用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法

2023-07-09 01:07:01

專利名稱:用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法
技術領域：
本發明涉及一種用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法，特別涉及將一個8×8離散餘弦變換(DCT)係數塊直接轉換到4個4×4整數變換係數塊的轉換方法。
背景技術：
H.264是由ISO/IEC和ITU聯合研究並制定的最新國際視頻標準。由於H.264標準極大地提高了視頻壓縮效率，它將在視頻通信、高清晰電視、DVD和數字攝像機(DVR)、壓縮視頻存儲、視頻資料庫以及未來的移動視頻通信等領域獲得廣泛應用。MPEG-2是目前應用的最為廣泛地視頻編碼標準。為了保護媒體服務商對MPEG-2的軟硬體投資以及利用已經採用MPEG-2標準壓縮的視頻資源，需要使用轉碼器來完成MPEG-2到H.264視頻流的轉換。由於H.264視頻編碼標準採用的是4階整數變換方法來獲得變換係數。這種整數變換是DCT變換的一種近似，但它將DCT變換中的浮點運算改為整數運算，同時，對更小的數據塊(4×4)進行處理。這與MPEG-2採用8階DCT變換來獲得變換係數的方法存在巨大的差別。在壓縮域MPEG-2到H.264轉碼過程中，MPEG-2 8×8DCT係數塊轉換為H.264 4×4整數變換係數塊是其中必需的操作。採用Jun Xin提出的轉換矩陣實現係數塊轉換操作複雜度太高，參見文獻1J.Xin，A.Vetro and H.Sun，「Converting DCT coefficients to H.264/AVC transformcoefficients，」IEEE Pacific-Rim Conference on Multimedia(PCM)，Lecture Notes inComputer Science，ISSN0302-9743，November 2004，Vol.3332/2004 pp.939.中公開的方法。
把MPEG-28階DCT係數塊轉換到H.264 4×4整數變換係數塊是MPEG-2到H.264轉碼過程中的必需操作。降低係數轉換操作的計算複雜度，對於實現實時MPEG-2到H.264轉碼有著重要意義。

發明內容本發明的目的是克服現有技術實現係數塊轉換操作複雜度太高的不足，從而提供一種操作複雜度低的用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法。
為了實現上述目的，本發明採取如下技術方案一種用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法，包括如下步驟1)將縮放矩陣D結合到MPEG-2反量化矩陣中去；即將對角矩陣D與MPEG-2反量化矩陣相乘獲得結果矩陣替換原來的MPEG-2反量化矩陣。也就是MPEG-2反量化過程採用了結果矩陣作為新的反量化矩陣。
2)根據置換矩陣P對上一步驟1)的MPEG-2反量化過程獲得的8×8DCT塊進行位置調整；相當於8×8DCT左乘P矩陣，然後再右乘P的轉置矩陣。
3)將調整後的8×8DCT塊轉換為4個4×4整數變換係數塊。
進一步地，上述步驟3)中所用轉換矩陣為Sd(B1B2)T，其中B1B2=10000000010000000011000000-11000000001-10100000111000001-110000-1-101]]>Sd=4000abc100d4-e0f204000-b0100-b2g0-h14000-a-b-c-100-d-4-e0f204000b0-100b-2g0-h1]]>且此處a＝1.0824，b＝1.4142，c＝2.6132，d＝4.2426，e＝3.9198，f＝1.6236，g＝1.3066，h＝0.5412。
與現有技術相比，本發明的優點是1)提出了將一個MPEG-2 8×8離散餘弦(DCT)係數塊直接轉換到4個H.264 4×4整數變換係數塊的新轉換矩陣。
2)結合新轉換矩陣中的縮放矩陣到MPEG-2反量化矩陣，避免了縮放操作的單獨計算。
3)保持視頻質量，降低係數轉換操作的計算複雜度；新轉換矩陣係數對比域Jun xin的轉換矩陣更加稀疏，減少了將一個8×8DCT係數塊轉換為4個 4×4整數變換係數塊所需要的操作數。與Jun xin方法在邏輯功能上完全相同，不是係數塊轉換的近似算法。
圖1是本發明將8×8DCT係數塊轉換到4個4×4整數變換係數塊係數塊轉換過程示意圖。
具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述一個8×8DCT係數塊轉換為4個4×4整數變換係數塊的具體轉換過程如圖1所示，其具體步驟為1)將縮放矩陣D結合到MPEG-2反量化矩陣中去，即將對角矩陣D與MPEG-2反量化矩陣相乘獲得結果矩陣替換原來的MPEG-2反量化矩陣。也就是MPEG-2反量化過程採用了結果矩陣作為新的反量化矩陣；其中D=a00000000b00000000c00000000d00000000e00000000f00000000g00000000h]]>(此處a＝0.3536，b＝0.2549，c＝0.2706，d＝0.3007，e＝0.3536，f＝0.4500，g＝0.6533，h＝1.2814)2)根據置換矩陣P對上一步驟1)的MPEG-2反量化過程獲得的8×8DCT塊進行位置調整；相當於8×8DCT左乘P矩陣，然後再右乘P的轉置矩陣；其中
P=1000000000000100001000000000000101000000000010000001000000000010]]>3)採用新轉換矩陣Sd(B1B2)T來轉換上一步驟2)調整後的8×8DCT塊為4個4×4整數變換係數塊。也就是調整後的8×8DCT塊左乘上Sd(B1B2)T矩陣，然後右乘上Sd(B1B2)T的轉置矩陣；其中，B1B2=10000000010000000011000000-11000000001-10100000111000001-110000-1-101]]>Sd=4000abc100d4-e0f204000-b0100-b2g0-h14000-a-b-c-100-d-4-e0f204000b0-100b-2g0-h1]]>(此處a＝1.0824，b＝1.4142，c＝2.6132，d＝4.2426，e＝3.9198，f＝1.6236，g＝1.3066，h＝0.5412)。
為了便於理解本發明，下面介紹本發明的原理①上述新轉換矩陣的推導如圖1所示，X表示一個8×8DCT係數塊，其對應的8×8 H.264整數變換係數塊為Z。Z包含4個4×4 H.264整數變換係數塊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提出的係數轉換矩陣，ST是S的轉置矩陣。
S=H00HT8T=KT8T]]>T8表示8階DCT變換矩陣。K表示矩陣K=H00H.]]>H表示4階H.264整數變換矩陣H=111121-1-21-1-111-22-1.]]>利用Arai，Agui，and Nakajima在1988年提出快速DCT變換實現方法(AAN算法)對S進行分子化。即T8可以表示為T8＝DPB1B2MA1A2A3，有 P=1000000000000100001000000000000101000000000010000001000000000010]]>D=a00000000b00000000c00000000d00000000e00000000f00000000g00000000h]]>(此處a＝0.3536，b＝0.2549，c＝0.2706，d＝0.3007，e＝0.3536，f＝0.4500，g＝0.6533，h＝1.2814)因為D＝DT，P＝PT，故有 定義Sd=KA3TA2TA1TMT,]]>從而S可以表示為S＝Sd×(B1B2)T×P×D這表示MPEG-28階係數轉換到H.2644階整數變換係數轉換可以採用作為Sd×(B1B2)T轉換矩陣來進行。
B1B2=10000000010000000011000000-11000000001-10100000111000001-110000-1-101]]>Sd=4000abc100d4-e0f204000-b0100-b2g0-h14000-a-b-c-100-d-4-e0f204000b0-100b-2g0-h1]]>(此處a＝1.0824，b＝1.4142，c＝2.6132，d＝4.2426，e＝3.9198，f＝1.6236，g＝1.3066，h＝0.5412)②計算過程D為對角矩陣(其作用相當於縮放，也稱為縮放矩陣)可以吸收到MPEG-2反量化矩陣，從而縮放功能可以與MPEG-2反量化過程結合起來計算，不需要單獨計算。P為置換矩陣其計算僅僅導致變換係數位置的變化，其計算可以省略。從而係數轉換過程只需要與Sd×(B1B2)T相乘。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求
範圍當中。
權利要求
1.一種用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法，包括如下步驟1)將縮放矩陣結合到MPEG-2反量化矩陣中；2)根據置換矩陣對上一步驟1)的MPEG-2反量化過程獲得的8×8離散餘弦變換塊進行位置調整；3)將調整後的8×8離散餘弦變換塊轉換為4個4×4整數變換係數塊。
2.根據權利要求
1所述用於視頻轉換的變換係數塊的轉換方法，其特徵在於，所述步驟3)中所用轉換矩陣為Sd(B1B2)T，其中B1B2=10000000010000000011000000-11000000001-10100000111000001-110000-1-101]]>Sd=4000abc100d4-e0f204000-b0100-b2g0-h14000-a-b-c-100-d-4-e0f204000b0-100b-2g0-h1]]>且此處a＝1.0824，b＝1.4142，c＝2.6132，d＝4.2426，e＝3.9198，f＝1.6236，g＝1.3066，h＝0.5412。
專利摘要
本發明公開了一種8×8離散餘弦變換(DCT)係數塊直接轉換到4個4×4整數變換係數塊的轉換方法。該方法包括如下步驟1)將縮放矩陣結合到MPEG－2反量化矩陣中去；2)根據置換矩陣對上一步驟1)的MPEG－2反量化過程獲得的8×8DCT塊進行位置調整；3)將調整後的8×8DCT塊轉換為4個4×4整數變換係數塊。本發明的優點是保持視頻質量、降低係數轉換操作的計算複雜度。
文檔編號H04N7/50GK1992904SQ200510135213
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日
發明者陳杲, 林守勳, 張勇東 申請人:中國科學院計算技術研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan