專利名稱:Mpeg－2到h.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)換方法，特別是涉及一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼過(guò)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(zhuǎn)換到H.264 4階整數(shù)系數(shù)的轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
H.264是由ISO/IEC和ITU聯(lián)合研究并制定的最新國(guó)際視頻標(biāo)準(zhǔn)，它采用的是4階整數(shù)變換方法來(lái)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(diǎn)運(yùn)算改為整數(shù)運(yùn)算，同時(shí)，對(duì)更小的數(shù)據(jù)塊(4×4)進(jìn)行處理。這與MPEG-2采用8階DCT變換來(lái)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為H.264的4階整數(shù)系數(shù)的問題。
H.264標(biāo)準(zhǔn)的高視頻壓縮效率是在顯著增加編碼計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)獲得的，這使得MPEG-2到H.264視頻轉(zhuǎn)碼器復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他編碼標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)碼器，如MPEG-1、MPEG-2、H.263等基于DCT變換的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部的轉(zhuǎn)碼器或它們之間的轉(zhuǎn)碼器。如何有效的降低視頻轉(zhuǎn)碼的計(jì)算復(fù)雜度同時(shí)又能保證盡可能好的視頻質(zhì)量是MPEG-2到H.264視頻轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼技術(shù)編碼預(yù)測(cè)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(zhuǎn)換矩陣實(shí)現(xiàn)MPEG-2到H.264變換系數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算復(fù)雜度太高，例如文獻(xiàn)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(shù)，因?yàn)樗鼪]有考慮在視頻轉(zhuǎn)碼中應(yīng)用8×8DCT塊中DCT系數(shù)分布特點(diǎn)。把解碼輸入的MPEG-2視頻碼流獲得的8階DCT系數(shù)直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)碼必需的操作。降低系數(shù)轉(zhuǎn)換操作的計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)MPEG-2到H.264轉(zhuǎn)碼有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種可以保持視頻質(zhì)量，降低系數(shù)轉(zhuǎn)換操作的計(jì)算復(fù)雜度的MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)換方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)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(jìn)行分類；3)對(duì)上一步驟2)的8×8DCT塊按照其分類來(lái)分別進(jìn)行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
在上述技術(shù)方案中，進(jìn)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(gè)8×8DCT塊中的非零系數(shù)都位于8×8塊的左上角4×4塊內(nèi)，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(gè)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(jìn)一步地，所述步驟3)中利用低頻DCT塊的系數(shù)分布特征進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換操作，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
進(jìn)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(nèi)，其他DCT系數(shù)值等于零的特點(diǎn)，在進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換操作過(guò)程中，對(duì)于值為零的DCT系數(shù)的轉(zhuǎn)換操作進(jìn)行省略，不需要進(jìn)行計(jì)算。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明保持視頻質(zhì)量，降低系數(shù)轉(zhuǎn)換操作的計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(zhuǎn)碼中將一個(gè)8階DCT系數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換算法。
圖1是實(shí)施例的MPEG-2到H.264壓縮域轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程示意圖；圖2是本發(fā)明低頻DCT塊示意 圖3是實(shí)施例的低頻DCT塊系數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算過(guò)程。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的系數(shù)轉(zhuǎn)換的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下1)從MPEG-2解碼過(guò)程中獲取DCT塊系數(shù)分布信息；如圖1所示，對(duì)輸入MPEG-2視頻碼流經(jīng)過(guò)可變長(zhǎng)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(guò)程采用現(xiàn)有技術(shù)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(guò)程是在MPEG-2解碼過(guò)程中，可以獲得非零系數(shù)的位置信息，如果一個(gè)8×8DCT塊中的非零系數(shù)都位于8×8塊的左上角4×4塊內(nèi)，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(gè)8×8DCT塊中沒有非零系數(shù)(如MPEG-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中的跳過(guò)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?yàn)镈CT系數(shù)位置可以直接從MPEG-2解碼過(guò)程中獲取，所以對(duì)于MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)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(nèi)。判別塊類型操作消耗的計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)于系數(shù)轉(zhuǎn)換操作是很小的，可以完全忽略不計(jì)。
3)按照上述DCT塊類型分別處理①對(duì)于普通塊的處理，采用現(xiàn)有技術(shù)提供的常規(guī)方法；若X表示一個(gè)8×8DCT系數(shù)塊，其對(duì)應(yīng)的8×8H.264整數(shù)變換系數(shù)塊為Z，Z包含4個(gè)4×4H.264整數(shù)變換系數(shù)塊Z11、Z12、Z21、Z22，即Z=Z11Z12Z21Z22.]]>X直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換矩陣，ST是S的轉(zhuǎn)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(duì)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(chǔ)上提出快速計(jì)算方法如下因?yàn)槎S8×8DCT系數(shù)轉(zhuǎn)換操作可以轉(zhuǎn)換為一維操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是可以勝任的，所以本實(shí)施例首先介紹一維情況下低頻塊系數(shù)轉(zhuǎn)換方法z[1]-z[8]表示一維DCT系數(shù)。其轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)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(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)于它們不需要進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)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(luò)×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(zhuǎn)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(jì)算過(guò)程詳見圖3所示，其中箭頭表示乘以-1。
對(duì)于8×8二維DCT塊的轉(zhuǎn)換操作，根據(jù)二維矩陣乘法可以轉(zhuǎn)換為一維來(lái)實(shí)現(xiàn)的原理，可以對(duì)8×8DCT塊(即二維情況)中的8個(gè)8×1列向量(即一維情況)依次進(jìn)行上述計(jì)算過(guò)程，獲得8×8中間結(jié)果矩陣，然后對(duì)該8×8中間結(jié)果矩陣中的8個(gè)1×8行向量(即一維情況)依次進(jìn)行上述計(jì)算過(guò)程，最后獲得最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果。對(duì)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(jì)算可以省略。
③對(duì)于全零塊的處理因?yàn)橄禂?shù)全是零，所以不需要計(jì)算，轉(zhuǎn)換結(jié)果是4個(gè)4×4全零塊。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求
范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)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(jìn)行分類；3)對(duì)上一步驟2)的8×8離散余弦塊按照其分類來(lái)分別進(jìn)行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)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(gè)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(nèi)，那么劃分該離散余弦塊為低頻塊；如果一個(gè)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(quán)利要求
1或2所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)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(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換操作，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述MPEG-2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼器系數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述步驟3)中的低頻塊，只對(duì)所述低頻塊左上角4×4內(nèi)的非零離散余弦系數(shù)進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換操作，對(duì)于值為零的離散余弦系數(shù)的轉(zhuǎn)換操作進(jìn)行省略。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種MPEG－2到H.264壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼過(guò)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(zhuǎn)換到H.264 4階整數(shù)系數(shù)的轉(zhuǎn)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(jìn)行分類；3)對(duì)上一步驟2)的8×8DCT塊按照其分類來(lái)分別進(jìn)行處理，獲得H.264整數(shù)變換系數(shù)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是保持視頻質(zhì)量，降低系數(shù)轉(zhuǎn)換操作的計(jì)算復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04N7/50GK1992903SQ200510135212
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月27日
發(fā)明者陳杲, 林守勛, 張勇東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan