用于圖像變換的方法和裝置及用于圖像逆變換的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于圖像變換的方法和裝置及用于圖像逆變換的方法和裝置。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像變換方法中，通過使用預(yù)定的比例因子放大形成用于N點(diǎn)離散余弦變換的變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素；通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換；通過使用比例因子縮小N點(diǎn)離散余弦變換矩陣的結(jié)果值。
【專利說明】用于圖像變換的方法和裝置及用于圖像逆變換的方法和裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于編碼和解碼圖像的方法和設(shè)備，更具體地講，涉及一種用于變換和逆變換具有大尺寸的塊的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)當(dāng)前的國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，諸如H.264或者M(jìn)PEG-4，視頻信號(hào)分層次地劃分為序列、巾貞、條帶(siice)、宏塊和塊,其中塊是最小處理單兀。在編碼方面，通過巾貞內(nèi)或者中貞間預(yù)測(cè)來確定塊的預(yù)測(cè)剩余誤差，執(zhí)行塊變換以使能量集中于小數(shù)的系數(shù)，并且通過量化、掃描、行程編碼和熵編碼來壓縮圖像數(shù)據(jù)并將其記錄為編碼的比特流。在解碼方面，以相反的順序執(zhí)行處理。首先，從比特流提取熵編碼的塊變換系數(shù)。然后，通過反量化和逆變換來重構(gòu)塊的預(yù)測(cè)剩余誤差，預(yù)測(cè)信息用于重構(gòu)塊的視頻數(shù)據(jù)。在編碼-解碼處理中，變換模塊是視頻壓縮的基礎(chǔ)，并且變換模塊的變換性能直接影響編碼解碼器的一般性能。
[0003]在最初的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(諸如MPEG-1或者H.261)中采用了離散余弦變換(DCT)。在1974年引入DCT之后，DCT已廣泛用于圖像和視頻編碼領(lǐng)域。由于DCT去除變換域中的圖像元素的相關(guān)性并且為高效圖像壓縮提供基礎(chǔ)，所以DCT的變換性能與所有的次佳(sub-optimal)的變換相比是卓越的。然而，由于使用浮點(diǎn)數(shù)表示DCT矩陣，所以因大量的浮點(diǎn)運(yùn)算而使用很多系統(tǒng)資源。因此，在對(duì)具有大尺寸的塊執(zhí)行變換時(shí)需要新的DCT算法以提高變換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明提供一種通過使用有效離散余弦變換(DCT)來對(duì)圖像進(jìn)行變換和逆變換的方法和設(shè)備。詳細(xì)地講，本發(fā)明提供一種用于對(duì)圖像進(jìn)行變換和逆變換的方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備在具有大尺寸的DCT期間在減少一些乘法運(yùn)算以減少計(jì)算復(fù)雜度和用于實(shí)現(xiàn)硬件的費(fèi)用的同時(shí)執(zhí)行相似的DCT。
[0006]技術(shù)方案
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，對(duì)離散余弦變換(DCT)矩陣的元素進(jìn)行放大，以獲得具有整數(shù)值的DCT，并且通過將基于DCT矩陣的變換算法中執(zhí)行的旋轉(zhuǎn)算法替換為具有減少的乘法數(shù)量的可選運(yùn)算，來減少計(jì)算復(fù)雜度。
[0008]有益效果
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)圖像進(jìn)行變換和逆變換的方法和設(shè)備中，通過基于整數(shù)(而不是浮點(diǎn)運(yùn)算)執(zhí)行運(yùn)算處理，來在變換和逆變換具有大尺寸的塊時(shí)可以減少?gòu)?fù)雜度并且可以增加運(yùn)算速度。此外，可通過減少在離散余弦變換(DCT)和離散余弦逆變換(IDCT)期間執(zhí)行的乘法的數(shù)量，來減少計(jì)算復(fù)雜性。
[0010]最佳模式[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種對(duì)圖像進(jìn)行變換的方法，所述方法包括:通過使用預(yù)定的比例因子放大形成用于N (N是整數(shù))點(diǎn)離散余弦變換(DCT)的變換矩陣的元素，來獲得具有整數(shù)值的放大的元素；通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)DCT ;通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)DCT的結(jié)果值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對(duì)圖像進(jìn)行變換的設(shè)備，所述設(shè)備包括:變換器，通過使用預(yù)定的比例因子放大形成用于N (N是整數(shù))點(diǎn)離散余弦變換(DCT)的變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)DCT，通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)DCT的結(jié)果值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的方法，所述方法包括:通過放大形成用于N (N是整數(shù))點(diǎn)逆離散余弦變換(IDCT)的逆變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)逆變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)IDCT，通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)IDCT的結(jié)果值。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的設(shè)備，所述設(shè)備包括:逆變換器，通過放大形成用于N (N是整數(shù))點(diǎn)逆離散余弦變換(IDCT)的逆變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素；通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)逆變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)IDCT ;通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)IDCT的結(jié)果值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像編碼設(shè)備的框圖；
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的32點(diǎn)離散余弦變換(DCT)的流程圖；
[0017]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)圖像進(jìn)行變換的方法的流程圖；
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的32點(diǎn)、16點(diǎn)、8點(diǎn)和4點(diǎn)DCT的處理的流程圖；
[0019]圖5是用于描述圖4的每個(gè)操作兀素的參考表；
[0020]圖6用于描述包括在圖2的32點(diǎn)DCT中的旋轉(zhuǎn)變換的運(yùn)算處理的參考圖；
[0021]圖7A至圖7C是用于描述圖4的操作440的示圖；
[0022]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的設(shè)備的框圖；
[0023]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的方法的流程圖；
[0024]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的32點(diǎn)、16點(diǎn)、8點(diǎn)和4點(diǎn)逆DCT (IDCT)的處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，將參照示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像編碼設(shè)備100的框圖。
[0027]參照?qǐng)D1，圖像編碼設(shè)備100包括預(yù)測(cè)器110、減法器115、變換器120、量化器130和熵編碼器140。
[0028]預(yù)測(cè)器110將輸入圖像劃分為具有預(yù)定尺寸的塊，并通過對(duì)每個(gè)塊執(zhí)行幀間預(yù)測(cè)或幀內(nèi)預(yù)測(cè)來生成預(yù)測(cè)塊。詳細(xì)地講，預(yù)測(cè)器110執(zhí)行通過運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和補(bǔ)償處理來生成預(yù)測(cè)塊的幀間預(yù)測(cè)和用于通過使用與當(dāng)前塊相鄰的相鄰塊的數(shù)據(jù)生成預(yù)測(cè)塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)，其中，所述運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和補(bǔ)償處理生成指示預(yù)先編碼并恢復(fù)的參考畫面的預(yù)定的搜索范圍內(nèi)的與當(dāng)前塊相似的區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量。
[0029]減法器115通過從原始圖像數(shù)據(jù)減去當(dāng)前塊的預(yù)測(cè)塊生成殘差。
[0030]變換器120將殘差變換為頻率區(qū)域。詳細(xì)地講，變換器120可以增大針對(duì)具有小尺寸(諸如4X4或8X8)的塊定義的離散余弦變換(DCT)矩陣，以應(yīng)用于具有至少16X16尺寸的塊。如將在下面描述，變換器120通過使用預(yù)定的比例因子來放大(scaling)用于N點(diǎn)DCT的變換矩陣的元素來生成由具有整數(shù)值的元素形成的N點(diǎn)DCT矩陣，并通過使用生成的N點(diǎn)DCT矩陣執(zhí)行N點(diǎn)DCT，其中N為整數(shù)。此外，在考慮與原始N點(diǎn)DCT矩陣的結(jié)果值的差的同時(shí)，變換器120針對(duì)使用放大元素的N點(diǎn)DCT矩陣的結(jié)果值執(zhí)行使用預(yù)定比例因子的縮小(de-scaling)。如以下所述，如果預(yù)定的比例因子具有2的冪的值，則可以以移位運(yùn)算(>> 和〈O實(shí)現(xiàn)這種放大和縮小處理。與乘法運(yùn)算相比可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這種移位運(yùn)算，因此與乘法運(yùn)算相比具有較低的計(jì)算復(fù)雜度。因此，在對(duì)具有大尺寸的塊執(zhí)行的DCT期間，變換器120可在增加運(yùn)算速度的同時(shí)減少計(jì)算復(fù)雜度。此外，為了減少根據(jù)N點(diǎn)DCT矩陣的在運(yùn)算處理期間所需的乘法運(yùn)算的數(shù)量，變換器120通過減少了乘法運(yùn)算的數(shù)量的交替運(yùn)算來執(zhí)行與旋轉(zhuǎn)變換對(duì)應(yīng)的運(yùn)算，從而減少N點(diǎn)DCT所需的乘法運(yùn)算的總數(shù)并減少整體計(jì)算復(fù)雜度。
[0031]量化器130量化變換的殘差。量化器130可在量化處理期間通過使用預(yù)定的比例因子執(zhí)行縮小處理，以補(bǔ)償通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的N點(diǎn)DCT矩陣變換的結(jié)果值和基于原始N點(diǎn)DCT矩陣的結(jié)果值之間的差。換句話說，如將在以下描述，可以將由量化器130執(zhí)行的量化處理結(jié)合到由變換器120執(zhí)行的縮小處理。[0032]熵編碼器140通過對(duì)量化的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行可變長(zhǎng)度編碼來生成比特流。
[0033]以下，將詳細(xì)描述通過圖1中的變換器120執(zhí)行的變換處理。
[0034]變換器120通過對(duì)NXN輸入塊執(zhí)行列向變換和行向變換，來生成NXN變換塊，其中N為整數(shù)。當(dāng)Input表示NXN輸入塊時(shí)，Transform_hor表示在行方向上的DCT矩陣，Transform_ver表示在列方向上的DCT矩陣，Output表示結(jié)果值，變換器120通過執(zhí)行根據(jù)以下等式的N點(diǎn)DCT矩陣運(yùn)算來輸出結(jié)果值Output ；Output=Transform_hor X Input X Transform_ver。這里，第一矩陣乘法運(yùn)算 Transform_hor X Input 對(duì)應(yīng)于對(duì)N X N輸入塊Input的每行執(zhí)行一維(ID )水平方向N點(diǎn)DCT，并且將Transform_ver與Transform_hor X Input相乘對(duì)應(yīng)于ID垂直方向N點(diǎn)DCT。在行方向上的DCT矩陣Transform_hor和在列方向上的DCT矩陣Transform_ver是轉(zhuǎn)置矩陣的關(guān)系?，F(xiàn)在將描述針對(duì)行方向和列方向執(zhí)行的N點(diǎn)DCT矩陣。
[0035]當(dāng)Akn表示N點(diǎn)DCT矩陣的第(k，η)元素時(shí)，可以根據(jù)下面等式I來定義用于變換NXN輸入塊的在垂直或水平方向上的N點(diǎn)DCT矩陣的第(k，η)元素Akn，其中，k和η分別表示從O到(N-1)的整數(shù)。
[0036]【等式I】
, ? [Ζ j(.1n I I )k、
_] Abt=C.v2.cos(如)

IN
[0038]由于N點(diǎn)DCT矩陣和N點(diǎn)逆DCT矩陣(IDCT)是轉(zhuǎn)置關(guān)系，可以根據(jù)下面等式2來定義N點(diǎn)IDCT的第(k，η)元素Bkn。[0039]【等式2】[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)圖像進(jìn)行變換的方法，所述方法包括如下步驟: 通過使用預(yù)定的比例因子放大形成用于N點(diǎn)離散余弦變換的變換矩陣的元素，來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，其中，N為整數(shù)； 通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)變換矩陣，來執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換； 通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換的結(jié)果值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得具有整數(shù)值的放大的元素的步驟包括:通過使用預(yù)定的比例因子的平方值將元素放大到整數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)S表示預(yù)定的比例因子時(shí)，S具有2的冪的值，以及 獲得具有整數(shù)值的放大的元素的步驟還包括:通過使用按1g2S的左移位運(yùn)算(〈O，來放大對(duì)與預(yù)定的比例因子相乘的運(yùn)算進(jìn)行舍入而獲得整數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換的步驟包括: 將形成N點(diǎn)離散余弦變換的運(yùn)算中的用于針對(duì)中間值X和Y獲得結(jié)果值U和V的運(yùn)算U=C1*X-C0*Y 和 V=C0*X+C1*Y 改變?yōu)檫\(yùn)算 T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T 和 V=T+Cl_m_C0*Y，其中，C1_P_C0=C1+C0并且 Cl_m_C0=Cl-C0，C0和Cl為預(yù)定的實(shí)數(shù)，U和V為實(shí)數(shù)，X和Y為實(shí)數(shù)； 通過使用運(yùn)算T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T和V=T+Cl_m_C0*Y，來對(duì)輸入值X和Y執(zhí)行運(yùn)算來獲得結(jié)果值U和V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過與針對(duì)N點(diǎn)離散余弦變換的結(jié)果值的量化處理相結(jié)合來執(zhí)行縮小比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，預(yù)定的比例因子具有2的冪的值，并且， 量化處理還包括:通過右移位運(yùn)算(>>)縮小N點(diǎn)離散余弦變換的結(jié)果值。
7.一種用于對(duì)圖像進(jìn)行變化的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 變換器，通過使用預(yù)定的比例因子放大形成用于N點(diǎn)離散余弦變換的變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)變換矩陣來執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換，并且通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦變換的結(jié)果值，其中，N為整數(shù)。
8.一種用于對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的方法，所述方法包括: 通過放大形成用于N點(diǎn)離散余弦逆變換的逆變換矩陣的元素，來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，其中，N為整數(shù)； 通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)逆變換矩陣，來執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦逆變換； 通過使用預(yù)定的比例因子，來縮小執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦逆變換的結(jié)果值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，獲得具有整數(shù)值的放大的元素的步驟包括:通過使用預(yù)定的比例因子的平方值將元素放大到整數(shù)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，當(dāng)S表示預(yù)定的比例因子時(shí)，S具有2的冪的值，以及， 獲得具有整數(shù)值的放大的元素的步驟還包括:通過使用按1g2S的左移位運(yùn)算(〈O，放大通過舍入與預(yù)定的比例因子相乘的元素來獲得的整數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦逆變換的步驟包括: 將形成N點(diǎn)離散余弦逆變換的運(yùn)算中的用于針對(duì)中間值X和Y獲得結(jié)果值U和V的運(yùn)算 U=C1*X-C0*Y 和 V=C0*X+C1*Y 改變?yōu)檫\(yùn)算 T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T 和 V=T+Cl_m_C0*Y，其中，C1_P_C0=C1+C0并且Cl_m_C0=Cl-C0，CO和Cl為預(yù)定的實(shí)數(shù)，U和V為實(shí)數(shù)，X和Y為實(shí)數(shù)； 通過使用運(yùn)算T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T和V=T+Cl_m_C0*Y，來對(duì)輸入值X和Y執(zhí)行運(yùn)算來獲得結(jié)果值U和V。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過與反量化處理相結(jié)合來執(zhí)行縮小比例。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，預(yù)定的比例因子具有2的冪的值，并且， 反量化處理還包括:通過右移位運(yùn)算(>>)縮小通過量化從比特流提取的N點(diǎn)離散余弦變換的結(jié)果值獲得的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，預(yù)先計(jì)算和存儲(chǔ)具有整數(shù)值的放大的元素。
15.一種用于對(duì)圖像進(jìn)行逆變換的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 逆變換器，通過放大形成用于N點(diǎn)離散余弦逆變換離散余弦逆變換的逆變換矩陣的元素來獲得具有整數(shù)值的放大的元素，通過使用由具有整數(shù)值的放大元素形成的整數(shù)逆變換矩陣執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦逆變換，并且通過使用預(yù)定的比例因子縮小執(zhí)行N點(diǎn)離散余弦逆變換的結(jié)果值，其中，N為整數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04N19/625GK103748885SQ201280040311
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月18日
【發(fā)明者】艾琳娜·阿爾辛娜, 亞歷山大·阿爾辛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社