FPGA implementation of discrete cosine transform using difference based adder graph algorith

Abstract

Nowadays, Digital Signal Processing (DSP) is an active research field especially topics related to hardware design such as circuit implementation using Field Programmable Gate Arrays (FPGA). In addition, since multipliers take up a lot of resources in DSP applications, researchers have been implementing multiplications using shift/add network design, also known as Multiple Constant Multiplication (MCM). There are several algorithms that solve the MCM problem efficiently, including Hcub, FRYER and DiffAG. In this work, the DiffAG algorithm has been developed using Matlab. Then, using its MCM solution, a Discrete Cosine Transform (DCT) design is implemented using FPGA. The DCT design is developed using the row-column decomposition method. In order to compare, another design is developed using FREYR's MCM solution. The results suggest that the DCT design using MCM solutions obtained from DiffAG algorithm achieve more processing speed by 18.2%. However, results obtained using FREYR's MCM solution achieve the DCT using less area by 9.2%.

Günümüzde Dijital Sinyal İşleme (DSP), özellikle Alan Programlanabilir Geçit Dizilimi (FPGA) kullanarak devre uygulaması gibi donanım tasarımı ile ilgili konularda aktif bir araştırma alanıdır. Buna ek olarak, çarpıcılar DSP uygulamalarında çok fazla kaynak tükettiği için araştırmacılar, Çoklu Sabit Çarpma (MCM) olarak da bilinen shift / add ağ tasarımını kullanarak çarpmaları uygulamaktadırlar. Hcub, FRYER ve DiffAG dahil olmak üzere MCM problemini verimli bir şekilde çözen birkaç algoritma vardır. Bu çalışmada DiffAG algoritması Matlab kullanılarak geliştirilmiştir. Ardından, MCM çözümünü kullanarak FPGA üzerinde Ayrık Kosinüs Dönüşümü (DCT) tasarımı uygulanır. DCT tasarımı, satır-sütun ayrıştırma yöntemi kullanılarak geliştirilmiştir. Karşılaştırmak için, FREYR'ın MCM çözümü kullanılarak başka bir tasarım geliştirilmiştir. Sonuçlar, DiffAG algoritmasından elde edilen MCM çözümlerini kullanan DCT tasarımının% 18,2 oranında daha fazla işlem hızı elde ettiğini göstermektedir. Bununla birlikte, FREYR'in MCM çözümü kullanılarak elde edilen sonuçlar,% 9,2 oranında daha az alan kullanarak DCT'ye ulaşmaktadır.