一種應(yīng)用于圖像編碼的優(yōu)選整數(shù)變換基的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于圖像編碼的優(yōu)選整數(shù)變換基。通過對(duì)整數(shù)DCT變換矩陣填充規(guī)則加以改進(jìn)，得到一類新的整數(shù)變換基，稱為“類整數(shù)DCT”變換基。從海量“類整數(shù)DCT”變換基中搜索得到一種優(yōu)選整數(shù)變換基，這一整數(shù)變換基具有以下特征：矩陣元素是整數(shù)，滿足正交約束條件，歸一化后正交矩陣同原始的DCT變換基具有相近的去相關(guān)性能，一維變換有完全蝶形快速算法，變換運(yùn)算過程僅需加法和移位操作，無乘法運(yùn)算，變換運(yùn)算精度高，正逆變換完全可逆無浮點(diǎn)漂移，變換運(yùn)算易于硬件實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明變換基及其變換處理方法應(yīng)用于視頻圖像編碼，可降低編碼器復(fù)雜度。
【專利說明】一種應(yīng)用于圖像編碼的優(yōu)選整數(shù)變換基
[0001] 一、【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及圖像編碼【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種圖像變換編碼方法(類整數(shù)DCT變換編 碼方法，或優(yōu)整數(shù)變換方法)。
[0002] 二、【背景技術(shù)】 圖像編碼是指在滿足一定質(zhì)量(信噪比的要求或主觀評(píng)價(jià)得分）的條件下，以較少比特 數(shù)表示圖像或圖像中所包含信息的技術(shù)。
[0003] 離散余弦變換 DCT (Discrete Cosine Transform)自從 1974 年被 N. Ahmed 等人 提出以后，由于能夠極大地去除圖像元素在變換域的相關(guān)性，被認(rèn)為是性能接近最優(yōu)變換 K-L變換的準(zhǔn)最佳變換，在圖像和視頻壓縮編碼領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的DCT變換矩 陣是用浮點(diǎn)數(shù)表示的，采用了較多的乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算，而乘法運(yùn)算在通用計(jì)算芯片中 需要消耗更多的系統(tǒng)資源，占用更多的運(yùn)算時(shí)間，在受限字長條件下，浮點(diǎn)運(yùn)算存在截?cái)嗾` 差，精度不高，編碼和解碼數(shù)據(jù)存在漂移，會(huì)造成不匹配現(xiàn)象。整數(shù)DCT變換采用整數(shù)代替 常規(guī)的浮點(diǎn)數(shù)表示變換矩陣。變換的核心部分為整數(shù)變換，無浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，精確度高；核心 變換只需要簡單的加法和移位運(yùn)算即可完成，減少了計(jì)算復(fù)雜度；整數(shù)運(yùn)算不存在精度誤 差，保證了編碼的可逆性，解決了編碼器和譯碼器正逆變換之間的匹配問題，因此新一代音 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H. 264/AVC、中國國家音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS等，準(zhǔn)均采用了整數(shù)DCT變換。
[0004] 整數(shù)變換基的選擇對(duì)正交變換的性能起著決定性的作用。因?yàn)檎麛?shù)變換基矩陣不 是唯一的，整數(shù)DCT變換基是眾多整數(shù)變換基之一，選擇變換基準(zhǔn)則是其歸一化系數(shù)矩陣 與DCT變換矩陣盡可能接近，以達(dá)到最佳去相關(guān)性能。而本發(fā)明"類整數(shù)DCT變換"基的選 擇準(zhǔn)則是：變換基的去相關(guān)特性與DCT特性盡可能相接近，而不追求其歸一化系數(shù)矩陣與 DCT矩陣接近，以達(dá)到變換運(yùn)算有完全碟形快速算法的目的。
[0005] 三、
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明實(shí)例的目的在于提出一種應(yīng)用于圖像編碼的優(yōu)選整數(shù)變換基，旨在解決下面兩 個(gè)方面問題：（1)現(xiàn)有DCT變換矩陣變換采用浮點(diǎn)乘法和加法，占用硬件資源多，計(jì)算精度 不高，DCT正反變換不能完全匹配，變換不可逆的問題；（2) DCT、整數(shù)DCT無完全快速算法， 硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高。優(yōu)選整數(shù)變換基的獲得為進(jìn)一步降低圖像編碼器的復(fù)雜度、提高性能 有巨大實(shí)用價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的，整數(shù)變換基構(gòu)建矩陣//為：
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于圖像編碼的整數(shù)變換基，其特征在于：變換基矩陣為8X8整數(shù)矩陣//，矩 陣元素填充方法為：
其中
為1~15的整數(shù)，最優(yōu)整數(shù)變換基元素

2. 如權(quán)力要求1所述的圖像編碼整數(shù)變換基矩陣仏其特征在于//必須滿足正交性，即 要求￥為對(duì)角陣：
式中左=4( ，為i兩足正父性，必須i兩足左=0，即<37<%=
3. 如權(quán)力要求1所述整數(shù)變換基，其特征在于，用于接收?qǐng)D像編碼預(yù)測模塊輸出的 8X8圖像殘差數(shù)據(jù)Ζ，用于變換編碼處理，其二維正逆變換的矩陣關(guān)系表示為：
其中I為原始輸入殘差數(shù)據(jù)矩陣，7為變換結(jié)果，G為//的歸一化矩陣，es為矩陣點(diǎn) 運(yùn)算，所以整數(shù)變換是可逆的。
4. 如權(quán)力要求1所述的圖像編碼的整數(shù)變換基，其特征在于，變換矩陣//中所有元素為 整數(shù)，變換全為整數(shù)運(yùn)算，歸一化與量化合并，在變換最后階段處理，歸一化處理可將放大 了的變換系數(shù)縮小到合適的大小。
5. 如權(quán)力要求1所述的圖像編碼整數(shù)變換基，其特征在于，二維類整數(shù)DCT變換可分解 為兩次一維變換，一維類整數(shù)DCT正變換矩陣表達(dá)式為/=/?，其中z、Z為變換前后一維列 向量，展開成計(jì)算多項(xiàng)式表示為：
其4
玄四組數(shù)據(jù)之間形成蝶形運(yùn)算關(guān)系，運(yùn)算得到四 組新的數(shù)據(jù)
四組新的數(shù)據(jù)之間可 再次利用蝶形運(yùn)算，其結(jié)果分別乘以不同系數(shù)，經(jīng)第三次應(yīng)用蝶形運(yùn)算得到最后變換結(jié)果， 其運(yùn)算流程圖在說明書附圖1中給出。
【文檔編號(hào)】H04N19/625GK104113763SQ201310138425
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】吳君欽, 李艷麗 申請(qǐng)人:江西理工大學(xué)