应用于视频和图像处理的变换方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于视频和图像处理的变换方法。它至少包括８×８反离散余弦变换方法和８×８离散余弦变换方法中的一种，所述８×８反离散余弦变换包括反变换预处理步骤、一维反变换步骤和反变换后处理步骤；所述８×８离散余弦变换包括正变换预处理步骤、一维正变换步骤和正变换后处理步骤。本发明专利技术公开的变换方法能很好地逼近理想的８×８反离散余弦变换及理想的８×８离散余弦变换，精度上远远超过ＩＳＯ／ＩＥＣ２３００２－１－２００６的要求，同时在硬件实现上复杂度大大降低，能应用在多种现有流行的国际视频编解码标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电数字数据处理
，特别是涉及一种应用于视频和图像处理的定点反离散余弦变换、定点离散余弦的变换方法。
技术介绍
在部分视频编码标准中，如ITU制定的H.261，H.263，以及ISO的MPEG组织制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4标准，都是采用离散余弦变换(DCT)去除空间域的信息冗余度来达到压缩的目的。理想的8×8离散余弦变换和反离散余弦变换分别如下 其中 由于在理想的8×8离散余弦变换中，变换矩阵乘法系数是无理数，而在实际的实现上这些乘法系数位宽不可能达到无限长，因此都是利用定点的实现方法拟合这些无理数来实现离散余弦变换变换。同样的，在解码部分，由于理想的8×8反离散余弦变换(IDCT)采用的是理想的8×8离散余弦变换矩阵的转置矩阵，所以其变换矩阵系数也是无理数，同样需要定点的实现来拟合这些无理数。 此外，在软件硬件的具体实现中，为了进一步降低资源的开销和提升处理速度，通常采用加法器和移位器来取代乘法器的功能；而对于不同的定点数，所需要的加法器和移位次数都是不一样的，这就要求如何用最优或者接近最优的方法来获得理想的8×8 DCT/IDCT中这些无理数的定点表示，使之既能达到足够高的精度，又能使得所需要的加法器和移位次数最少。 目前对于用定点反离散余弦变换的精度有一系列的要求，这些要求体现在标准ISO/IEC 23002-1-2006中。整个测试分为随机数生成、随机数输入测试、全零输入测试和临近DC倒置测试以及相应的指标。 以下是ISO/IEC 23002-1-2006标准定义的精度测试规范 一、随机数生成 设变量i，j，k和s为采用二进制补码表示的32比特整数。采用下面指定的方法产生一维随机数组r[i]，其中i＝0..(64*Q-1)，Q＝10000或Q＝1000000。 1、令s＝1。 2、对于i＝0到64*Q-1，进行以下操作 A、令s＝(s*1103515245)+12345 B、令j＝s & 0x7ffffffe C、令floor(x)表示取不大于x的最大整数 D、令r[i]＝k-L 二、随机数输入测试 1、对于下面的每一对L和H， -L＝2B和H＝2B-1 -L＝5*2B-8和H＝5*2B-8 -L＝300*2B-8和H＝300*2B-8 进行以下步骤 采用一中的方法生成64*Q个随机数，组成数组r[i]，i＝0..(64*Q-1). 2、对于z在0..(Q-1)中的每一个值，进行以下操作 对于x＝0..7和y＝0..7，置fz[y][x]＝r[64*z+8*y+x]. 对8×8矩阵fz进行一次式(1)定义的理想的DCT操作，然后四舍五入得到整数的8×8变换系数矩阵F′z必须采用至少64比特的浮点精度。 对于u＝0..7和v＝0..7，置F″z[v][u]＝clip3(-2B+3，2B+3-1，F′z[v][u])，clip3(a，b，x)定义如下 对8×8变换系数矩阵F″z进行一次式(2)定义的IDCT操作，然后四舍五入得到8×8矩阵g′z。必须采用至少64比特的浮点精度。 对于x＝0..7和y＝0..7，置g″z[y][x]＝clip3(-2B，2B-1，g′z[y][x]). 对8×8变换系数矩阵F″z进行一次被测的IDCT操作，然后四舍五入得到8×8矩阵h′z。 对于x＝0..7和y＝0..7，置h″z[y][x]＝clip3(-2B，2B-1，h′z[y][x]). 4、对x＝0..7和y＝0..7，按下面式子计算8×8矩阵d和e 其中d[y][x]表示矩阵(x，y)位置上像素的平均误差(pme)，e[y][x]表示矩阵(x，y)位置上像素的均方误差(pmse) 5、计算m和n的值 其中m表示所有像素的平均误差(ome)，|n|表示所有像素的均方误差(omse)。 6、判定是否满足以下精度要求 ●p＜＝1. ●对于x＝0..7和y＝0..7，|d[y][x]|＜＝0.015. ●对于x＝0..7和y＝0..7，e[y][x]＜＝0.06. ●|n|＜＝0.02. ●m＜＝0.0015. 7、置r[i]＝-r[i]对于i＝0..(64*Q-1)，重复上述步骤2到6。 三、全零输入测试(All Zero Test) 置F′[v][u]＝0，u＝0..7和v＝0..7。 对8×8变换系数矩阵F′[v][u]进行一次被测的IDCT，然后四舍五入得到对应的8×8矩阵h′。 对于x＝0..7和y＝0..7，h′[y][x]的值应该为0。 四、临近DC倒置测试(Near-DC Inversion Test) 对于变量z＝0..(2B+4-1)，进行以下步骤 对于u＝0..7和v＝0..7，置Fz″[v][u]＝0. 置Fz″＝z-2B+3. 如果z是偶数，置Fz″[7][7]＝1；否则置Fz″[7][7]＝0. 对8×8变换系数矩阵Fz″进行一次理论的IDCT，然后四舍五入得到对应的8×8矩阵g′z。必须采用至少64比特的浮点精度。 对于x＝0..7和y＝0..7，置g″z[y][x]＝clip3(-2B，2B-1，g′z[y][x]). 对8×8变换系数矩阵Fz″进行一次需要测试的IDCT，然后四舍五入得到对应的8×8矩阵h′z 对于x＝0..7和y＝0..7，h″z[y][x]＝clip3(-2B，2B-1，h′z[y][x]). p的值必须小于等于1。 对于一个定点反离散余弦变换，如果满足上述所有的精度测试规范要求，则该定点反离散余弦变换符合ISO/IEC 23002-1-2006。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的离散余弦变换、反离散余弦变换定点实现上的不足，提供了一种能够以较低的复杂度和较简单的结构实现8×8离散余弦变换/反离散余弦变换(DCT/IDCT)，并且和理论上的变换相比具有较高精度的。 所述，它至少包括8×8反离散余弦变换方法和8×8离散余弦变换方法中的一种，所述的8×8反离散余弦变换为 所述的8×8离散余弦变换为 其中 所述8×8反离散余弦变换方法用以实现逼近理想的反离散余弦变换，包括反变换预处理步骤、一维反变换步骤和反变换后处理步骤，所述的反变换预处理步骤使用一个8×8的整数矩阵M；所述的一维反变换步骤使用至少6个不同的乘法系数a、b、c、d、h、t进行运算；所述的反变换后处理步骤为右移w位的移位操作。 所述的反变换预处理步骤中的8×8矩阵M由10个不同的整数元素组成 所述反变换预处理步骤如下输入数据8×8数据块X’与8×8矩阵M做操作I得到反变换预处理步骤的输出数据X，所述操作I为 所述8×8反离散余弦变换方法中的一维反变换步骤含有或等效为如下运算 p10＝X0，p14＝X4，p12＝X2，p16＝X6，p17＝X1-X7，p13＝X3，p15＝X5，p11＝X1+X7； p20＝p10+p14，p24＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述的变换方法至少包括８×８反离散余弦变换方法和８×８离散余弦变换方法中的一种，所述８×８反离散余弦变换包括反变换预处理步骤、一维反变换步骤和反变换后处理步骤，所述的反变换预处理步骤使用一个８×８的整数矩阵Ｍ；所述的一维反变换步骤使用至少６个不同的乘法系数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｈ、ｔ进行运算；所述的反变换后处理步骤为右移ｗ位的移位操作；所述８×８离散余弦变换包括正变换预处理步骤、一维正变换步骤和正变换后处理步骤，所述的正变换预处理步骤为左移ｒ位的移位操作；所述的一维正变换步骤使用至少６个不同的乘法系数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｈ、ｔ进行运算；所述的正变换后处理步骤使用一个８×８的整数矩阵Ｍ和右移ｚ位的移位操作。

【技术特征摘要】
CN 2007-7-29 200710070256X1、一种应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述的变换方法至少包括8×8反离散余弦变换方法和8×8离散余弦变换方法中的一种，所述8×8反离散余弦变换包括反变换预处理步骤、一维反变换步骤和反变换后处理步骤，所述的反变换预处理步骤使用一个8×8的整数矩阵M；所述的一维反变换步骤使用至少6个不同的乘法系数a、b、c、d、h、t进行运算；所述的反变换后处理步骤为右移w位的移位操作；所述8×8离散余弦变换包括正变换预处理步骤、一维正变换步骤和正变换后处理步骤，所述的正变换预处理步骤为左移r位的移位操作；所述的一维正变换步骤使用至少6个不同的乘法系数a、b、c、d、h、t进行运算；所述的正变换后处理步骤使用一个8×8的整数矩阵M和右移z位的移位操作。2、根据权利要求1所述的应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述的反变换预处理步骤中的8×8矩阵M由10个不同的整数元素组成所述反变换预处理步骤如下输入数据8×8数据块X’与8×8矩阵M做操作I得到反变换预处理步骤的输出数据X，所述操作I为3、根据权利要求1所述的应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述8×8反离散余弦变换方法中的一维反变换步骤含有或等效为如下运算p10＝X0，p14＝X4，p12＝X2，p16＝X6，p17＝X1-X7，p13＝X3，p15＝X5，p11＝X1+X7；p20＝p10+p14，p24＝p10-p14，p22＝p12*h-p16*t，p26＝p16*h+p12*t，p27＝p15+p17，p23＝p11-p13，p25＝p17-p15，p21＝p11+p13；p30＝p20+p26，p34＝p24+p22，p32＝p24-p22，p36＝p20-p26，p37＝p27*c-p21*d，p33＝p23*a-p25*b，p35＝p23*b+p25*a，p31＝p21*c+p27*d；x0＝p30+p31，x1＝p34+p35，x2＝p32+p33，x3＝p36+p37，x4＝p36-p37，x5＝p32-p33，x6＝p34-p35，x7＝p30-p31；其中X0，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7为一维反变换步骤的输入数据，x0，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7为一维反变换步骤的输出数据，p10～p17、p20～p27、p30～p37是一维反变换步骤的中间变量。4、根据权利要求1所述的应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述反变换后处理步骤中的移位参数w＝S+3。5、根据权利要求1所述的应用于视频和图像处理的变换方法，其特征在于所述8×8离散余弦变换方法中的一维正变换步骤含有或等效为如下运算q10＝y0+y1，q14＝y1+y6，q12＝y2+y5，q16＝y3+y4，q17＝y3-y4，q13＝y2-y5，q15＝y1-y6，q11＝y0-y7；q20＝q10+q16，q24＝q14+q12，q22＝q14-q12，q26＝q10-q16，q27＝q1...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞露，张赐勋，倪志博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]