本发明专利技术涉及一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法和装置，其解决了现有MPEG-4视频压缩方法在重建视频块边界处存在明显的块效应、量化表复杂且需要较大存储空间、改变压缩率时需要大量计算的技术问题，其包括Ｉ帧编码和Ｐ帧编码，Ｉ帧编码是用全相位双正交变换代替现有的二维离散余弦变换，对所有变换系数采用均一量化。本发明专利技术广泛用于视频压缩技术领域。
【技术实现步骤摘要】
基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法和装置
本专利技术涉及一种视频压缩编码方法，尤其是涉及一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法和装置。
技术介绍
视频压缩技术是视频处理的基础，随着网络流媒体、无线视频等新的应用的出现，人们不断对视频压缩编码技术提出新的更高的要求。MPEG-4是运动图像的压缩编码标准(见文献ISO/IECJTC1/SC29/WG11,N2502a,Genericcodingofaudio-visualobjects:visual14496-2)。MPEG-4简单档次将视频序列的各帧分为I帧和P帧，I帧的压缩算法主要步骤为：将图像分为8×8方块进行二维离散余弦变换(DiscreteCosineTransform,DCT)、根据量化表量化、对直流系数(DC)和交流系数(AC)的预测、交流系数(AC)的扫描游程编码、哈夫曼(Huffman)熵编码等。对P帧压缩算法主要步骤为：利用当前帧和参考帧基于16×16宏块进行运动估计和运动补偿得到运动矢量(MV)和残差帧、将残差帧分为8×8方块进行二维离散余弦变换、根据量化表量化、对直流系数(DC)和交流系数(AC)的预测、交流系数(AC)的Zig-zag扫描游程编码、对运动矢量(MV)和残差帧进行哈夫曼(Huffman)熵编码等。接收端解压缩是编码的逆过程，I帧经过逆量化、逆二维离散余弦变换，得到重建I帧，P帧经过逆量化、逆二维离散余弦变换后获得重建的残差帧然后与预测帧相加得到重建的P帧。8×8方块[x]的二维离散余弦变换为[X]＝[C][x][CT]，[C]为8×8离散余弦变换矩阵，[CT]为离散余弦变换矩阵的转置，因为离散余弦变换是正交变换，所以[CT]＝[C-1]，其中[C-1]为离散余弦变换矩阵的逆，因此逆变换为[x]＝[CT][X][C]。离散余弦变换因为在能量压缩和系数去相关方面具有很好的特性，所以很多图像和视频压缩标准都采用它进行变换。然而，离散余弦变换对于视频压缩编码来说，主要存在以下缺点：缺点之一是在低码率时，重建的图像在块边界处有明显的块效应；缺点之二是量化表比较复杂，存储量化表需要占较大的存储空间，且改变码率时，需要较复杂的计算，不便于硬件实现。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决现有MPEG-4视频压缩方法在重建视频块边界处存在明显的块效应、量化表复杂且需要较大存储空间、改变压缩率时需要大量计算的技术问题，提供了一种大大减少块效应、省去了量化表的存储空间、大大缩短了运算时间的基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法和装置。本专利技术采用全相位双正交变换法对MPEG-4简单档次的改进方法是，MPEG-4简单档次编码包括I帧和P帧编码，I帧编码用全相位双正交变换代替二维离散余弦变换，对所有变换系数采用均一量化；P帧编码采用二维离散余弦变换，使用MPEG-4标准中规定的亮度量化表和色度量化表进行量化。全相位双正交变换法包括全相位沃尔什双正交变换(AllPhaseWalshBiorthogonalTransform,APWBT)、全相位离散余弦双正交变换(AllPhaseDiscreteCosineBiorthogonalTransform,APDCBT)或全相位反离散余弦双正交变换(AllPhaseInverseDiscreteCosineBiorthogonalTransform,APIDCBT)三种。本专利技术使用了二维全相位双正交变换，正变换为[X]＝[V][x][VT]，逆变换为[x]＝[V-1][X][(V-1)T]，其中[V]是全相位双正交变换矩阵，[VT]为全相位双正交变换矩阵的转置，[V-1]为全相位双正交变换矩阵的逆，[(V-1)T]为全相位双正交变换矩阵的逆的转置。本专利技术提供一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法，包括I帧编码和P帧编码，I帧编码的过程是首先将视频序列进行全相位双正交变换，再对变换系数进行均一量化，然后进行编码输出过程；全相位双正交变换为全相位沃尔什双正交变换、全相位离散余弦双正交变换或全相位反离散余弦双正交变换。全相位双正交变换的正变换为[X]＝[V][x][VT]，逆变换为[x]＝[V-1][X][(V-1)T]，其中[V]是全相位双正交变换矩阵，[VT]为全相位双正交变换矩阵的转置，[V-1]为全相位双正交变换矩阵的逆，[(V-1)T]为全相位双正交变换矩阵的逆的转置；I帧编码的具体过程是：(1)将I帧分为8×8像素块，分别进行全相位双正交变换；(2)根据码率确定量化间隔，对变换系数进行均一量化，对量化后的系数一方面继续进行下面步骤(3)至步骤(4)的编码过程，另一方面进行逆均一量化、逆全相位双正交变换得到当前帧的重建帧并存储在帧缓存区中作为下一帧的参考帧；(3)对直流系数和交流系数的预测以及交流系数的扫描、游程编码，如果交流系数没有预测，则选择Zig-Zag扫描方式，否则，如果直流系数进行了水平预测，则选择竖直交替扫描方式，如果直流系数进行了垂直预测，则选择水平交替扫描方式；(4)哈夫曼熵编码；(5)输出压缩视频I帧比特序列；P帧编码的具体过程是：(1)将P帧分成16×16宏块，根据当前帧及参考帧进行运动估计和运动补偿，得到运动矢量和残差帧；(2)将残差帧分成8×8像素块，分别进行二维离散余弦变换；(3)对变换系数根据亮度量化表和色度量化表进行量化，对量化后的系数一方面继续进行下面步骤(4)至(5)的编码过程，另一方面进行逆量化、逆二维离散余弦变换得到重建的残差帧然后与预测帧相加得到当前帧的重建帧并存储在帧缓存区中作为下一帧的参考帧；(4)对直流系数和交流系数的预测以及对交流系数的Zig-Zag扫描、游程编码；(5)对运动矢量和残差帧进行哈夫曼熵编码；(6)输出压缩视频P帧比特序列。本专利技术还提供一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次解码方法，包括I帧解码和P帧解码，I帧解码的过程包括对I帧进行逆均一量化和逆全相位双正交变换，得到重建I帧，将重建I帧作为参考帧进行存储并用于下一帧的解码；I帧解码的具体过程是：(1)接收输入的码流，分接得到纹理数据；(2)进行哈夫曼熵解码；(3)交流系数的游程解码，反Zig-Zag扫描、反竖直交替扫描或反水平交替扫描，以及对直流系数和交流系数的反预测；(4)逆均一量化；(5)逆全相位双正交变换得到重建的I帧并作为参考帧存储在帧缓存区中用于下一帧的解码；P帧解码的具体过程是：(1)接收输入码流，分接后得到运动矢量和纹理数据；(2)对运动矢量进行变长解码，并与预测运动矢量相加得到真正的运动矢量；(3)对纹理数据进行哈夫曼熵解码；(4)交流系数的游程解码、反Zig-Zag扫描以及对直流系数和交流系数的反预测；(5)根据亮度量化表和色度量化表进行逆量化；(6)进行逆二维离散余弦变换，得到残差帧；(7)由运动矢量和参考帧得到预测帧，然后残差帧和预测帧相加得到当前帧的重建帧，并作为参考帧存储在帧缓存区中用于下一帧的解码。本专利技术还提供一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码装置，包括I帧编码装置和P帧编码装置，I帧编码装置包括：全相位双正交变换器，被配置为将I帧分为8×8像素块，分别进行全相位双正交变换本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于全相位双正交变换的MPEG‑4简单档次编码方法，包括Ｉ帧编码和Ｐ帧编码，其特征在于：所述Ｉ帧编码的过程是首先将视频序列进行全相位双正交变换，再对变换系数进行均一量化，然后进行编码输出过程。
【技术特征摘要】
1.一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法，包括I帧编码和P帧编码，其特征在于：所述I帧编码的过程是首先将视频序列进行全相位双正交变换，再对变换系数进行均一量化，然后进行编码输出过程；所述全相位双正交变换为全相位沃尔什双正交变换、全相位离散余弦双正交变换或全相位反离散余弦双正交变换；所述全相位双正交变换的正变换为[X]＝[V][x][VT]，逆变换为[x]＝[V-1][X][(V-1)T]，其中[V]是全相位双正交变换矩阵，[VT]为全相位双正交变换矩阵的转置，[V-1]为全相位双正交变换矩阵的逆，[(V-1)T]为全相位双正交变换矩阵的逆的转置；所述基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次编码方法的具体过程是：I帧编码的具体过程是：(1)将I帧分为8×8像素块，分别进行全相位双正交变换；(2)根据码率确定量化间隔，对变换系数进行均一量化，对量化后的系数一方面继续进行下面步骤(3)至步骤(4)的编码过程，另一方面进行逆均一量化、逆全相位双正交变换得到当前帧的重建帧并存储在帧缓存区中作为下一帧的参考帧；(3)对直流系数和交流系数的预测以及交流系数的扫描、游程编码，如果交流系数没有预测，则选择Zig-Zag扫描方式，否则，如果直流系数进行了水平预测，则选择竖直交替扫描方式，如果直流系数进行了垂直预测，则选择水平交替扫描方式；(4)哈夫曼熵编码；(5)输出压缩视频I帧比特序列；P帧编码的具体过程是：(1)将P帧分成16×16宏块，根据当前帧及参考帧进行运动估计和运动补偿，得到运动矢量和残差帧；(2)将残差帧分成8×8像素块，分别进行二维离散余弦变换；(3)对变换系数根据亮度量化表和色度量化表进行量化，对量化后的系数一方面继续进行下面步骤(4)至(5)的编码过程，另一方面进行逆量化、逆二维离散余弦变换得到重建的残差帧然后与预测帧相加得到当前帧的重建帧并存储在帧缓存区中作为下一帧的参考帧；(4)对直流系数和交流系数的预测以及对交流系数的Zig-Zag扫描、游程编码；(5)对运动矢量和残差帧进行哈夫曼熵编码；(6)输出压缩视频P帧比特序列。2.一种基于全相位双正交变换的MPEG-4简单档次解码方法，包括I帧解码和P帧解码，其特征在于：所述I帧解码的过程包括对I帧进行逆均一量化和逆全相位双正交变换，得到重建I帧，将重建I帧作为参考帧进行存储并用于下一...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成优，王晓艳，蒋保臣，杨帆帆，
申请(专利权)人：山东大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37
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