專利名稱：Mpeg－2到h.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，特別是涉及一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼過程中將解碼輸入的MPEG-2視頻碼流獲得的離散余弦(DCT)系數(shù)直接轉換到H.264 4階整數(shù)系數(shù)的轉換方法。
背景技術：
H.264是由ISO/IEC和ITU聯(lián)合研究并制定的最新國際視頻標準，它采用的是4階整數(shù)變換方法來獲得變換系數(shù)。這種整數(shù)變換是DCT變換的一種近似，但該方法將DCT變換中的浮點運算改為整數(shù)運算，同時，對更小的數(shù)據(jù)塊(4×4)進行處理。這與MPEG-2采用8階DCT變換來獲得變換系數(shù)的方法存在巨大的差別。MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器必須解決將解碼輸入MPEG-2碼流獲得的8階DCT系數(shù)直接轉換為H.264的4階整數(shù)系數(shù)的問題。
H.264標準的高視頻壓縮效率是在顯著增加編碼計算復雜度為代價獲得的，這使得MPEG-2到H.264視頻轉碼器復雜度遠遠高于其他編碼標準之間的轉碼器，如MPEG-1、MPEG-2、H.263等基于DCT變換的標準內部的轉碼器或它們之間的轉碼器。如何有效的降低視頻轉碼的計算復雜度同時又能保證盡可能好的視頻質量是MPEG-2到H.264視頻轉碼研究的核心問題。
在MPEG-2視頻碼流中，由于DCT變換的能量集中屬性，以及P、B幀采用運動補償編碼技術編碼預測殘差，使得8×8DCT塊中的非零系數(shù)數(shù)目很少，而且很多集中在左上角4×4低頻部分。采用Jun Xin提出的轉換矩陣實現(xiàn)MPEG-2到H.264變換系數(shù)轉換計算復雜度太高，例如文獻1J.Xin，A.Vetro and H.Sun，“Converting DCTcoefficients to H.264/AVC transform coefficiems，”IEEE Pacific-Rim Conference onMultimedia(PCM)，Lecture Notes in Computer Science，ISSN0302-9743，November2004，Vol.3332/2004 pp.939.中公開的技術，因為它沒有考慮在視頻轉碼中應用8×8DCT塊中DCT系數(shù)分布特點。把解碼輸入的MPEG-2視頻碼流獲得的8階DCT系數(shù)直接轉換到的H.264 4階整數(shù)變換系數(shù)是MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼必需的操作。降低系數(shù)轉換操作的計算復雜度，對于實現(xiàn)實時MPEG-2到H.264轉碼有著重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，從而提供一種可以保持視頻質量，降低系數(shù)轉換操作的計算復雜度的MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，包括如下步驟1)從輸入MPEG-2碼流中獲取8×8DCT塊系數(shù)分布信息；2)將上一步驟1)中的8×8DCT塊進行分類；3)對上一步驟2)的8×8DCT塊按照其分類來分別進行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
在上述技術方案中，進一步地，所述步驟2)中將8×8DCT塊劃分為3類普通塊、低頻塊、全零塊；其中，如果一個8×8DCT塊中的非零系數(shù)都位于8×8塊的左上角4×4塊內，那么劃分該DCT塊為低頻塊，低頻塊示意圖如圖2所示；如果一個8×8DCT塊中沒有非零系數(shù)，則劃分該DCT塊為全零塊；所有其他DCT塊劃分為普通塊。
進一步地，所述步驟3)中利用低頻DCT塊的系數(shù)分布特征進行系數(shù)轉換操作，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
進一步地，所述步驟3)中的低頻塊利用其非零DCT系數(shù)只是分布在左上角4×4內，其他DCT系數(shù)值等于零的特點，在進行系數(shù)轉換操作過程中，對于值為零的DCT系數(shù)的轉換操作進行省略，不需要進行計算。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下本發(fā)明保持視頻質量，降低系數(shù)轉換操作的計算復雜度。本發(fā)明的優(yōu)點是利用了MPEG-2視頻壓縮數(shù)據(jù)中DCT系數(shù)分布特征，減少了在壓縮域視頻轉碼中將一個8階DCT系數(shù)轉換為H.264 4階整數(shù)變換系數(shù)所需要的操作數(shù)，但是在邏輯功能上完全一致，不是近似轉換算法。


圖1是實施例的MPEG-2到H.264壓縮域轉碼器系數(shù)轉換過程示意圖；圖2是本發(fā)明低頻DCT塊示意圖；
圖3是實施例的低頻DCT塊系數(shù)轉換計算過程。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述本發(fā)明的系數(shù)轉換的具體實現(xiàn)過程如下1)從MPEG-2解碼過程中獲取DCT塊系數(shù)分布信息；如圖1所示，對輸入MPEG-2視頻碼流經過可變長解碼、反量化后可以獲得的8×8DCT系數(shù)塊和DCT塊的系數(shù)分布信息，此過程采用現(xiàn)有技術提供的方法。
2)將8×8DCT塊劃分為3類普通塊、低頻塊、全零塊，具體過程是在MPEG-2解碼過程中，可以獲得非零系數(shù)的位置信息，如果一個8×8DCT塊中的非零系數(shù)都位于8×8塊的左上角4×4塊內，那么劃分該DCT塊為低頻塊，低頻塊示意圖如圖2所示；如果一個8×8DCT塊中沒有非零系數(shù)(如MPEG-2視頻編碼標準中的跳過的宏塊)，則劃分該DCT塊為全零塊；所有其他DCT塊劃分為普通塊。
因為DCT系數(shù)位置可以直接從MPEG-2解碼過程中獲取，所以對于MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器，獲取DCT塊分類信息只是需要判斷是否有非零系數(shù)不是位于左上角的4×4塊區(qū)域內。判別塊類型操作消耗的計算復雜度相對于系數(shù)轉換操作是很小的，可以完全忽略不計。
3)按照上述DCT塊類型分別處理①對于普通塊的處理，采用現(xiàn)有技術提供的常規(guī)方法；若X表示一個8×8DCT系數(shù)塊，其對應的8×8H.264整數(shù)變換系數(shù)塊為Z，Z包含4個4×4H.264整數(shù)變換系數(shù)塊Z11、Z12、Z21、Z22，即Z=Z11Z12Z21Z22.]]>X直接轉換到Z可以表示為Z＝S×X×ST其中矩陣S表示Jun Xin提出的系數(shù)轉換矩陣，ST是S的轉置矩陣。
S=H00H×T8T=K×T8T]]>
這里T8表示8階DCT變換矩陣，H表示4階H.264整數(shù)變換矩陣H=111121-1-21-1-111-22-1,]]>K表示矩陣K=H00H.]]>②對于低頻塊的處理；根據(jù)低頻塊中DCT系數(shù)分布特征，本發(fā)明在Jun Kin變換矩陣基礎上提出快速計算方法如下因為二維8×8DCT系數(shù)轉換操作可以轉換為一維操作來實現(xiàn)，這對于本領域技術人員是可以勝任的，所以本實施例首先介紹一維情況下低頻塊系數(shù)轉換方法z[1]-z[8]表示一維DCT系數(shù)。其轉換后對應的H.264整數(shù)變換系數(shù)為Z[1]-Z[8]。考慮到低頻塊的z[5]-z[8]系數(shù)值等于零，則進行系數(shù)轉換時對于它們不需要進行計算，具體計算過程為m1＝a×z[1]m2＝b×z[2]-c×z[4]m3＝g×z[3]m4＝f×z[2]+h×z[4]m6＝-l×z[2]+m×z[4]m7＝j×z[3]m8＝p×z[2]-q×z[4]Z[1]＝m1+m2Z[5]＝m1-m2Z[2]＝m3+m4Z[6]＝m4-m3Z[3]＝m6Z[7]＝-m6Z[4]＝m7-m8Z[8]＝m7+m8
這里m1，m2，m3，m4，m6，m7，m8是中間變量。常數(shù)a，b，…，q是Jun xin轉換矩陣S中的系數(shù)(a＝1.4142，b＝1.2815，c＝0.45，f＝0.9236，g＝2.2304，h＝1.7799，j＝0.1585，l＝0.1056，m＝0.7259，p＝0.1169，q＝0.0922)，上述計算過程詳見圖3所示，其中箭頭表示乘以-1。
對于8×8二維DCT塊的轉換操作，根據(jù)二維矩陣乘法可以轉換為一維來實現(xiàn)的原理，可以對8×8DCT塊(即二維情況)中的8個8×1列向量(即一維情況)依次進行上述計算過程，獲得8×8中間結果矩陣，然后對該8×8中間結果矩陣中的8個1×8行向量(即一維情況)依次進行上述計算過程，最后獲得最終的轉換結果。對于低頻DCT塊需要額外注意其中有4行一維向量是全零向量，其計算可以省略。
③對于全零塊的處理因為系數(shù)全是零，所以不需要計算，轉換結果是4個4×4全零塊。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，包括如下步驟1)從輸入MPEG-2碼流中獲取8×8離散余弦塊系數(shù)分布信息；2)將上一步驟1)中的8×8離散余弦塊進行分類；3)對上一步驟2)的8×8離散余弦塊按照其分類來分別進行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，其特征在于，所述步驟2)中將8×8離散余弦塊劃分為3類普通塊、低頻塊、全零塊；其中劃分方法為如果一個8×8離散余弦塊中的非零系數(shù)都位于8×8塊的左上角4×4塊內，那么劃分該離散余弦塊為低頻塊；如果一個8×8離散余弦塊中沒有非零系數(shù)，則劃分該離散余弦塊為全零塊；所有其他離散余弦塊劃分為普通塊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，其特征在于，所述步驟3)中，根據(jù)低頻離散余弦塊的系數(shù)分布特征進行系數(shù)轉換操作，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉碼器系數(shù)轉換方法，其特征在于，所述步驟3)中的低頻塊，只對所述低頻塊左上角4×4內的非零離散余弦系數(shù)進行系數(shù)轉換操作，對于值為零的離散余弦系數(shù)的轉換操作進行省略。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MPEG－2到H.264壓縮域視頻轉碼過程中將解碼輸入的MPEG－2視頻碼流獲得的離散余弦系數(shù)直接轉換到H.264 4階整數(shù)系數(shù)的轉換方法，包括如下步驟1)從輸入MPEG－2碼流中獲取8×8DCT塊系數(shù)分布信息；2)將上一步驟1)中的8×8DCT塊進行分類；3)對上一步驟2)的8×8DCT塊按照其分類來分別進行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。本發(fā)明優(yōu)點是保持視頻質量，降低系數(shù)轉換操作的計算復雜度。
文檔編號H04N7/50GK1992903SQ20051013521
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2005年12月27日
發(fā)明者陳杲, 林守勛, 張勇東 申請人:中國科學院計算技術研究所