專利名稱：圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法。本發(fā)明主要是在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向六角變換處理，變換到以正向六角變換矩陣表達(dá)的向量空間中；在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向六角變換處理，恢復(fù)得到原始的圖像或視頻數(shù)據(jù)。有利于加快對(duì)圖像數(shù)據(jù)或者視頻數(shù)據(jù)的壓縮和分析。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)如ITU制定的H. 261, H. 263, H. 263+, H. 264標(biāo)準(zhǔn)以及ISO的 MPEG組織制定的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等都是建立在混合編碼(Hybrid Coding)框架之上的。所謂混合編碼框架是一種綜合考慮預(yù)測(cè)、變換和熵編碼的方法框架，有以下主要特占.
(1)利用預(yù)測(cè)去除時(shí)間域的冗余度；
(2)利用變換去除空間域的冗余度；
(3)利用熵編碼去除統(tǒng)計(jì)上的冗余度。上述視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都具有幀內(nèi)編碼幀(I幀)和幀間編碼幀(P/B幀)。對(duì)圖像或者視頻幀以宏塊為基本單位進(jìn)行編碼，首先進(jìn)行幀內(nèi)或者幀間的預(yù)測(cè)，然后將預(yù)測(cè)殘差進(jìn)行二維變換、量化，最后對(duì)量化系數(shù)進(jìn)行熵編碼。由于視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)在空間域上有較強(qiáng)的相關(guān)性，二維變換是提高編碼增益的關(guān)鍵因素，因此二維變換是視頻編碼和圖像編碼的很重要的部分。離散余弦變換(DCT)通常用于視頻圖像數(shù)據(jù)的塊變換編碼，這是因?yàn)閷?duì)于各種信號(hào)，離散余弦變換非常近似于統(tǒng)計(jì)最佳的K-L變換。離散余弦變換被廣泛應(yīng)用于各種視頻 /圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)中。離散余弦變換的一個(gè)缺點(diǎn)是將待變換數(shù)據(jù)塊的各個(gè)位置上的數(shù)據(jù)同等對(duì)待，和預(yù)測(cè)殘差的分布規(guī)律不相吻合。經(jīng)過(guò)各種預(yù)測(cè)后，視頻圖像的塊數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性發(fā)生了變化，在統(tǒng)計(jì)意義上，塊中心的像素預(yù)測(cè)匹配較好，預(yù)測(cè)殘差較小，而塊邊緣的像素預(yù)測(cè)匹配較差，預(yù)測(cè)殘差較大。六角變換能夠適應(yīng)預(yù)測(cè)殘差的統(tǒng)計(jì)特性，克服DCT的不足之處。所謂六角變換，即根據(jù)六個(gè)角度導(dǎo)出的變換矩陣進(jìn)行的變換。設(shè)α ρ α 2、α 3、α 4、α 5、〃6是六個(gè)角度，令
Ct=COS a jjD-sin α 廠
E-cos a Z7=Sin a G-cos a 3, H-six\ a 3, /=COS a 4,J-six\ a 4J K-cos a Z=Sin a I=COS a ^,yV=sin a 6 ；
則變換矩陣如下(CG EH Fff DG
m
FH
BH ^CO
CL
GDl HGK DHl-GGK
HK -HK -DHi+GGK -GDL-SGK -CL
DJ FI -EI
-CJ -CJ —EI FI DJ
DM HHN-GCM
-MM—GEN -m (Μ
JiCM+G冊(cè)
-HHN+GCM
-IM
CE
-EG
-FXj
DE
DH
-FG
-EG
CE
DM -HBM-GW - Hm+GHM OM -GM Hm-WM SHM+GHM -IW
m
-CT
-a
ZJ
-FJ
DI
GDK-HGL HDKkGGL -EL HL
-HDK-GGL I -GDK+HGL
設(shè)X是空間域的8X8數(shù)據(jù)塊，Y是X經(jīng)過(guò)正向六角變換得到的變換域的8X8數(shù)據(jù)塊， 則正向六角變換可以描述為 γ = τ'χτ
逆向六角變換可以描述為 X = TYT'
可見，正向六角變換和逆向六角變換都需要進(jìn)行兩次矩陣相乘運(yùn)算，而且矩陣中的元素都是浮點(diǎn)數(shù)，計(jì)算量較大。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)可知，每次矩陣相乘，需要進(jìn)行8X8X8=512 次浮點(diǎn)數(shù)相乘和8X8X7=448次浮點(diǎn)數(shù)相加。本發(fā)明將提供一種快速算法，可以明顯降低六角變換的運(yùn)算量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，可以明顯降低六角變換的運(yùn)算復(fù)雜度，有利于加快對(duì)圖像或視頻數(shù)據(jù)的壓縮和分析。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，包括在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向六角變換處理，變換到以正向六角變換矩陣表達(dá)的向量空間中；在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向六角變換處理，恢復(fù)得到原始的圖像或視頻數(shù)據(jù)；將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向變換處理的方法是基于正向六角變換Γ = 的快速處理方法；將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向變換處理的方法是基于逆向六角變換 if = TIT1的快速處理方法。上述快速處理方法中的變換矩陣T按如下方法得到 設(shè)α ρ α 2、α 3、α 4、α 5、σ ,是所選取的六個(gè)角度,令 C=Cos a i =sin a ”
Ε-cos a 2, Z7=Sin a 2, G=Cos a 3, //=sin a 3, /=COS a 4, J=Sin a 4, K=Cos a 5, Z=sin a 5, M=Cos a ^7Ar=Sin a 6 ；CN 102547285 A
C^ DJ IM CH m DI CK FM GBUmK FI-FG -MM-GfM -FJ Qm-mi
FM DHL-σσΚ -EI -MM—Qim-m -MM+QIM SJ HDK^ QGl 丄沉 HK -a -GM DM GM -Cl -M DG -HK -GJ QN DH -QM -CI Μ FM -DBUQGK -EI ΗζΜ+mm -FQ MM-Qmd WJ -EDM-GGl
m ~GM~M X Fi -BmhGOd -m mm—Qim -FJ -oDK-t-mi
、CQ -OL DJ 'IM CH -ZJiV DI -CK
上述正向變換處理的方法是基于正向六角變換r = π的快速處理方法；在實(shí)施過(guò)程中，采用S =在T以方便計(jì)算；則正向變換可用Γ=『1/2來(lái)代替，其中，Z = JC 的
快速處理方法可用如下方法實(shí)現(xiàn)
設(shè) Xi=(x0, xl, x2, x3, x4, x5, x6, x7)是 X 的第 i 行，Zi=(Zi), zl, z2, z3, z4, z5, z6, z7)是 Z的第i行；用aM表示計(jì)算的中間結(jié)果
a
=xO+x7;a[7]=xO-x7;a[l]=xl+x6 ；a [6]=xl-x6 ；a[2]=x2+x5;a[5]=x2-x5;a[3]=x3+x4;a [4]=x3-x4;a[10]=C氺a
+ D氺a[3]a[13]=D氺a
-C氺a[3]a[ll]=E氺a[l]+ F氺a[2]a[12]=F氺a[l]-E氺a[2]a[ 8]=H氺a [6]-G氺a[5]a[ 9]=G氺a [6]+ H氺a[5]a[14]=H氺a [4]+ G氺a [8]a[15]=G氺a [4]-H氺a [8]a[16]=D氺a[7]-C氺a [9]a[17]=C氺a[7]+ D氺a [9]
則Zi用如下處理方法得至
zO=G氺a[10]+ H氺a11]z4=H氺a[10]-G氺a11]z2=J氺a[13]+ I氺a12]z6=I氺a[13]-J氺a12]zl=L氺a[17]+ K氺a14]z7=K氺a[17]-L氺a14]z5=N氺a[16]+ M氺a15]z3=M氺a[16]-N氺a15]
對(duì)矩陣X和矩陣Z的每一行都進(jìn)行上述同樣的計(jì)算過(guò)程，就完成了 Z=XS的計(jì)算，總共需要的運(yùn)算次數(shù)為36X8=288次浮點(diǎn)數(shù)乘法，18X8=144次浮點(diǎn)數(shù)加減法，8X8=64次整數(shù)加減法。相比直接矩陣相乘的512次浮點(diǎn)數(shù)乘法和448次浮點(diǎn)數(shù)加減法，計(jì)算量減少了很
^^ ο此外，根據(jù)矩陣運(yùn)算的性質(zhì)，可得 (2Y) ' = (S'Z) '=Z'S
因此，可以用上述方法計(jì)算得到OY)‘，再進(jìn)行一次矩陣轉(zhuǎn)置就可以得到2Y。所需的計(jì)算量和計(jì)算XS的計(jì)算量基本是一樣的。結(jié)合上述方案，就可以完成2Y=S'XS，且所需計(jì)算量和直接矩陣相乘相比減少一半以上。將2Y的每一個(gè)系數(shù)除以2，就得到Y(jié)。這個(gè)除法是不需要單獨(dú)計(jì)算的，可以在量化時(shí)， 事先將量化系數(shù)擴(kuò)大2倍，從而達(dá)到縮放的目的，而且不增加計(jì)算量。上述逆向變換處理的方法是基于逆向六角變換if = TTT1的快速處理方法；其中， Y表示輸入的8X8數(shù)據(jù)塊矩陣，X表示8X8輸出數(shù)據(jù)塊矩陣，T表示變換矩陣，T'表示矩陣 T的轉(zhuǎn)置；在實(shí)施過(guò)程中，采用=4 .Τ以方便計(jì)算；則逆向變換可用= ^flT來(lái)代替，其中，F(xiàn) = m'快速處理方法可用如下方法實(shí)現(xiàn)
設(shè) Yi=(xO, xl, x2, x3, x4, x5, x6, x7)是 Y 的第 i 行，Vi=(v0，vl, v2, v3, v4, v5, v6, v7)是 V的第i行；用aM表示計(jì)算的中間結(jié)果 a[14] = K * yl - L * y7; a[17] = L * yl + K * y7; a[15] = M * y5 - N * y3; a[16] = N * y5 + M * y3; a[10] = G * yO + H * y4; a[ll] = H * yO - G * y4; a[12] = I * y2 - J * y6; a[13] = J * y2 + I * y6; a
= C * a[10] + D * a[13]； a[3] = D * a[10] - C * a[13]； a[l] =E* a[ll] + F * a[12]； a[2] =F* a[ll] - E * a[12]； a[4] =H* a[14] + G * a[15]； a[8] =G* a[14] - H * a[15]； a[9] =D* a[17] - C * a[16]； a[7] =C* a[17] + D * a[16]； a[5] = H * a[ 9] - G * a[ 8]; a[6] = G * a[ 9] + H * a[ 8]; 則Vi用如下處理方法得到 v0 = a
+ a[7]； v7 = a
- a[7]； vl = a[l] + a[6]； v6 = a[l] - a[6]； v2 = a[2] + a[5]；v5 = a[2] - a[5]； v3 = a[3] + a[4]； v4 = a[3] - a[4]；
對(duì)矩陣Y和矩陣V的每一行都進(jìn)行上述同樣的計(jì)算過(guò)程，就完成了 V=YS'的計(jì)算，總共需要的運(yùn)算次數(shù)為36 X 8=288次浮點(diǎn)數(shù)乘法，26 X 8=208次浮點(diǎn)數(shù)加減法。相比直接矩陣相乘的512次浮點(diǎn)數(shù)乘法和448次浮點(diǎn)數(shù)加減法，計(jì)算量減少了很多。此外，根據(jù)矩陣運(yùn)算的性質(zhì)，可得 (2X) ' = (SV) '=VS'
因此，可以用上述方法計(jì)算得到OX)‘，再進(jìn)行一次矩陣轉(zhuǎn)置就可以得到2X。所需的計(jì)算量和計(jì)算YS'的計(jì)算量基本是一樣的。結(jié)合上述方案，就可以完成2X=SYS'，且所需計(jì)算量和直接矩陣相乘相比減少一半以上。將2X的每一個(gè)系數(shù)除以2，就得到X。這個(gè)除法是不需要單獨(dú)計(jì)算的，可以在量化時(shí)， 事先將量化系數(shù)擴(kuò)大2倍，從而達(dá)到將每一個(gè)變換系數(shù)除以2的目的，而且不增加計(jì)算量。
下面給出幾種采用上述方法運(yùn)用于圖像或視頻編碼的六角變換快速處理裝置 一種運(yùn)用于圖像或視頻編碼的正向六角變換快速處理裝置，包括 輸入裝置，配置為接收存儲(chǔ)正向變換的輸入數(shù)據(jù)； 正向系數(shù)獲取裝置，配置為獲取正向六角變換矩陣的系數(shù)；
正向變換裝置，配置為根據(jù)獲取裝置所得到的六角變換矩陣系數(shù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)塊進(jìn)行快速正向六角變換處理；
輸出裝置，配置為輸出經(jīng)正向六角變換后的數(shù)據(jù)。一種運(yùn)用于圖像或視頻編碼的逆向六角變換快速處理裝置，包括 輸入裝置，配置為接收存儲(chǔ)逆向變換的輸入數(shù)據(jù)；
逆向系數(shù)獲取裝置，配置為獲取逆向六角變換矩陣的系數(shù)；
逆向變換裝置，配置為根據(jù)獲取裝置所得到的六角變換矩陣系數(shù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)塊進(jìn)行快速逆向六角變換處理；
輸出裝置，配置為輸出經(jīng)逆向六角變換后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步
本發(fā)明在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向變換處理方法是基于正向六角變換F = 的快速處理方法，在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向變換處理方法是基于逆向六角變換Z = IlT1的快速處理方法，明顯降低了六角變換的運(yùn)算復(fù)雜度，減少處理時(shí)間，有利于加快圖像或視頻數(shù)據(jù)的壓縮和分析。


圖1是正向六角變換快速處理方法的示意圖； 圖2是逆向六角變換快速處理方法的示意圖3是正向六角變換裝置的示意圖； 圖4是逆向六角變換裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下 實(shí)施例一
本圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，包括在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向六角變換處理，變換到以正向六角變換矩陣表達(dá)的向量空間中；在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向六角變換處理，恢復(fù)得到原始的圖像或視頻數(shù)據(jù)，其中將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向變換處理的方法是基于正向六角變換 F = TJiT的快速處理方法；將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向變換處理的方法是基于逆向六角變換I = TiT的快速處理方法。實(shí)施例二
參見圖1和圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下 在六角變換中的變換矩陣
權(quán)利要求
1.一種圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，包括在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向六角變換處理，變換到以正向六角變換矩陣表達(dá)的向量空間中；在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向六角變換處理，恢復(fù)得到原始的圖像或視頻數(shù)據(jù)；其特征在于所述將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向變換處理的方法是基于正向六角變換Y = TXT的快速處理方法，其中，X表示輸入的8 X 8數(shù)據(jù)塊矩陣，Y表示8 X 8輸出數(shù)據(jù)塊矩陣，T表示變換矩陣，T'表示矩陣T的轉(zhuǎn)置；所述將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向變換處理的方法是基于逆向六角變換 X = TfT'的快速處理方法，其中，Y表示輸入的8X8數(shù)據(jù)塊矩陣，X表示8X8輸出數(shù)據(jù)塊矩陣，T表示變換矩陣，T'表示矩陣T的轉(zhuǎn)置。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，其特征在于所述的變換矩陣T按如下方法得到設(shè)α ρ α 2、α 3、α 4、α 5、“ 6是所選取的六個(gè)角度，令
3.如權(quán)利要求1所述的圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，其特征在于 (1)所述正向變換;T = T JT處理過(guò)程中，采用S =T以方便計(jì)算；則正向變換可用Γ = f忍/2來(lái)代替，其中，Z = XS的快速處理方法可用如下方法實(shí)現(xiàn)設(shè) Xi=(xO, xl, x2, x3, x4, x5, x6, x7)是 X 的第 i 行，Zi=(Zi), zl, z2, z3, z4, z5, z6, z7)是Z的第i行；用a[*]表示計(jì)算的中間結(jié)果 a
= xO + x7 a[7] = xO - x7 a[l] = xl + x6 a[6] = xl - x6 a[2] = x2 + x5 a[5] = x2 - x5 a[3] = x3 + x4a[13]=D氺a
-C氺a[3]a[ll]=E氺a[l]+ F氺a[2]a[12]=F氺a[l]-E氺a[2]a[ 8]=H氺a [6]-G氺a[5]a[ 9]=G氺a [6]+ H氺a[5]a[14]=H氺a [4]+ G氺a [8]a[15]=G氺a [4]-H氺a [8]a[16]=D氺a[7]-C氺a [9]a[17]=C氺a[7]+ D氺a [9]則rLi用如下處理方法得到zO=G氺a[10]+ H氺a[ll]z4=H氺a[10]-G氺a[ll]z2=J氺a[13]+ I氺a[12]z6=I氺a[13]-J氺a[12]zl=L氺a[17]+ K氺a[14]z7=K氺a[17]-L氺a[14]z5=N氺a[16]+ M氺a[15]z3=M氺a[16]-N氺a[15](2)正向六角變換需要進(jìn)行兩次矩陣相乘運(yùn)算，而且矩陣中的元素都是浮點(diǎn)數(shù)，計(jì)算量較大，每次矩陣相乘，需要進(jìn)行8X8X8=512次浮點(diǎn)數(shù)相乘和8X8X7=448次浮點(diǎn)數(shù)相加；正向六角變換快速處理方法，需要的運(yùn)算次數(shù)為36X8=288次浮點(diǎn)數(shù)乘法，18X8=144 次浮點(diǎn)數(shù)加減法，8X8=64次整數(shù)加減法，明顯降低了六角變換的運(yùn)算量。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法，其特征在于(1)所述逆向變換Z = ITr1處理過(guò)程中，采用S=√2T以方便計(jì)算；則逆向變換可用 X = SYS '/2來(lái)代替，其中，V = YS'的快速處理方法可用如下方法實(shí)現(xiàn)i殳 Yi= (y0, y 1, y2, y3, y4, y5, y6, y7) ^ Y 白勺第 i ^f vi=(v0,vl,v2,v3,v4, v5, v6, v7)是V的第i行；用a[*]表示計(jì)算的中間結(jié)果 a[14] = K * yl - L * y7; a[17] = L * yl + K * y7; a[15] = M * y5 - N * y3; a[16] = N * y5 + M * y3; a[10] = G * yO + H * y4; a[ll] = H * yO - G * y4; a[12] = I * y2 - J * y6; a[13] = J * y2 + I * y6; a
= C * a[10] + D * a[13]； a[3] = D * a[10] - C * a[13]； a[l] =E* a[ll] + F * a[12]； a[2] =F* a[ll] - E * a[12]；a[4] =H* a[14] + G * a[15]；a[8] =G* a[14] - H * a[15]；a[9] =D* a[17] - C * a[16]；a[7] =C* a[17] + D * a[16]；a[5] = H * a[ 9] - G * a[ 8];a[6] = G * a[ 9] + H * a[ 8];則vi用如下方法計(jì)算v0 = a
+ a[7]；v7 = a
- a[7]；vl = a[l] + a[6]；v6 = a[l] - a[6]；v2 = a[2] + a[5]；v5 = a[2] - a[5]；v3 = a[3] + a[4]；v4 = a[3] - a[4]；(2)逆向六角變換需要進(jìn)行兩次矩陣相乘運(yùn)算，而且矩陣中的元素都是浮點(diǎn)數(shù)，計(jì)算量較大，每次矩陣相乘，需要進(jìn)行8 X 8 X 8=512次浮點(diǎn)數(shù)相乘和8 X 8 X 7=448次浮點(diǎn)數(shù)相加； 逆向六角變換快速處理方法，需要的運(yùn)算次數(shù)為36X8=288次浮點(diǎn)數(shù)乘法，18X8=144次浮點(diǎn)數(shù)加減法，8X8=64次整數(shù)加減法，明顯降低了六角變換的運(yùn)算量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像或視頻編碼的六角變換快速處理方法。包括在圖像或視頻編碼端，將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向六角變換處理，變換到以正向六角變換矩陣表達(dá)的向量空間中；在圖像或視頻解碼端，將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向六角變換處理，恢復(fù)得到原始的圖像或視頻數(shù)據(jù)，其中將圖像或視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行正向變換處理的方法是基于正向六角變換的快速處理方法；將正向六角變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向變換處理的方法是基于逆向六角變換的快速處理方法。本發(fā)明降低了六角變換的運(yùn)算復(fù)雜度，減少處理時(shí)間，有利于加快圖像或視頻數(shù)據(jù)的壓縮或分析。
文檔編號(hào)H04N7/30GK102547285SQ201210004028
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者朱洪波, 李國(guó)平, 滕國(guó)偉, 王國(guó)中, 程武, 趙海武 申請(qǐng)人:上海大學(xué)