施时，所述编码模块包括：

Z扫描单元，用于对该量化系数矩阵进行Z扫描；

熵编码单元，用于对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

实施时，本发明所述的图像并行化处理装置，还包括：

编码数据输出模块，用于对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据。

本发明还提供了一种图像并行化处理方法，用于上述的图像并行化处理装置，所述图像并行化处理方法包括：

图像分块采样步骤：图像分块采样模块将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换步骤：DCT模块对所述图像分块采样模块输出的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化步骤：量化模块根据量化表对进行了二维离散余弦变换后得到的图像数据块进行量化，得到量化系数矩阵；

编码步骤：编码模块对量化后的图像数据块进行编码，得到编码图像数据；

第一控制步骤：第一控制模块判断所述DCT模块对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块；

第二控制步骤：第二控制模块判断所述量化模块对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块将下一个DCT系数矩阵输入所述量化模块；

第三控制步骤：第三控制模块判断所述编码模块对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块。

实施时，在离散余弦变换步骤中，对所述图像分块采样模块输出的图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换。

实施时，

所述编码步骤进一步包括：

Z扫描步骤：Z扫描单元对该量化系数矩阵进行Z扫描；

熵编码步骤：熵编码单元对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

实施时，在编码步骤后还包括：

编码数据输出步骤：编码数据输出模块对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据。

与现有技术相比，本发明所述的图像并行化处理装置和方法，将图像分块采样、离散余弦变换、量化和编码以至少二级并行流水线方式实施，这样可以并行处理图像数据，提高了图像数据处理的效率。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的图像并行化处理装置的结构框图；

图2是本发明另一实施例所述的图像并行化处理装置的结构框图；

图3是本发明一实施例所述的图像并行化处理方法的流程图；

图4是本发明该实施例所述的图像并行化处理方法的并行化流水线示意图；

图5是本发明另一实施例所述的图像并行化处理方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的图像并行化处理装置包括：

图像分块采样模块11，用于将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换（DCT）模块12，与所述图像分块采样模块11连接，用于对所述图像分块采样模块11输入的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化模块13，与所述离散余弦变换模块12连接，用于根据量化表对所述DCT系数矩阵进行量化，得到量化系数矩阵；

编码模块14，与所述量化模块13连接，用于对所述量化系数矩阵进行编码，得到编码图像数据；

第一控制模块15，分别与所述离散余弦变换模块12和所述图像分块采样模块11连接，用于判断所述离散余弦变换模块12对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块11将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块12；

第二控制模块16，分别与所述量化模块13和所述离散余弦变换模块12连接，用于判断所述量化模块13对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块12将下一个DCT系数矩阵输入至所述量化模块13；

以及，第三控制模块17，分别与所述编码模块14和所述量化模块13连接，用于判断所述编码模块14对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块13将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块14。

在本发明该实施例所述的图像并行化处理装置中，所述图像分块采样模块31、所述离散余弦变换模块32、所述量化模块33和所述熵编码模块34采用至少二级单时钟流水线结构。

本发明实施例所述的图像并行化处理装置，包括图像分块采样模块、离散余弦变换模块、量化模块、编码模块、第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，由第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块控制以使得图像分块采样模块、离散余弦变换模块、量化模块、编码模块可以并行处理图像数据，提高了图像数据处理的效率。

具体的，所述离散余弦变换模块12，进一步用于对所述图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换，，这样可以提高二维离散余弦变换效率。

具体的，所述编码模块14包括相互连接的Z扫描单元和熵编码单元；

所述Z扫描单元，用于对所述量化系数矩阵进行Z扫描；

所述熵编码单元，用于对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

实施时，如图2所示，本发明实施例所述的图像并行化处理装置还包括：

编码数据输出模块15，与所述编码模块14连接，用于对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据，这样使得各种解压软件都可以打开该编码图像数据，提高了编码图像数据的通用性。

如图3所示，本发明实施例所述的图像并行化处理方法，用于上述的图像并行化处理装置，包括：

图像分块采样步骤31：图像分块采样模块将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换步骤32：离散余弦变换模块对所述图像分块采样模块输出的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化步骤33：量化模块根据量化表对所述DCT系数矩阵进行量化，得到量化系数矩阵；

编码步骤34：编码模块对所述量化系数矩阵进行编码，得到编码图像数据；

第一控制步骤35：第一控制模块判断所述离散余弦变换模块对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块；

第二控制步骤36：第二控制模块判断所述量化模块对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块将下一个DCT系数矩阵输入至所述量化模块；

第三控制步骤37：第三控制模块判断所述编码模块对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块。

所述图像分块采样步骤31、所述离散余弦变换步骤32、所述量化步骤33和所述编码步骤34以至少二级并行流水线方式实施，例如可以以四级并行流水线方式实施（图4中以四级流水线作为例进行图示）。

本发明该实施例所述的图像并行化处理方法，包括图像分块采样步骤、离散余弦变换步骤、量化步骤和编码步骤，所述第一控制步骤、所述第二控制步骤和所述第三控制步骤控制所述图像分块采样步骤、所述离散余弦变换步骤、所述量化步骤和所述编码步骤以至少二级并行流水线方式实施，这样可以并行处理图像数据，提高了图像数据处理的效率。

具体实施时，如图5所示，

所述编码步骤34进一步包括：

Z扫描步骤341：Z扫描单元对该量化系数矩阵进行Z扫描；

熵编码步骤342：熵编码单元对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

本发明该实施例所述的图像并行化处理方法在具体实施时，

首先，所述图像分块采样步骤31将待压缩图像划分成多个图像数据块；

当所述图像分块采样步骤31接收到来自所述离散余弦变换步骤32的空闲信号时，输出一所述图像数据块；

所述离散余弦变换步骤32在完成接收该图像数据块后向所述图像分块采样步骤31返回数据接收完成信号，对该图像数据块进行二维离散余弦变换，并当接收到来自所述量化步骤33的空闲信号时输出二维离散余弦变换后的图像数据块（DCT系数矩阵）；

当所述图像分块采样步骤31接收到所述离散余弦变换步骤32返回的数据接收完成信号时，继续输出一所述图像数据块；

所述量化步骤33在完成接收所述DCT系数矩阵后，向所述离散余弦变换步骤32返回数据接收完成信号；

所述离散余弦变换步骤32在接收到来自所述量化步骤33的数据接收完成信号后，向所述图像分析采样步骤31发出空闲信号；

所述量化步骤33，利用量化表对所述DCT系数矩阵进行量化操作，并在接收到了来自所述Z扫描步骤341的空闲信号时输出量化系数矩阵；

所述Z扫描步骤341，在接收该量化系数矩阵结束后，向所述量化步骤33返回数据接收完成信号，对所述量化系数矩阵进行Z扫描，Z扫描结束后，若收到来自所述熵编码步骤342的空闲信号，则输出Z扫描后的量化系数矩阵，若收到来自所述熵编码步骤342的数据接收完成信号，则向所述量化步骤33发出空闲信号；

所述量化步骤33当接收到了来自所述Z扫描步骤341的数据接收完成信号时，向所述离散余弦变换步骤32发出空闲信号；

当所述熵编码步骤342接收该量化系数矩阵结束后，向所述Z扫描步骤341返回数据接收完成信号，对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，对Z扫描后的量化系数矩阵中的直流系数采用差分脉冲编码调制（DPCM）和范式哈夫曼编码方式进行编码，对Z扫描后的量化系数矩阵中的交流系数采用游程长度编码（RLE）和范式哈夫曼编码，熵编码结束后，输出编码图像数据，向所述Z扫描步骤141发出空闲信号。

具体实施时，在离散余弦变换步骤中，对所述图像分块采样模块输入的图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换，这样可以提高二维离散余弦变换效率。

具体实施时，本发明该实施例所述的图像并行化处理方法，在编码步骤后还包括：

编码数据输出步骤：编码数据输出模块对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据，这样使得各种解压软件都可以打开该编码图像数据，提高了编码图像数据的通用性。

具体地，当本发明实施例所述的图像并行化处理方法用于基于JPEG（静态图像压缩）标准对图像进行压缩时，所述图像分块采样步骤31对采集到的图像数据进行分块，然后利用颜色模型转换公式将RGB（红绿蓝）格式转换为YUV格式（YUV格式是指亮度参量和色度参量分开表示的像素格式），形成一个从上到下，从左到右的数据流，对该图像数据按YUV格式进行色度采样，然后分割成若干个图像数据块，并初始化并行流水控制信号，若收到来自所述离散余弦变换步骤32的空闲信号则输出一所述图像数据块，若收到来自所述离散余弦变换模块32的数据接收完成信号，则继续输出一所述图像数据块；

所述熵编码步骤342对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码后，所有图像数据处理结束，根据JPEG标准对压缩图像数据进行标准化处理，使得压缩结果为JPEG标准压缩格式，可使用其他JPEG解压软件打开。

下面给出将RGB格式转换为YUV格式的颜色模型转换公式：

Y=0.299R+0.5870G+0.1140B；

U=-0.1787R-0.3313G+0.5B+128；

V=0.5R-0.4187G-0.0813B+128；

其中，Y表示明亮度，也就是灰阶值；而U和V表示色度；

R为红色值，G为绿色值，B为蓝色值。

在本发明该实施例所述的图像并行化处理方法中，由于FDCT（快速离散余弦变换）和IDCT（反向离散余弦变换）具有较大的运算量，而且运算参数不具有相关性，因此所述离散余弦变换步骤32采用一维行列并行计算方式对图像数据块进行二维离散余弦变换，可以提高执行效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种图像并行化处理装置，其特征在于，包括：

图像分块采样模块，用于将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换DCT模块，用于对所述图像分块采样模块输出的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化模块，用于根据量化表对所述DCT系数矩阵进行量化，得到量化系数矩阵；

编码模块，用于对所述量化系数矩阵进行编码，得到编码图像数据；

第一控制模块，用于判断所述DCT模块对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块；

第二控制模块，用于判断所述量化模块对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块将下一个DCT系数矩阵输入至所述量化模块；

以及，第三控制模块，用于判断所述编码模块对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块。

2.如权利要求1所述的图像并行化处理装置，其特征在于，所述离散余弦变换模块，进一步用于对所述图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换。

3.如权利要求1所述的图像并行化处理装置，其特征在于，

所述编码模块包括：

Z扫描单元，用于对该量化系数矩阵进行Z扫描；

熵编码单元，用于对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的图像并行化处理装置，其特征在于，还包括：

编码数据输出模块，用于对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据。

5.一种图像并行化处理方法，用于如权利要求1至4中任一权利要求所述的图像并行化处理装置，其特征在于，所述图像并行化处理方法包括：

图像分块采样步骤：图像分块采样模块将待压缩图像划分成多个图像数据块；

离散余弦变换步骤：DCT模块对所述图像分块采样模块输出的图像数据块进行二维离散余弦变换，得到DCT系数矩阵；

量化步骤：量化模块根据量化表对进行了二维离散余弦变换后得到的图像数据块进行量化，得到量化系数矩阵；

编码步骤：编码模块对量化后的图像数据块进行编码，得到编码图像数据；

第一控制步骤：第一控制模块判断所述DCT模块对当前图像数据块是否完成二维离散余弦变换，如果是则控制所述图像分块采样模块将下一图像数据块输入至所述离散余弦变换模块；

第二控制步骤：第二控制模块判断所述量化模块对当前DCT系数矩阵是否量化完成，如果是则控制所述离散余弦变换模块将下一个DCT系数矩阵输入所述量化模块；

第三控制步骤：第三控制模块判断所述编码模块对当前量化系数矩阵是否编码完成，如果是则控制所述量化模块将下一量化系数矩阵输入至所述编码模块。

6.如权利要求5所述的图像并行化处理方法，其特征在于，

在离散余弦变换步骤中，对所述图像分块采样模块输出的图像数据块以一维行列并行方式进行二维离散余弦变换。

7.如权利要求5所述的图像并行化处理方法，其特征在于，

所述编码步骤进一步包括：

Z扫描步骤：Z扫描单元对该量化系数矩阵进行Z扫描；

熵编码步骤：熵编码单元对Z扫描后的量化系数矩阵进行熵编码，得到编码图像数据。

8.如权利要求5至7中任一权利要求所述的图像并行化处理方法，其特征在于，在编码步骤后还包括：

编码数据输出步骤：编码数据输出模块对所述编码图像数据进行标准化处理，输出标准化处理后的编码图像数据。

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