【正文】 50 多年歷史，不僅在理論研究上取得了 重大的進步，而且在實際應用中也獲得了很大成果。實際的應用促進著快速算法的發(fā)展，在這之后，針對各個應用領域，不同形式的 DCT 算法也應運而生。從這個意義上來說， DCT 是比較適合對語言、圖象等信號作變換處理的一種變換，它的性能接近于 KL 變換。這就是說，對 Toeplitz 矩陣 DCT 將非常接近 KL變換。由 于該變換性能很適用于人類語言及圖象信號的特點，從這個意義上， DCT常常被認為是接近 KL 變換性能的準最佳變換。在考慮 DCT 的 VLSI 實現(xiàn)時，根據(jù)不同的應用目的，結合不同的算法，有不同的實現(xiàn)方式。盡管 DCT 快速算法很早就被提出，并已被研究和應用了幾十年，但二維 8 8DCT 快速算法，仍然還 未十分成熟，現(xiàn)在的算法所要求的乘法次數(shù)還遠高于理論值。但由于其運算量較大，為了滿足實時要求，常常采用硬件來實現(xiàn)其功能。在選取均方差準則下， KarhunenLoeve 變換（ KLT）是信號處理中的最佳變換，但是 KLT 沒有快速算法，且計算十分困難，所以不具有實用價值，但是可以用它來做為衡量其他變換的標準。這樣就使存貯圖像所需的存貯器，或者傳輸圖像所需的通道容量大大節(jié)省。幸而，在數(shù)字圖像的標準表示中，通常含有大量冗余度。盡管數(shù)字圖像存在很多優(yōu)點，但有一潛在的問題，就是要表示它們則需要大量比特數(shù)。對數(shù)字圖像如此感興趣的原因十分明顯：用數(shù)字形式表示 圖像可使可視信息以有效、新穎方式靈活地加以控制。計算機生成圖像 (合成圖像 )也 成為數(shù)字數(shù)據(jù)的主要來源。數(shù)字圖像 (景象數(shù)字化 )的直接獲取也像傳感器以及相關的電子學發(fā)展一樣更加普遍；在地球遙感技術中如 LAND5AT 衛(wèi)星拍照的利用，以及消費市場中電子靜物攝像機的出現(xiàn)就是很好的例證。 近幾年來，對以數(shù)字形式處理圖像的需求顯著增加。雖然我們可以通過改善信息傳遞線路的帶寬和采用大容量的存儲設備來應對，但是很明顯，在很多應用中，單純的增加帶寬和加大存儲容量并不足以完全解決這兩個問題。 隨著人們追求更高質量的多媒體信息，會在兩方面形成瓶頸。所傳遞的信息內容從以文字為主，發(fā)展到了文字、圖像、視頻、音頻等相 結合。因此，數(shù)字圖像壓縮編碼實際上對成像技術的每個方面均是關鍵的。 20世紀末期，科學技術的不斷進步，人們對信息化的要求不斷提高，準備訪問 Inter 和多媒體啟動的 PC（個人計算機）的低成本以及個人通信產(chǎn)品的普及，連同彩色打 印機廣泛的可用性，要求適合于印刷復制的圖像分辨率等等，為滿足這些要求所必需的圖像文件大小，對圖像存儲和傳輸提出了重要的挑戰(zhàn)。 FPGA。 The capacity of information is subjected to the storage capacity of devices. In this paper ,we have presented DCT Transform and with the FPGA design as the goal, The main work is research the DCT transform algorithm and the achievement of FPGA. In this Paper, we first analysis the fast integer DCT transform algorithm, Drawn based on the DCT transform matrix transform algorithm other than the fast algorithm is more suitable for hardware implementation. And we use Verilog HDL hardware description language to develop the RTLlevel code and then have a functional simulation. The result of simulation have proved the correctness. At last, Finally, the study gives a summary of the full text of the future prospects of the work. Keywords: DCT transform。Verilog。論文最后，給出了全文研究工作的總結 ，并對未來的工作進行了展望。摘要 Ⅰ 摘要 隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術的進步，信息技術得到了飛速的發(fā)展， 信息的傳遞受限于信息傳輸線路的帶寬，大容量的信息往往無法及時傳遞；信息的存儲受限于存儲設備的容量 ， 論文 介紹 DCT 變換 的 FPGA 設計為目標，主要進行 的工作： DCT 變換的算法研究與 FPGA 實現(xiàn) 。 論文首先對整數(shù) DCT 變換常見快速算法進行了分析，得出了基于 矩陣變換的 DCT 變換 算法 較其它的快速算法更適合硬件實現(xiàn)，并 利用 Verilog HDL 硬件描述語言開發(fā)了 RTL級代碼，并進行了功能仿真，仿真結果證實了設計的正確性。 關鍵詞： DCT 變換 。FPGA；Abstract Ⅱ Abstract With the development of Inter and multimedia technology, information technology has been rapid developed, but the transmission of information is subjected to the bandwidth of transmission lines, largecapacity information is always delayed。 Verilog。 目錄 Ⅲ 目錄 第一章 緒論 .......................................................... 1 研究背景和意義 ...................................................... 1 國內外研究現(xiàn)狀 .............................................................................................................. 2 本文主要研究內容 .......................................................................................................... 4 第二章 FPGA 技術簡介 ................................................ 5 FPGA 的發(fā)展 ......................................................... 5 FPGA 產(chǎn)品類型 ....................................................... 7 ALTERA 的 FPGA 產(chǎn)品 .................................................. 7 MaxPlusII、 QuartusII 介紹 ........................................... 8 MODELSIM 的 介紹 ..................................................... 9 硬件描述語言 —— Verilog HDL ........................................ 9 第三章 DCT 的算法理論簡介 .......................................... 11 DCT 快速算法簡介 ................................................... 11 一維離散余弦變換（ 1D DCT）的快速算法 ............................ 12 二 維 DCT 變換 ..................................................... 12 整數(shù) DCT 算法介紹 ................................................. 13 第四章 基于 FPGA的 DCT 實現(xiàn) ........................................ 15 離散余弦變換（ DCT） ............................................... 15 基于 FPGA 的 DCT 實現(xiàn) ............................................... 17 時序分析與優(yōu)化 ..................................................... 22 第五章 仿真結論分析 ................................................ 23 系統(tǒng)仿真 ........................................................... 23 FPGA 驗證意義 ...................................................... 24 第六章 總結 ......................................................... 26 致謝 ................................................................. 27 參考文獻 ............................................................. 28 附錄 ................................................................. 29 文獻 ................................................................. 41 第一章 緒論 1 第一章 緒論 自從 19 世紀照相技術獲得突破性的進步，人們以圖像的方式再現(xiàn)生活的愿望不斷促進著新技術的產(chǎn)生。根據(jù)通信傳輸質量與速度的約束，技術人員對圖像的處理方法是，將模擬的圖像信息數(shù)字化，形成原始的按照像素對圖像進行描述的數(shù)據(jù)，再通過壓縮編碼將原始圖像中的冗余信息刪除掉，減少重現(xiàn)和分析原始圖像所需的存貯數(shù)據(jù)量。 隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術的進步，信息技術得到了飛速的發(fā)展。其中靜止圖像是最重要的信息載體之一，但是數(shù)字化圖像的信息量是很大的，圖像信息的海量數(shù)據(jù)存儲、處理和傳輸便成為其硬件和軟件技術的最大難題之一。一方面，信息的傳遞受限于信息傳輸線路的帶寬，大容量的信息往往無法及時傳遞；另一方面，信息的存儲受限于存儲設備的容量，這一點在移動設備上表現(xiàn)得尤為明顯。這就對圖像 提出了高保真、大壓縮比壓縮技術的要求。由于圖像掃描器性能的改善以及成本大大降低，相片、印刷文本和其它介質現(xiàn)在可以很容易地轉換成數(shù)字形式 (圖像數(shù)字化 )。此外，醫(yī)學中很多不同的攝像方式，諸如計算層析 x射線攝影法(CT)或滋共振攝像 (MRI)，直接以數(shù)字形式產(chǎn)生圖像。在廣告和文娛活動中廣泛應用計算機制圖，并且它在科學顯像以及工程應用中也在迅速增長。在過去的十年中，隨著計算能力按指數(shù)規(guī)律增長的事實，致使數(shù)字圖像系統(tǒng)在以下各個領域中廣泛應用，如天文學、遙感、醫(yī)學、攝影報道、圖形藝術、法律實施、廣告和制造業(yè)等。根據(jù)計算 ,在不進行編碼壓縮處理的情況下 ,一張 600M 的光盤僅能存放 20s左右的 640 480 像素的圖像信息 ,電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設計 2 這就使得在對圖像的存儲和處理中所遇到的困難和所需成本是非常高的。圖像壓縮是圖像數(shù)據(jù)有效編碼的技術和科學，其目的在于獲得這種冗余優(yōu)點，從而減少表示圖像所需的比特數(shù)。自從離散余弦變換（ DCT）被提出以來，由于它能有效的消除圖像的空域冗余，因而已被廣泛應用在數(shù)字信號處理中，特別是語音及圖像數(shù)據(jù)壓縮、自適應濾波以及通信系統(tǒng)等領域，至今已被 JPEG、 MPEGMPEG MPEG4 和 H26x 等國際標準所采用。在有快速算法的次最佳變換中，DCT 基向量最接近 KLT，因而發(fā)展很快。而 DCT 所具有的快速算法也為 DCT 的硬件實現(xiàn)提供了便利。目前，還在不斷的有新的快速算法被提出和應用，對 DCT 算法的研究仍然是當今圖像壓縮編碼研究的重點之一。 離散余弦變換是由離散傅立葉變換 (DFT)發(fā)展過來的，由于離散傅立葉變換在數(shù)字信號處理頻譜分析等領域中已成為有力的數(shù)學工具，但其缺點是復數(shù)域運算，運算量太大以至難以實時處理，為克服這些缺點， 1974 年， Ahmed 等人構造了一種實數(shù)域變換 ——DCT。 DCT 有一個重要性質，就是它的變換矩陣的基向量很近似于 Toep