用于图像变换的方法和装置及用于图像逆变换的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于图像变换的方法和装置及用于图像逆变换的方法和装置。在根据本发明实施例的图像变换方法中，通过使用预定的比例因子放大形成用于N点离散余弦变换的变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素；通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数变换矩阵执行N点离散余弦变换；通过使用比例因子缩小N点离散余弦变换矩阵的结果值。
【专利说明】用于图像变换的方法和装置及用于图像逆变换的方法和装
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于编码和解码图像的方法和设备，更具体地讲，涉及一种用于变换和逆变换具有大尺寸的块的方法和设备。
【背景技术】
[0002]根据当前的国际视频编码标准，诸如H.264或者MPEG-4，视频信号分层次地划分为序列、巾贞、条带(siice)、宏块和块,其中块是最小处理单兀。在编码方面，通过巾贞内或者中贞间预测来确定块的预测剩余误差，执行块变换以使能量集中于小数的系数，并且通过量化、扫描、行程编码和熵编码来压缩图像数据并将其记录为编码的比特流。在解码方面，以相反的顺序执行处理。首先，从比特流提取熵编码的块变换系数。然后，通过反量化和逆变换来重构块的预测剩余误差，预测信息用于重构块的视频数据。在编码-解码处理中，变换模块是视频压缩的基础，并且变换模块的变换性能直接影响编码解码器的一般性能。
[0003]在最初的视频编码标准(诸如MPEG-1或者H.261)中采用了离散余弦变换(DCT)。在1974年引入DCT之后，DCT已广泛用于图像和视频编码领域。由于DCT去除变换域中的图像元素的相关性并且为高效图像压缩提供基础，所以DCT的变换性能与所有的次佳(sub-optimal)的变换相比是卓越的。然而，由于使用浮点数表示DCT矩阵，所以因大量的浮点运算而使用很多系统资源。因此，在对具有大尺寸的块执行变换时需要新的DCT算法以提高变换效率。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]本发明提供一种通过使用有效离散余弦变换(DCT)来对图像进行变换和逆变换的方法和设备。详细地讲，本发明提供一种用于对图像进行变换和逆变换的方法和设备，所述方法和设备在具有大尺寸的DCT期间在减少一些乘法运算以减少计算复杂度和用于实现硬件的费用的同时执行相似的DCT。
[0006]技术方案
[0007]根据本发明的一个或更多个实施例，对离散余弦变换(DCT)矩阵的元素进行放大，以获得具有整数值的DCT，并且通过将基于DCT矩阵的变换算法中执行的旋转算法替换为具有减少的乘法数量的可选运算，来减少计算复杂度。
[0008]有益效果
[0009]在根据本发明的一个或更多个实施例的用于对图像进行变换和逆变换的方法和设备中，通过基于整数(而不是浮点运算)执行运算处理，来在变换和逆变换具有大尺寸的块时可以减少复杂度并且可以增加运算速度。此外，可通过减少在离散余弦变换(DCT)和离散余弦逆变换(IDCT)期间执行的乘法的数量，来减少计算复杂性。
[0010]最佳模式[0011]根据本发明的一方面，提供了一种对图像进行变换的方法，所述方法包括:通过使用预定的比例因子放大形成用于N (N是整数)点离散余弦变换(DCT)的变换矩阵的元素，来获得具有整数值的放大的元素；通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数变换矩阵执行N点DCT ;通过使用预定的比例因子缩小执行N点DCT的结果值。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种用于对图像进行变换的设备，所述设备包括:变换器，通过使用预定的比例因子放大形成用于N (N是整数)点离散余弦变换(DCT)的变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素，通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数变换矩阵执行N点DCT，通过使用预定的比例因子缩小执行N点DCT的结果值。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种用于对图像进行逆变换的方法，所述方法包括:通过放大形成用于N (N是整数)点逆离散余弦变换(IDCT)的逆变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素，通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数逆变换矩阵执行N点IDCT，通过使用预定的比例因子缩小执行N点IDCT的结果值。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种用于对图像进行逆变换的设备，所述设备包括:逆变换器，通过放大形成用于N (N是整数)点逆离散余弦变换(IDCT)的逆变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素；通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数逆变换矩阵执行N点IDCT ;通过使用预定的比例因子缩小执行N点IDCT的结果值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的实施例的图像编码设备的框图；
[0016]图2是根据本发明的实施例的32点离散余弦变换(DCT)的流程图；
[0017]图3是示出根据本发明的实施例的对图像进行变换的方法的流程图；
[0018]图4是根据本发明的实施例的32点、16点、8点和4点DCT的处理的流程图；
[0019]图5是用于描述图4的每个操作兀素的参考表；
[0020]图6用于描述包括在图2的32点DCT中的旋转变换的运算处理的参考图；
[0021]图7A至图7C是用于描述图4的操作440的示图；
[0022]图8是根据本发明的实施例的用于对图像进行逆变换的设备的框图；
[0023]图9是示出根据本发明的实施例的对图像进行逆变换的方法的流程图；
[0024]图10是根据本发明的实施例的32点、16点、8点和4点逆DCT (IDCT)的处理的流程图。
【具体实施方式】
[0025]以下，将参照示出本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明。
[0026]图1是根据本发明的实施例的图像编码设备100的框图。
[0027]参照图1，图像编码设备100包括预测器110、减法器115、变换器120、量化器130和熵编码器140。
[0028]预测器110将输入图像划分为具有预定尺寸的块，并通过对每个块执行帧间预测或帧内预测来生成预测块。详细地讲，预测器110执行通过运动预测和补偿处理来生成预测块的帧间预测和用于通过使用与当前块相邻的相邻块的数据生成预测块的帧内预测，其中，所述运动预测和补偿处理生成指示预先编码并恢复的参考画面的预定的搜索范围内的与当前块相似的区域的运动矢量。
[0029]减法器115通过从原始图像数据减去当前块的预测块生成残差。
[0030]变换器120将残差变换为频率区域。详细地讲，变换器120可以增大针对具有小尺寸(诸如4X4或8X8)的块定义的离散余弦变换(DCT)矩阵，以应用于具有至少16X16尺寸的块。如将在下面描述，变换器120通过使用预定的比例因子来放大(scaling)用于N点DCT的变换矩阵的元素来生成由具有整数值的元素形成的N点DCT矩阵，并通过使用生成的N点DCT矩阵执行N点DCT，其中N为整数。此外，在考虑与原始N点DCT矩阵的结果值的差的同时，变换器120针对使用放大元素的N点DCT矩阵的结果值执行使用预定比例因子的缩小(de-scaling)。如以下所述，如果预定的比例因子具有2的幂的值，则可以以移位运算(>> 和〈O实现这种放大和缩小处理。与乘法运算相比可以简单地实现这种移位运算，因此与乘法运算相比具有较低的计算复杂度。因此，在对具有大尺寸的块执行的DCT期间，变换器120可在增加运算速度的同时减少计算复杂度。此外，为了减少根据N点DCT矩阵的在运算处理期间所需的乘法运算的数量，变换器120通过减少了乘法运算的数量的交替运算来执行与旋转变换对应的运算，从而减少N点DCT所需的乘法运算的总数并减少整体计算复杂度。
[0031]量化器130量化变换的残差。量化器130可在量化处理期间通过使用预定的比例因子执行缩小处理，以补偿通过使用由具有整数值的放大元素形成的N点DCT矩阵变换的结果值和基于原始N点DCT矩阵的结果值之间的差。换句话说，如将在以下描述，可以将由量化器130执行的量化处理结合到由变换器120执行的缩小处理。[0032]熵编码器140通过对量化的图像数据执行可变长度编码来生成比特流。
[0033]以下，将详细描述通过图1中的变换器120执行的变换处理。
[0034]变换器120通过对NXN输入块执行列向变换和行向变换，来生成NXN变换块，其中N为整数。当Input表示NXN输入块时，Transform_hor表示在行方向上的DCT矩阵，Transform_ver表示在列方向上的DCT矩阵，Output表示结果值，变换器120通过执行根据以下等式的N点DCT矩阵运算来输出结果值Output ；Output=Transform_hor X Input X Transform_ver。这里，第一矩阵乘法运算 Transform_hor X Input 对应于对N X N输入块Input的每行执行一维(ID )水平方向N点DCT，并且将Transform_ver与Transform_hor X Input相乘对应于ID垂直方向N点DCT。在行方向上的DCT矩阵Transform_hor和在列方向上的DCT矩阵Transform_ver是转置矩阵的关系。现在将描述针对行方向和列方向执行的N点DCT矩阵。
[0035]当Akn表示N点DCT矩阵的第(k，η)元素时，可以根据下面等式I来定义用于变换NXN输入块的在垂直或水平方向上的N点DCT矩阵的第(k，η)元素Akn，其中，k和η分别表示从O到(N-1)的整数。
[0036]【等式I】
, ? [Ζ j(.1n I I )k、
_] Abt=C.v2.cos(如)
IN
[0038]由于N点DCT矩阵和N点逆DCT矩阵(IDCT)是转置关系，可以根据下面等式2来定义N点IDCT的第(k，η)元素Bkn。[0039]【等式2】[0040]
【权利要求】
1.一种对图像进行变换的方法，所述方法包括如下步骤: 通过使用预定的比例因子放大形成用于N点离散余弦变换的变换矩阵的元素，来获得具有整数值的放大的元素，其中，N为整数； 通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数变换矩阵，来执行N点离散余弦变换； 通过使用预定的比例因子缩小执行N点离散余弦变换的结果值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得具有整数值的放大的元素的步骤包括:通过使用预定的比例因子的平方值将元素放大到整数值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当S表示预定的比例因子时，S具有2的幂的值，以及 获得具有整数值的放大的元素的步骤还包括:通过使用按1g2S的左移位运算(〈O，来放大对与预定的比例因子相乘的运算进行舍入而获得整数值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行N点离散余弦变换的步骤包括: 将形成N点离散余弦变换的运算中的用于针对中间值X和Y获得结果值U和V的运算U=C1*X-C0*Y 和 V=C0*X+C1*Y 改变为运算 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为预定的实数，U和V为实数，X和Y为实数； 通过使用运算T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T和V=T+Cl_m_C0*Y，来对输入值X和Y执行运算来获得结果值U和V。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过与针对N点离散余弦变换的结果值的量化处理相结合来执行缩小比例。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，预定的比例因子具有2的幂的值，并且， 量化处理还包括:通过右移位运算(>>)缩小N点离散余弦变换的结果值。
7.一种用于对图像进行变化的设备，所述设备包括: 变换器，通过使用预定的比例因子放大形成用于N点离散余弦变换的变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素，通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数变换矩阵来执行N点离散余弦变换，并且通过使用预定的比例因子缩小执行N点离散余弦变换的结果值，其中，N为整数。
8.一种用于对图像进行逆变换的方法，所述方法包括: 通过放大形成用于N点离散余弦逆变换的逆变换矩阵的元素，来获得具有整数值的放大的元素，其中，N为整数； 通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数逆变换矩阵，来执行N点离散余弦逆变换； 通过使用预定的比例因子，来缩小执行N点离散余弦逆变换的结果值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，获得具有整数值的放大的元素的步骤包括:通过使用预定的比例因子的平方值将元素放大到整数值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当S表示预定的比例因子时，S具有2的幂的值，以及， 获得具有整数值的放大的元素的步骤还包括:通过使用按1g2S的左移位运算(〈O，放大通过舍入与预定的比例因子相乘的元素来获得的整数值。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，执行N点离散余弦逆变换的步骤包括: 将形成N点离散余弦逆变换的运算中的用于针对中间值X和Y获得结果值U和V的运算 U=C1*X-C0*Y 和 V=C0*X+C1*Y 改变为运算 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为预定的实数，U和V为实数，X和Y为实数； 通过使用运算T=CO* (X+Y)、U=C1_P_C0*X-T和V=T+Cl_m_C0*Y，来对输入值X和Y执行运算来获得结果值U和V。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，通过与反量化处理相结合来执行缩小比例。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，预定的比例因子具有2的幂的值，并且， 反量化处理还包括:通过右移位运算(>>)缩小通过量化从比特流提取的N点离散余弦变换的结果值获得的值。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，预先计算和存储具有整数值的放大的元素。
15.一种用于对图像进行逆变换的设备，所述设备包括: 逆变换器，通过放大形成用于N点离散余弦逆变换离散余弦逆变换的逆变换矩阵的元素来获得具有整数值的放大的元素，通过使用由具有整数值的放大元素形成的整数逆变换矩阵执行N点离散余弦逆变换，并且通过使用预定的比例因子缩小执行N点离散余弦逆变换的结果值，其中，N为整数。
【文档编号】H04N19/625GK103748885SQ201280040311
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年6月18日 优先权日:2011年6月18日
【发明者】艾琳娜·阿尔辛娜, 亚历山大·阿尔辛 申请人:三星电子株式会社