專利名稱：圖像和視頻信號的變換裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像和視頻信號變換裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在圖像通信技術(shù)迅速發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是高質(zhì)量地實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存與數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵之一，人們對視頻壓縮技術(shù)的研究和應(yīng)用也已經(jīng)有20多年，在通信領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了H.261、H.263、H.264、MEPG-1、MPEG-2、MPEG-4視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)；然而，社會在不斷發(fā)展、技術(shù)在不斷的進步、產(chǎn)品在不斷的創(chuàng)新，圖像通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。在視頻編碼中通常還利用同一幀圖像內(nèi)已編碼塊的信息對當(dāng)前編碼塊進行幀內(nèi)預(yù)測或利用先前以編碼圖像的信息對當(dāng)前編碼塊進行幀間預(yù)測。所以編碼端只需要傳輸編碼模式信息、重建圖像塊與其預(yù)測值的殘差的變換量化系數(shù)即可。預(yù)測殘差進行變換編碼可以達(dá)到壓縮的效果。而在解碼端，接收到了編碼模式信息，即可對當(dāng)前解碼塊進行預(yù)測，獲得其預(yù)測值，對殘差的變換量化系數(shù)進行反量化反變換，與預(yù)測值相加即可得到重建圖像塊。
在已經(jīng)公開的CN 1445999A的文獻(xiàn)中，記載了一種“運用于圖像編碼和視頻編碼的整數(shù)變換方法和裝置”技術(shù)方案，該技術(shù)方案所述的圖像編碼和視頻編碼的整數(shù)變換裝置包括正向整數(shù)變換裝置和逆向整數(shù)變換裝置。
正向整數(shù)變換裝置由輸入裝置、正向變換裝置、正向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置、正向縮放裝置、正向縮放系數(shù)存儲裝置和輸出裝置；其中，輸入裝置用于接受存儲正向整數(shù)變換的輸入數(shù)據(jù)，正向變換裝置能根據(jù)正向整數(shù)變換系數(shù)對輸入的數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理，正向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置用于存儲正向整數(shù)變換矩陣系數(shù)，正向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置也可與正向變換裝置相合并，正向縮放裝置能對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行正向縮放處理，正向縮放系數(shù)存儲裝置用于存儲正向縮放矩陣系數(shù)，也可將正向縮放系數(shù)存儲裝置與正向縮放裝置相合并，輸出裝置用于存儲正向整數(shù)變換后的數(shù)據(jù)，并將其輸出。
逆向整數(shù)變換裝置由輸入裝置、逆向縮放裝置、逆向縮放系數(shù)存儲裝置、逆向變換裝置、逆向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置和輸出裝置構(gòu)成；其中，輸入裝置用于接受存儲逆向整數(shù)變換的輸入數(shù)據(jù)，逆向縮放裝置能對輸入的數(shù)據(jù)塊進行逆向縮放處理，逆向縮放系數(shù)存儲裝置用于存儲逆向縮放矩陣系數(shù)，也可將逆向縮放系數(shù)存儲裝置與逆向縮放裝置相合并，逆向變換裝置能根據(jù)逆向整數(shù)變換系數(shù)對逆向縮放處理過的數(shù)據(jù)進行逆向變換處理，逆向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置用于存儲逆向整數(shù)變換矩陣系數(shù)，逆向整數(shù)變換系數(shù)存儲裝置也可與逆向變換裝置相合并，輸出裝置用于存儲逆向整數(shù)變換后的數(shù)據(jù)，并將其輸出。
圖像編碼和視頻編碼的整數(shù)變換裝置中的正向整數(shù)變換裝置和逆向整數(shù)變換裝置可以采用處理器系統(tǒng)、微控制器、可編程邏輯器件或微處理器來實現(xiàn)其操作。它通過整數(shù)變換方法將圖像或數(shù)據(jù)進行正向整數(shù)變換處理，變換到以正向整數(shù)變換矩陣表達(dá)的向量空間中；對正向整數(shù)變換后的數(shù)據(jù)進行逆向整數(shù)變換處理，能夠恢復(fù)得到原始的圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)或其殘差數(shù)據(jù)。
公開號文獻(xiàn)CN 1445999A中還記載的正向整數(shù)變換方法是
1)根據(jù)正向整數(shù)變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取正向整數(shù)變換矩陣的大小；2)根據(jù)所設(shè)置的正向整數(shù)變換矩陣的大小，選取正向整數(shù)變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的正向整數(shù)變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的正向縮放矩陣系數(shù)；4)根據(jù)所設(shè)置的正向整數(shù)變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理；5)根據(jù)所設(shè)置的正向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行正向縮放處理。
公開號文獻(xiàn)CN 1445999A中還記載的逆向整數(shù)變換的方法步驟是1)根據(jù)逆向整數(shù)變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取逆向整數(shù)變換矩陣的大??；2)根據(jù)所設(shè)置的逆向整數(shù)變換矩陣的大小，選取逆向整數(shù)變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的逆向整數(shù)變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的逆向縮放矩陣系數(shù)；4)根據(jù)所設(shè)置的逆向縮放系數(shù)矩陣對輸入數(shù)據(jù)塊進行逆向縮放處理；5)根據(jù)所設(shè)置的逆向整數(shù)變換矩陣對逆向縮放變換處理過的數(shù)據(jù)進行逆向變換處理。
公開號CN 1445999A文獻(xiàn)記載的“運用于圖像編碼和視頻編碼的整數(shù)變換方法和裝置”，其所采用的變換矩陣系數(shù)都是整數(shù)，原始圖像數(shù)據(jù)在正向整數(shù)變換和逆向整數(shù)變換后與初始數(shù)據(jù)相同，因而克服了離散余弦變換的失配的缺陷。在實際應(yīng)用中，為了避免浮點運算，往往采用整數(shù)變換矩陣或簡單的整數(shù)變換加移位的方法。如果正向垂直變換矩陣中的每行系數(shù)和正向水平變換矩陣中的每列系數(shù)的模都相同，只需要在正向變換后進行歸一化處理，即除以同一個數(shù)，或者用先乘法后移位實現(xiàn)；同樣的在反變換前也要進行歸一化處理，其操作與正變換后的歸一化處理相同；如果正向垂直變換矩陣中的每行系數(shù)和正向水平變換矩陣中的每列系數(shù)的模不都相同，則需進行縮放處理；縮放處理中的縮放矩陣由上述方法得到。對于不同位置的系數(shù)需要除以不同的縮放系數(shù)，或者用先乘法后移位實現(xiàn)。同樣的在反變換前也要進行縮放處理，其方法與正變換后的縮放處理相同。
在實際編碼過程中，在編碼端對視頻信號、圖像信號或其殘差信號變換后，需進行量化處理，量化處理一般采用除以一個數(shù)，或者用先乘法后移位實現(xiàn)；在解碼端，需進行反量化處理，一般采用乘以一個數(shù)，或者用先乘法后移位實現(xiàn)。這樣在編碼端每個系數(shù)的縮放和量化需進行兩次除法或兩次先乘法后移位；在解碼端每個系數(shù)的縮放和反量化需進行一次除法和一次乘法或兩次先乘法后移位。在應(yīng)用中，這兩次操作可以合并成一次先乘法后移位的操作，如H.264中的縮放和量化、縮放和反量化處理，但是，在編解碼端將縮放與量化反量化相結(jié)合，編解碼器就需要存儲儲比較大的系數(shù)表。
圖像和視頻編解碼要求處理器具有一定的運算能力。通常的，編碼器比解碼器需要更強大的運算能力，如機頂盒、PDA、掌上電腦或高級的手機。所以，在考慮視頻編碼和解碼方法的時候，要考慮保持解碼器簡單，即使編碼器需要更多的計算復(fù)雜度。降低解碼器復(fù)雜度的任何方法都是期望的，只要該方法編解碼過程不影響壓縮效率，編解碼重建圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、對視頻、圖像、視頻或圖像的預(yù)測殘差信號進行換處理的圖像和視頻信號變換裝置及其方法。
本發(fā)明所述的圖像和視頻信號變換裝置的一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的它包括正向變換器，所述正向變換器包括依次相連接的輸入裝置、正向變換裝置、縮放裝置和輸出裝置，正向變換裝置與正向變換系數(shù)存儲裝置相接，其特征在于所述縮放裝置設(shè)置在正向變換裝置與輸出裝置之間。
所述縮放裝置由正向縮放裝置、正向縮放系數(shù)存儲裝置、逆向縮放裝置和逆向縮放系數(shù)存儲裝置構(gòu)成，所述正向縮放裝置與逆向縮放裝置相連，正向縮放系數(shù)儲存裝置和逆向縮放系數(shù)儲存裝置分別與正向縮放裝置和逆向縮放裝置相連接；處理信號先通過正向縮放裝置再通過逆向縮放裝置；或由逆向縮放裝置、正向縮放裝置、逆向縮放系數(shù)儲存裝置和正向縮放系數(shù)儲存裝置構(gòu)成，處理信號先通過逆向縮放裝置再通過正向縮放裝置；或主要由縮放裝置和縮放系數(shù)儲存裝置構(gòu)成，縮放系數(shù)儲存裝置與縮放裝置相連接。
本發(fā)明所述的圖像和視頻信號變換的一種方法是正向變換方法，其特征在于該正向變換方法包括以下步驟1)根據(jù)正向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取正向變換矩陣的大?。?)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣的大小，選取正向變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的正向縮放矩陣系數(shù)；4)由逆向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的逆向縮放矩陣系數(shù)；5)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理；6)根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理；該縮放處理方法為1)先進行正向縮放處理再進行逆向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Forward)Sn×m_Inverse，其中Cn×m代表了正向變換的中間結(jié)果，Dn×m代表了正向變換后的n×m輸出數(shù)據(jù)塊，Sn×m_Forward代表正向縮放系數(shù)矩陣Sn×m_Inverse代表逆向縮放系數(shù)矩陣，算符代表將其左右兩個矩陣中相同位置的系數(shù)分別相乘；2)或先進行逆向縮放處理再進行正向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Inverse)Sn×m_Forward；3)或先根據(jù)正向縮放系數(shù)矩陣和逆向縮放系數(shù)矩陣設(shè)置縮放系數(shù)矩陣，再根據(jù)縮放系數(shù)矩陣進行縮放處理，Sn×m＝Sn×m_ForwardSn×m_InverseDn×m＝Cn×mSn×m。
本發(fā)明所述的圖像和視頻信號變換裝置的另一種技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的它包括逆向變換器，其特征在于逆向器變換器由輸入裝置、逆向變換裝置、輸出裝置和逆向變換系數(shù)存儲儲裝置構(gòu)成，在輸入裝置與輸出裝置之間聯(lián)接有逆向變換裝置，所述逆向變換系數(shù)存儲儲裝置與逆向變換裝置相接。
本發(fā)明所述的圖像和視頻信號變換的另一種方法是逆向變換方法，其特征在于該逆向變換方法步驟是1)根據(jù)逆向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取垂直逆向變換矩陣大小為n×n，選取水平逆向變換矩陣大小為m×m，其中，n是輸入數(shù)據(jù)塊的行數(shù)，m是輸入數(shù)據(jù)塊的列數(shù)；2)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣的大小，選取逆向變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)進行逆向變換處理；本發(fā)明由于在逆向變換器中采用了在輸入裝置與輸出裝置之間連接有逆向變換裝置，逆向變換系數(shù)存儲儲裝置與逆向變換裝置相接的結(jié)構(gòu)，而且在正向變換器中的正向縮放系數(shù)存儲裝置中存儲的正向縮放系數(shù)由正向變換矩陣系數(shù)決定，逆向縮放系數(shù)存儲裝置中存儲的逆向縮放系數(shù)由逆向變換矩陣系數(shù)決定，兩種操作和運算部件可互換，由于以上兩種運算的一致性，可合成一種操作和運算部件，從而具有減少運算存儲復(fù)雜度、降低成本、提高信號壓縮率等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明所述變換裝置的正向變換器結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明所述變換裝置的逆向變換器結(jié)構(gòu)框3為本發(fā)明所述變換裝置正向變換器的縮放裝置結(jié)構(gòu)框圖之一圖4為本發(fā)明所述變換裝置正向變換器的縮放裝置結(jié)構(gòu)框圖之二圖5為本發(fā)明所述變換裝置正向變換器的雙向縮放裝置結(jié)構(gòu)框圖之三具體實施方式
參照圖1、為本發(fā)明所述變換裝置的正向器變換器包括依次相連接的輸入裝置1、正向變換裝置2、縮放裝置3和輸出裝置4，正向變換裝置2與正向變換系數(shù)存儲裝置5相接；所述縮放裝置3設(shè)置在正向變換裝置2與輸出裝置4之間。
輸入裝置1采用現(xiàn)有的易失存儲器(如寄存器、高速緩存、RAM)、非易失存儲器(如ROM、EEPROM、閃存)或者兩者的某種組合而成，它用于接受存儲正向變換的輸入數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以是視頻信號，圖像信號，視頻或圖像的預(yù)測殘差信號等，它能夠接受輸入數(shù)據(jù)并保持，當(dāng)需要進行正向變換處理時，能提供輸入數(shù)據(jù)。
正向變換裝置2，能按照正向變換系數(shù)存儲裝置5所存儲的正向變換系數(shù)對輸入數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理，其中包括的算術(shù)邏輯單元可以用乘法運算，加法運算和移位運算實現(xiàn)該處理。一般的，也可以將正向變換系數(shù)存儲裝置5與正向變換裝置2相結(jié)合。輸入信號經(jīng)正向變換裝置2后，由時域信號轉(zhuǎn)變成了變換域信號，時域信號之間具有的較大相關(guān)性在頻域信號中大大降低了。
正向變換系數(shù)存儲裝置5采用現(xiàn)有的易失存儲器、非易失存儲器(如ROM、EEPROM、閃存)或者兩者的某種組合而成，它用于存儲正向變換矩陣系數(shù)，在進行正向變換處理時能提供正向變換矩陣系數(shù)。
輸出裝置4用于存儲正向變換后的數(shù)據(jù)，并提供輸出，類似于輸入裝置1，當(dāng)需要輸出時，能提供結(jié)果數(shù)據(jù)。
參照附圖2為本發(fā)明所述變換裝置的正向器變換器由輸入裝置6、逆向變換裝置7、輸出裝置8和逆向變換系數(shù)存儲儲裝置9構(gòu)成，在輸入裝置6與輸出裝置8之間聯(lián)接有逆向變換裝置7，所述逆向變換系數(shù)存儲儲裝置9與逆向變換裝置7相接。
所述輸入裝置6用于接受存儲逆向變換的輸入數(shù)據(jù)；所述逆向變換系數(shù)存儲裝置9，用于存儲逆向變換矩陣系數(shù)；逆向變換裝置8能根據(jù)逆向變換系數(shù)存儲裝置9所存儲的逆向變換系數(shù)對輸入數(shù)據(jù)進行逆向變換處理，其中包括的算術(shù)邏輯單元可以用乘法運算，加法運算和移位運算實現(xiàn)該處理；輸出裝置8用于存儲逆向變換后的數(shù)據(jù)，并提供輸出。
輸入裝置6、輸出裝置8、逆向變換裝置7和逆向變換系數(shù)存儲裝置9均類似于正向變換中相對應(yīng)的部分，輸入裝置6可存儲歸一化變換域信號，通過逆向變換裝置7后，轉(zhuǎn)變?yōu)樵嫉幕蚪圃嫉囊曨l、圖像或視頻圖像殘差信號。
參照圖3，縮放裝置3由正向縮放裝置10、逆向縮放裝置11、正向縮放系數(shù)儲存裝置12和逆向縮放系數(shù)儲存裝置13構(gòu)成，正向縮放裝置10與逆向縮放裝置11相連，正向縮放系數(shù)儲存裝置12和逆向縮放系數(shù)儲存裝置13分別與正向縮放裝置10和逆向縮放裝置11相連接，處理信號通過正向縮放裝置10再通過逆向縮放裝置11，所述正向縮放系數(shù)存儲裝置12中存儲的正向縮放系數(shù)由正向變換矩陣系數(shù)決定，逆向縮放系數(shù)存儲裝置13中存儲的逆向縮放系數(shù)由逆向變換矩陣系數(shù)決定，此兩種操作和運算部件可互換。由于以上兩種運算的一致性，可合并成一種操作和運算部件，降低了軟硬件復(fù)雜度。
參照圖4，縮放裝置3由逆向縮放裝置11、正向縮放裝置10、逆向縮放系數(shù)儲存裝置13和正向縮放系數(shù)儲存裝置12構(gòu)成，逆向縮放裝置11與正向縮放裝置10相連，逆向縮放系數(shù)儲存裝置13和正向縮放系數(shù)儲存裝置12分別與逆向縮放裝置11和正向縮放裝置10相連接，處理信號先通過逆向縮放裝置11再通過正向縮放裝置10。所述逆向縮放系數(shù)存儲裝置13中存儲的逆向縮放系數(shù)由逆向變換矩陣系數(shù)決定，正向縮放系數(shù)存儲裝置12中存儲的正向縮放系數(shù)由正向變換矩陣系數(shù)決定，此兩種操作和運算部件的順序可互換。由于以上兩種運算的一致性，可合并成一種操作和運算部件，降低軟硬件復(fù)雜度。
參照圖5，縮放裝置3由雙向縮放裝置14和縮放系數(shù)儲存裝置15構(gòu)成，縮放系數(shù)儲存裝置15與雙向縮放裝置14相連接；縮放裝置3能對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行縮放處理，其中包括算術(shù)邏輯單元，可以用乘法運算、加法運算和移位運算實現(xiàn)該處理，變換域信號在通過縮放裝置3后，便完成了縮放處理，信號同時實現(xiàn)了正向變換后和逆向變換前的縮放處理，信號實現(xiàn)了正向變換后和逆向變換前的歸一化處理。
上述的正向變換器和逆向變換器可以用處理器系統(tǒng)，微控制器，可編程邏輯器件或微處理器實現(xiàn)部分或全部的操作。上述的一些操作可以用軟件實現(xiàn)，同時另一些操作可以用硬件實現(xiàn)。
為了方便起見，這些操作被描述為不同的互連的功能單元或不同的軟件模塊。但是，這不是必要的。在一些應(yīng)用中，這些功能單元或模塊可以被集成到單一的邏輯器件，程序或操作中，而沒有明顯的界限。在任何情況中，功能單元和軟件模塊或描述的特征可以獨立實現(xiàn)，或與其他操作一起用硬件或軟件實現(xiàn)。
在本發(fā)明中系數(shù)存儲裝置不是必須的，可以固化在相應(yīng)的變換裝置和縮放裝置中，以完成同樣的操作。
本發(fā)明所述的圖像和視頻信號的變換方法包括正向變換方法和逆向變換方法，其具體步驟如下正向變換方法步驟是1)根據(jù)正向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取正向變換矩陣的大小根據(jù)輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取垂直正向變換矩陣大小為n×n；根據(jù)輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取水平正向變換矩陣大小為m×m；其中，n是輸入數(shù)據(jù)塊的行數(shù)，m是輸入數(shù)據(jù)塊的列數(shù)。
2)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣的大小，選取正向變換矩陣系數(shù)一個n×n的垂直正向變換矩陣Tn必須是正交的，即ti×tjT=0i≠j0≤i,j≤n-1ti×tjT≠0i=j0≤i,j≤n-1,]]>其中，ti，tj分別代表了Tn中第i，j行的行向量，tjT是tj的轉(zhuǎn)置列向量。一個m×m的垂直正向變換矩陣Tm必須是正交的，即ti×tjT=0i≠j0≤i,j≤m-1ti×tjT≠0i=j0≤i,j≤m-1,]]>其中，ti，tj分別代表了Tm中第i，j行的行向量，tjT是tj的轉(zhuǎn)置列向量，將Tm轉(zhuǎn)置，得到m×m的水平正向變換矩陣TmT。
當(dāng)m＝n時，這兩個矩陣可以互為轉(zhuǎn)置，也可不是。
3)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的正向縮放矩陣系數(shù)對于一個n×n的垂直正向變換矩陣Tn，設(shè)置相對應(yīng)的n×1正向縮放系數(shù)矩陣Sn的矩陣系數(shù)si，si代表了Sn中第i行的正向縮放系數(shù)，
si=1Σj=0n-1tij2,0≤i≤n-1,]]>并且，至少存在一組i和j，當(dāng)i≠j且0≤i，j≤n-1時，si≠sj；對于一個m×m的垂直正向變換矩陣Tm，設(shè)置相對應(yīng)的m×1正向縮放系數(shù)矩陣Sm的矩陣系數(shù)si，si代表了Sm中第i行的正向縮放系數(shù)，si=1Σj=0m-1tij2,0≤i≤m-1,]]>并且，至少存在一組i和j，當(dāng)i≠j且0≤i，j≤m-1時，si≠sj；根據(jù)以上的n×1正向縮放系數(shù)矩陣Sn和m×1正向縮放系數(shù)矩陣Sm，設(shè)置n×m正向縮放系數(shù)矩陣Sn×m_Forward，Sn×m_Forward=Sn×SmT,]]>其中，SmT是Sm的轉(zhuǎn)置矩陣。
4)由逆向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的逆向縮放矩陣系數(shù)對于一個n×n的水平逆向變換矩陣Tn，設(shè)置相對應(yīng)的n×1逆向縮放系數(shù)矩陣Sn的矩陣系數(shù)si，si代表了Sn中第i行的逆向縮放系數(shù)，si=1Σj=0n-1tij2,0≤i≤n-1,]]>并且，至少存在一組i和j，當(dāng)i≠j且0≤i，j≤n-1時，si≠sj；對于一個m×m的水平逆向變換矩陣Tm，設(shè)置相對應(yīng)的m×1逆向縮放系數(shù)矩陣Sm的矩陣系數(shù)si，si代表了Sm中第i行的逆向縮放系數(shù)，si=1Σj=0m-1tij2,0≤i≤m-1]]>并且，至少存在一組i和j，當(dāng)i≠j且0≤i，j≤m-1時，si≠sj；根據(jù)n×1逆向縮放系數(shù)矩陣Sn和m×1逆向縮放系數(shù)矩陣Sm，設(shè)置n×m逆向縮放系數(shù)矩陣Sn×m_Inverse，Sn×m_Inverse=Sn×SmT,]]>其中，SmT是Sm的轉(zhuǎn)置矩陣。
5)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理Cn×m=Tn×Bn×m×TmT,]]>其中，Bn×m表示n行m列的正向變換輸入數(shù)據(jù)塊，Tn和Tm分別代表了n×n垂直正向變換矩陣和m×m垂直正向變換矩陣，TmT是Tm的轉(zhuǎn)置矩陣，代表了m×m水平正向變換矩陣，Cn×m代表了正向變換的中間結(jié)果。
6)根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理a)先進行正向縮放處理再進行逆向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Forward)Sn×m_Inverse，其中Cn×m代表了正向變換的中間結(jié)果，Dn×m代表了正向變換后的n×m輸出數(shù)據(jù)塊，Sn×m_Forward代表正向縮放系數(shù)矩陣Sn×m_Inverse代表逆向縮放系數(shù)矩陣，算符代表將其左右兩個矩陣中相同位置的系數(shù)分別相乘；b)或先進行逆向縮放處理再進行正向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Inverse)Sn×m_Forward；c)或先根據(jù)正向縮放系數(shù)矩陣和逆向縮放系數(shù)矩陣設(shè)置縮放系數(shù)矩陣，再根據(jù)縮放系數(shù)矩陣進行縮放處理，Sn×m＝Sn×m_ForwardSn×m_InverseDn×m＝Cn×mSn×m。
逆向變換方法步驟是1)根據(jù)逆向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取逆向變換矩陣的大小根據(jù)輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取垂直逆向變換矩陣大小為n×n；根據(jù)輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取水平逆向變換矩陣大小為m×m；其中，n是輸入數(shù)據(jù)塊的行數(shù)，m是輸入數(shù)據(jù)塊的列數(shù)。
2)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣的大小，選取逆向變換矩陣系數(shù)；一個n×n的水平逆向變換矩陣Tn必須是正交的，即并且，ti×tjT=0i≠j0≤i,j≤n-1ti×tjT≠0i=j0≤i,j≤n-1,]]>其中，ti，tj分別代表了Tn中第i，j行的行向量，tjT是tj的轉(zhuǎn)置列向量，將Tn轉(zhuǎn)置，得到n×n的垂直正向變換矩陣TnT；一個m×m的水平逆向變換矩陣Tm必須是正交的，即并且，ti×tjT=0i≠j0≤i,j≤m-1ti×tjT≠0i=j0≤i,j≤m-1,]]>其中，ti，tj分別代表了Tm中第i，j行的行向量，tjT是tj的轉(zhuǎn)置列向量。
當(dāng)m＝n時，這兩個矩陣可以互為轉(zhuǎn)置也可不是。這兩個矩陣可與正變換端的兩個矩陣相同也可不同。
3)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣對逆向縮放處理過的數(shù)據(jù)進行逆向變換處理；Bn×m=TnT×Cn×m×Tm]]>其中，Cn×m代表了逆向變換的中間結(jié)果，Bn×m表示n行m列的逆向變換輸出數(shù)據(jù)塊，Tn和Tm分別代表了n×n水平逆向變換矩陣和m×m水平逆向變換矩陣，TnT是Tn的轉(zhuǎn)置矩陣，代表了m×m的垂直逆向變換矩陣。
在編碼端，每個系數(shù)的兩次縮放處理可以合并成一次乘法和移位運算，而縮放法處理可以與量化相結(jié)合以降低運算復(fù)雜度，也可以與量化相獨立以降低存儲復(fù)雜度。而解碼端只需要進行變換，降低了其運算和存儲復(fù)雜度。
圖像和視頻信號變換實例
設(shè)正向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小為8×8，選取水平正向變換矩陣和垂直正向變換矩陣的大小都是8×8，且它們互為轉(zhuǎn)置。那么逆向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小也為8×8，則選取水平逆向變換矩陣和垂直逆向變換矩陣的大小都是8×8，且它們互為轉(zhuǎn)置。且水平逆向變換矩陣等同于垂直正向變換矩陣，垂直逆向變換矩陣等同于水平正向變換矩陣。選取垂直正向變換矩陣如下T8=8888888810962-2-6-9-10104-4-10-10-44109-2-10-66102-98-8-888-8-886-1029-9-210-64-1010-4-410-1042-69-1010-96-2]]>根據(jù)正向變換矩陣系數(shù)和逆向變換矩陣系數(shù)，選取縮放矩陣如下；ScaleM=32768379583615837958327683795836158379583795843969418844396937958439694188443969361584188439898418843615841884398984188437958439694188443969379584396941884439693276837958361583795832768379583615837958379584396941884439693795843969418844396936158418843989841884361584188439898418843795843969418844396937958439694188443969]]>在編碼端，對輸入的9比特8×8數(shù)據(jù)B8×8首先進行正向變換C8×8=(T8×B8×8×T8T+(1<<4))>>5,]]>其中，T8T是T8的轉(zhuǎn)置矩陣，C8×8代表了正向變換的中間結(jié)果。<<表示將每個系數(shù)進行左移，>>表示將每個系數(shù)右移。右移5位是為了保證C8×8中的每個系數(shù)都能用16比特表示，也可采用不同的移位方法。
變換完了進行縮放處理，D8×8＝(C8×8ScaleM+(1<<18))>>19
右移19位是為了保證D8×8中的每個系數(shù)都能用12比特表示，同時右移19位對應(yīng)于上面的右移5位，也可采用不同的移位方法。然后進行量化，也可以將量化與縮放相結(jié)合。
在解碼端，首先進行反量化，反量化后的系數(shù)能用13比特表示，再對變換系數(shù)矩陣CoeffMatrix進行如下水平反變換H’＝CoeffMatrix×T8其中，H’表示水平反變換后的中間結(jié)果。
然后對矩陣H’中的每個系數(shù)加4再右移3位，得到矩陣H”。右移三位是為了保證所有的中間結(jié)果都能用16比特表示。
然后對矩陣H”進行如下垂直反變換H＝T8T×H”其中，H表示變換后的8×8矩陣。
最后將H中的每個系數(shù)都加上64再右移7位，就可得到最終的9比特反變換結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種圖像和視頻信號變換裝置，包括正向變換器，所述正向變換器包括依次相連接的輸入裝置、正向變換裝置、縮放裝置和輸出裝置，正向變換裝置與正向變換系數(shù)存儲裝置相接，其特征在于所述縮放裝置設(shè)置在正向變換裝置與輸出裝置之間。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像和視頻信號變換裝置，其特征在于所述縮放裝置由正向縮放裝置、正向縮放系數(shù)存儲裝置、逆向縮放裝置和逆向縮放系數(shù)存儲裝置構(gòu)成，所述正向縮放裝置與逆向縮放裝置相連，正向縮放系數(shù)儲存裝置和逆向縮放系數(shù)儲存裝置分別與正向縮放裝置和逆向縮放裝置相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像和視頻信號變換裝置，其特征在于所述縮放裝置由雙向縮放裝置和縮放系數(shù)儲存裝置構(gòu)成，縮放系數(shù)儲存裝置與雙向縮放裝置相連接。
4.一種圖像和視頻信號變換裝置，包括逆向變換器，其特征在于所述逆向變換器由輸入裝置、逆向變換裝置、輸出裝置和逆向變換系數(shù)存儲裝置構(gòu)成，在輸入裝置與輸出裝置之間連接有逆向變換裝置，所述逆向變換系數(shù)存儲裝置與逆向變換裝置相接。
5.一種圖像和視頻信號變換方法，其特征在于逆向變換方法步驟是1)根據(jù)逆向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小n×m，選取垂直逆向變換矩陣大小為n×n，選取水平逆向變換矩陣大小為m×m，其中，n是輸入數(shù)據(jù)塊的行數(shù)，m是輸入數(shù)據(jù)塊的列數(shù)；2)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣的大小，選取逆向變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的逆向變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)進行逆向變換處理。
6.一種圖像和視頻信號變換方法，其特征在于正向變換方法包括以下步驟1)根據(jù)正向變換輸入數(shù)據(jù)塊的大小，選取正向變換矩陣的大小；2)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣的大小，選取正向變換矩陣系數(shù)；3)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的正向縮放矩陣系數(shù)；4)由逆向變換矩陣系數(shù)，選取相應(yīng)的逆向縮放矩陣系數(shù)；5)根據(jù)所設(shè)置的正向變換矩陣對輸入數(shù)據(jù)塊進行正向變換處理；6)根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理。
7.如權(quán)利要求7所述的一種圖像和視頻信號正向變換方法，其特征在于該方法所述根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理步驟是先進行正向縮放處理再進行逆向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Forward)Sn×m_Inverse，其中Cn×m代表了正向變換的中間結(jié)果，Dn×m代表了正向變換后的n×m輸出數(shù)據(jù)塊，Sn×m_Forward代表正向縮放系數(shù)矩陣Sn×m_Inverse代表逆向縮放系數(shù)矩陣，算符代表將其左右兩個矩陣中相同位置的系數(shù)分別相乘。
8.如權(quán)利要求7所述的一種圖像和視頻信號正向變換方法，其特征在于該方法所述根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理步驟是先進行逆向縮放處理再進行正向縮放處理，Dn×m＝(Cn×mSn×m_Inverse)Sn×m_Forward。
9.如權(quán)利要求7所述的一種圖像和視頻信號正向變換方法，其特征在于該方法所述根據(jù)所設(shè)置的正向、逆向縮放系數(shù)矩陣對正向變換處理后的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)縮放處理步驟是先根據(jù)正向縮放系數(shù)矩陣和逆向縮放系數(shù)矩陣設(shè)置縮放系數(shù)矩陣，再根據(jù)縮放系數(shù)矩陣進行縮放處理，Sn×m＝Sn×m_ForwardSn×m_InverseDn×m＝Cn×mSn×m。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像和視頻信號變換裝置及其方法。它包括正向變換器及其變換方法或逆向變換器及其變換方法，所述正向變換器包括依次相連接的輸入裝置、正向變換裝置、縮放裝置和輸出裝置，正向變換裝置與正向變換系數(shù)存儲裝置相接，其特征在于所述縮放裝置設(shè)置在正向變換裝置與輸出裝置之間；所述逆向變換器由輸入裝置、逆向變換裝置、輸出裝置和逆向變換系數(shù)存儲儲裝置構(gòu)成，其特征在于輸入裝置與輸出裝置之間聯(lián)接有逆向變換裝置，所述逆向變換系數(shù)存儲儲裝置與逆向變換裝置相接；它具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的特點，它是一種能夠?qū)σ曨l、圖像、視頻或圖像的預(yù)測殘差信號進行換處理的圖像和視頻信號變換裝置及其方法。
文檔編號H04N7/30GK1642280SQ20041001563
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月1日
發(fā)明者虞露, 湛偉權(quán), 樓劍 申請人:浙江大學(xué), 香港中文大學(xué)