一种基于一次性编程浮栅晶体管阵列用于传感器内处理架构的二维离散余弦变换处理器

《IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems》：A 2D-DCT Processor Using One-Time-Programmed Floating-Gate Transistor Array for Processing-in-Sensor Architecture

　　

摘要：

资源受限的智能视觉物联网（IoT）边缘设备的大规模部署，催生了对低功耗、高保真图像压缩解决方案的迫切需求。传统的离传感器压缩方法会带来显著的量化能耗开销、数字内存负担和数据转换延迟。为解决这一问题，本文提出了一种适用于传感器内处理（PIS）架构的二维离散余弦变换（2D-DCT）处理器，该处理器利用一次性编程（OTP）浮栅晶体管（FGT）阵列作为DCT计算单元（CU）。所提出的2D-DCT处理器能够在数字化之前对图像数据进行压缩，从而显著降低模数转换器（ADC）的量化开销和数字数据传输带宽。原型芯片采用65 nm闪存技术制造。所提出的2D-DCT处理器与一个32×32模拟图像传感器阵列集成，构建了用于评估的PIS系统。压缩结果显示，峰值信噪比（PSNR）在29.52至32.14 dB之间，结构相似性指数（SSIM）在0.934至0.973之间，在8×压缩比（CR）下，PSNR超过24.3 dB，表明图像压缩质量较高。所构建的PIS系统实现了398 fps的最大处理帧率，2D-DCT处理器功耗为7.06 μW，能效达到17.32 pJ/pixel。