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高性能低功耗的数字信号处理部件结构设计研究
其他题名Low Power High Performance Units Design for Signal Processing
李振伟
学位类型工学博士
导师彭思龙
2008-05-27
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业模式识别与智能系统
关键词媒体处理器 低功耗 功能单元结构设计 深亚微米 Media Processor Low Power Function Unit Design Dsm
摘要在深亚微米媒体处理器SoC系统设计中,高性能低功耗功能单元的设计和实现是研究工作的关键问题之一。本文从深亚微米时代VLSI设计低功耗、低成本、高实时性的特点出发,主要研究了算法结构对功耗、速度、成本的影响,开展图像处理基本运算功能单元的结构设计与仿真研究。主要包括DCT/IDCT变换结构和FIR滤波器结构设计与综合两个方面,取得的主要研究成果如下: 首先,通过分析DCT/IDCT变换的内在特点,设计了基于CSD编码的向量内积分布式算法结构,并将其应用于二维变换结构中,仅利用面积、功耗开销较低的加(减)法器、移位器和多路器,实现了乘法计算非常密集的DCT/IDCT变换。整体结构在功耗、面积和性能方面与现有的结构相比有较大的改善。 其次,针对多媒体应用中不同变换精度、功耗的需求,利用DCT系数能量分布的特性,设计了上述结构的多精度配置优化方法。通过选择DCT基向量局部最优的分布式算法展开精度,实现了变换精度损失与功耗减少的优化处理。硬件电路可以针对不同的需求配置为高、中、低三个运算精度级别,具有较小的面积和较高的速度,可同时满足对精度功耗有不同要求的多种领域的应用。 最后,提出了一种基于最优图表示的FIR滤波器系数离散化及结构的设计方法,与现有的硬件电路设计中系数离散表示方法相比,滤波器整体性能及消耗的计算资源均有不同程度的改善。同时,利用FIR滤波器系数间的相关性,提出了一种基于图的滤波器结构综合方法,采用此方法得到的硬件结构极大的减少了计算单元的数量,达到了减少硬件电路计算功耗的目标。
其他摘要The design and implementation of high speed low power function units is the key point of multimedia processing system with DSM (Deep Sub-Micro) technology. In this thesis, we focus on the architecture level’s influence on low power, low cost and high real-time characteristic of VLSI design, then design and implement the base function units for image processing. The content of this thesis include DCT/IDCT architecture design and FIR filter architecture design. The detailed research improvements are as follows. Firstly, by analyzing the characteristic of DCT/IDCT, we propose a new CSD based architecture for computing inner product and design 2-D DCT transform architecture. Using only the low cost and power units of adder, shifter and multiplexer, the architecture can perform DCT/IDCT with complicated multiplicative operations. The experimental result shows that it is superior over existing architectures. Secondly, Using the character of energy distribution of the DCT matrix after 2D DCT operation,we propose the reconfigurable architecture of before-mentioned。By selecting the local best Distributed Arithmetic (DA) precision of DCT bases, we achieve considerable power reduction in DCT operation with minimum image quality degradation. Implementation and simulation result shows that the architecture is very useful for image video compression and transmission applications. Finally, we proposed a disperse method for the coefficient of FIR filter based on graph expression. Compared with the exiting method, it has better performance and lower hardware cost. By using the relationship of the coefficients, we gave a synthesis methodology to reduce the implementation complexity of FIR filter. Using the proposed techniques, we obtain an implementation with minimal hardware cost as well as minimal power consumption.
馆藏号XWLW1223
其他标识符200518014628069
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6079
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
李振伟. 高性能低功耗的数字信号处理部件结构设计研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2008.
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