RAM讀寫(xiě)時(shí)序限制解決方案

本文為了提高AVS解碼器的處理速度，綜合了國內外學(xué)者的設計思想提出了一種逆掃描、反量化與反變換模塊結構，在消耗邏輯資源允許的情況下提高了處理速度，做到速度和面積的平衡。

　　本文將逆掃描、反量化和反變換模塊結合在一起進(jìn)行設計，在實(shí)現了塊內部?jì)?yōu)化的同時(shí)采用了乒乓緩存寄存器組來(lái)實(shí)現塊之間流水線(xiàn)，提高了速度;采用寄存器組復用技術(shù)實(shí)現逆塊掃描中寄存器組與反變換中的轉置寄存器組的復用，節省了寄存器資源。

　　1 硬件結構

　　根據AVS解碼標準，本文提出了一種高效簡(jiǎn)潔的逆掃描、反量化與反變換系統結構，該結構主要由四部分組成。反量化模塊完成量化系數向變換系數的轉變;逆掃描與寄存器組選擇模塊根據逆掃描表完成變換系數的存儲;寄存器組用來(lái)存儲變換系數及反變換中的轉置數據;反變換模塊將變換系數轉換成殘差樣值，為后續的重構做好準備。硬件結構及數據流程如圖1所示。

　　其中輸入為VLD模塊解析出的(run,level)對、塊結束標志及一些模式判別的信息。反量化模塊對Level數據進(jìn)行反量化，逆掃描與寄存器組選擇模塊采用依據輪流使用的規則產(chǎn)生寄存器組選擇信號，同時(shí)對Run進(jìn)行累加，并根據累加結果查表得到需要存儲的寄存器，等所有量化后的Level值存儲完畢后，由It_start信號連續讀取8次寄存器進(jìn)入反變換模塊，反變換模塊采用內部流水線(xiàn)結構經(jīng)過(guò)22個(gè)時(shí)鐘周期處理完一個(gè)塊。反變換模塊中的轉置寄存器復用了前端的寄存器組。

　　本設計通過(guò)乒乓結構實(shí)現了塊與塊之間的流水。圖2是本設計的總體時(shí)序安排，圖中考慮到變換編碼后一個(gè)塊內的有效系數一般小于25。其中以一個(gè)塊數據輸入反量化模塊作為起始時(shí)刻，當反變化模塊讀取一個(gè)寄存器組并將其作為轉置寄存器使用時(shí)，另一個(gè)寄存器組用于存儲下一個(gè)塊的反量化結果。如圖2，寄存器組1用來(lái)存儲當前塊反量化后的變換系數值，而寄存器2被用于上一個(gè)塊的反變換中。另外，讀取轉置后的數據時(shí)，通過(guò)對移位最初的寄存器賦零對寄存器2清零，從而用于下一個(gè)塊的變換系數的存儲。

　　1.1 逆掃描與寄存器組選擇模塊

　　該模塊先對Run值進(jìn)行累加，并根據掃描方式查表，得到當前Level值所對應的寄存器號，控制將反量化后的變換系數存入相應寄存器中，重復以上工作直到讀到塊結束標志。當前塊不為零的所有變換系數均根據逆掃描表存儲在相應的位置，因為每次從寄存器中讀取轉置數據時(shí)都會(huì )對寄存器清零，為下次使用做好準備，所以對于變換系數為零的情況就不用單獨存儲，從而提高了設計的處理速度。

　　1.2 反變換模塊

　　反變換模塊是將當前塊的變換系數矩陣轉換為殘差樣值矩陣的一個(gè)過(guò)程，為了節約硬件成本，此設計采用一維變換和轉置矩陣實(shí)現二維變換，參考文獻[2]中提出了一種快速有效的方法，本文對其方法進(jìn)行了優(yōu)化，節約了不必要的硬件資源和時(shí)鐘。

　　下面主要介紹一維變換過(guò)程。

　　設AVS的一維反變換的輸入輸出變量分別為：

　　X=[X0，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7]T

　　Y=[Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7]T

　　根據Y=T8×X，把8個(gè)輸出元素展開(kāi)成以下組合，其中T8為8×8的反變換矩陣。

　　M0=8X0+8X4;M1=8X0-8X4

　　M2=4X1+4X5;M3=9X1-10X5

　　M4=6X1+2X5;M5=2X1+9X5

　　M6=10X2+4X6;M7=4X2-10X6

　　M8=9X3+2X7;M9=2X3+6X7

　　M10=10X3-9X7;M11=4X3+4X7

　　其中所有的乘法均可化為移位操作，再定義8個(gè)中間變量N0~N7：

　　N0=M0+M6;N1=M2+M8+M4

　　N2=M1+M7;N3=M3-M9

　　N4=M1-M7;N5=M4-M10

　　N6=M0-M6;N7=M5-M11-M9

　　重新整理后得到的輸出：

　　Y0=N0+N1;Y1=N2+N3;Y2=N4+N5;Y3=N6+N7

　　Y4=N6-N7;Y5=N4-N5;Y6=N2-N3;Y7=N0-N1

　　由以上算法可以看出，一維反變換模塊只需要移位和加法操作，既方便硬件實(shí)現還節省了硬件資源。經(jīng)計算此一維反變化模塊共需要40個(gè)加法器。

　　反變換模塊的時(shí)序見(jiàn)圖2，第1時(shí)鐘周期進(jìn)行并行讀取數據，2個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一維反變換，第4個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始向轉置矩陣中存入一維反變換后的數據，第12周期開(kāi)始讀取轉置矩陣中的數據，第15個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始輸出數據，第22個(gè)時(shí)鐘周期結果輸出完畢。