[發明專利]用于圖像和視頻壓縮的正交整數變換方法

有效

• 申請號: 200810031556.1
• 申請日: 2008-06-23
• 公開（公告）號: CN101321285A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 王國秋
• 申請（專利權）人: 王國秋
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/30
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 傅俏梅

【技術領域】

本發明涉及信息技術領域，具體涉及一種用于數字圖像和數字視頻壓縮編碼變換方法。

【背景技術】

隨著計算機、微電子、信息處理、通信以及激光等技術的迅猛發展，集圖文、聲音、圖像于一體的多媒體技術更是迅速滲透到計算機、通信、廣播電視以及消費娛樂業，在上述各領域中，越來越多地采用通過數字信號傳輸之數字設備。數字信號有很多優點，但當模擬信號數字化后其頻帶會大大加寬，如一路6MHz的普通電視信號數字化后，其數碼率將高達167Mbps，這對儲存器容量和傳輸帶寬要求很大，從而使數字信號失去實用價值。數字壓縮技術很好地解決了上述困難，壓縮后信號所占用的頻帶大大低于原模擬信號的頻帶。因此說，數字壓縮編碼技術是使數字信號走向實用化的關鍵技術之一，數字圖像和數字視頻之所以能傳輸和保存的一個關鍵因素在于數字圖像和數字視頻的這種可壓縮性。這種壓縮是以降低圖像或視頻的質量為前提的，以犧牲圖像或視頻的質量換取寶貴的存儲空間或傳輸帶寬。當然，這種壓縮不能過度，以致圖像或視頻的視覺效果變得不可接受，這就要求在一定的質量條件下，不斷提高壓縮效率。此外，壓縮行為應該是規范的，這樣將有利于信息的傳輸與共享。為了規范這種壓縮編碼行為，目前出臺了不少國際標準，如圖像壓縮標準JPEG(國際標準ISO/ICE?IS?10918，大量使用在數碼相機和國際互聯網)，視頻壓縮標準MPEG-1(國際標準ISO/ICE?11172，在VCD里使用)、MPEG-2(國際標準ISO/ICE?13818，使用在DVD和數字電視里)和MPEG-4(國際標準ISO/ICE?14496，使用在流媒體技術中)等。這些標準除了規范了壓縮行為外，壓縮效率也在不斷提高。如MPEG-2的壓縮效率高于MPEG-1，MPEG-4的壓縮效率高于MPEG-2。

在這些壓縮標準和技術里，有一個通用的方法，那就是使用了正交變換技術。目前，在JPEG、MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4里，所用的正交變換方法都是離散余弦變換(Discrete?Cosine?Transformation，簡稱DCT)。DCT是經典譜分析常采用的工具，它的問世，對數字圖像和視頻壓縮技術而言具有里程碑式的意義。它是先將整體圖像分成N×N像素塊，然后對N×N像素塊逐一進行離散余弦變換。然后舍棄對視覺不敏感的頻率信息，只保留最為重要的數據信息。這樣，壓縮過程對圖像細膩平滑程度方面必然有所損失。人們也試圖研究和尋找其它更好更有效的正交變換來取代DCT，如傅立葉變換，離散正弦變換，哈達姆變換等等。可這些變換在性能上都無法超越DCT，甚至相差還較遠。理論上也有一些證據證明DCT“幾乎是最優變換”。

近幾年來，由于手持設備應用和普及，壓縮算法要求進一步簡化以節省有關芯片的成本和功耗。因此，整數變換技術和方法取得了不少進展，但這些整數變換也有一些不足：有的整數變換的計算性能還有改進空間，尤其在反變換上，目前的整數變換計算效率還不高。如在最新的國際標準H.264里，建議采用一種如下近似DCT的整數變換D₁：