一种视频图像编码方法

摘要

一种视频编码方法，该方法先对图像进行宏块预测和补偿处理，然后对预测差值进行4×4 DCT-like整数变换处理，再对变换系数分别进行量化和熵编码处理。该方法采用了一种新的4×4 DCT-like整数变换方法和相应的逆变换、量化、逆量化方法，该变换方法的计算复杂度较低，变换过程只涉及到加法和乘法运算，变换性能非常接近于4×4 DCT，从而具有类似于DCT的较好的去相关性能，可以得到较好的视频压缩效果。

主权项

1、一种视频图像编码方法，包括以下步骤：将输入视频图像分割成16×16宏块，并对I帧图像进行帧内像素预测和补偿处理，对P帧图像进行帧间运动估计及运动补偿处理；变换器对输入预测差值数据进行变换处理，Y＝AXA^T；对变换系数进行量化及熵编码处理，并将编码码流传递给接收端；接收端对编码码流进行熵解码及逆量化处理；逆变换器对逆量化后系数进行逆变换处理，X＝A^TYA；对逆变换处理后的图像数据进行帧内像素补偿或帧间运动补偿，并将解码后的视频图像输出；Y为相应的变换系数矩阵，X为图像数据矩阵或预测差值数据矩阵，A为变换矩阵，A^T表示矩阵A的转置矩阵；$A=\left[\begin{array}{cccc}a& a& a& a\\ b& c& -c& -b\\ a& -a& -a& a\\ c& -b& b& -c\end{array}\right]$$A^T=\left[\begin{array}{cccc}a& b& a& c\\ a& c& -a& -b\\ a& -c& -a& b\\ a& -b& a& -c\end{array}\right],$$a=\frac{1}{2},$$b=\sqrt{\frac{1}{2}}\cos \left(\frac{\pi }{8}\right),$$c=\sqrt{\frac{1}{2}}\cos \left(\frac{3\pi }{8}\right);$其特征在于所述变换器对输入预测差值数据进行变换处理的步骤，采用2D 4×4 DCT-like整数变换方法对视频图像进行变换处理，其变换计算采用如下公式：$Y=\left({\mathrm{CXC}}^T\right)\otimes E$所述逆变换器对逆量化后系数进行逆变换处理的步骤，采用2D 4×4IDCT-like逆变换方法对视频图像进行逆变换处理，其逆变换采用如下公式：$X=C^T(Y\otimes E)C$其中C^T表示矩阵C的转置矩阵，$C=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ \frac{b}{c}& 1& -1& -\frac{b}{c}\\ 1& -1& -1& 1\\ 1& -\frac{b}{c}& \frac{b}{c}& -1\end{array}\right],$表示两个矩阵对应位置的元素相乘，E为一个伸缩矩阵，$E=\left[\begin{array}{cccc}{a}^2& \frac{\mathrm{ac}}{2}& a^2& \frac{\mathrm{ac}}{2}\\ \frac{\mathrm{ac}}{2}& \frac{c^2}{4}& \frac{\mathrm{ac}}{2}& \frac{c^2}{4}\\ a^2& \frac{\mathrm{ac}}{2}& a^2& \frac{\mathrm{ac}}{2}\\ \frac{\mathrm{ac}}{2}& \frac{c^2}{4}& \frac{\mathrm{ac}}{2}& \frac{c^2}{4}\end{array}\right],$在方法实施过程中，做如下取值：$\frac{b}{c}\approx 2.5,$$a=\frac{1}{2},$$c=2\sqrt{\frac{1}{58}},$$C=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 5& 2& -2& -5\\ 1& -1& -1& 1\\ 2& -5& 5& -2\end{array}\right],$$E\approx \left(\begin{array}{cccc}0.25& 0.0657& 0.25& 0.0657\\ 0.0657& 0.0172& 0.0657& 0.0172\\ 0.25& 0.0657& 0.25& 0.0657\\ 0.0657& 0.0172& 0.0657& 0.0172\end{array}\right);$其中，将矩阵C的第一行和第三行元素分别乘以一个正整数k，而第二和第四行元素不变，即：$C_1=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}k& k& k& k\end{array}\\ ...............\\ \begin{array}{cccc}k& -k& -k& k\end{array}\\ ...............\end{array}\right],$k为正整数；矩阵E相应地改变为：$E_1=E\otimes \left[\begin{array}{cccc}\frac{1}{k^2}& \frac{1}{k}& \frac{1}{k^2}& \frac{1}{k}\\ \frac{1}{k}& 1& \frac{1}{k}& 1\\ \frac{1}{k^2}& \frac{1}{k}& \frac{1}{k^2}& \frac{1}{k}\\ \frac{1}{k}& 1& \frac{1}{k}& 1\end{array}\right]$而实际变换结果Y不改变，即：$Y=\left({\mathrm{CXC}}^T\right)\otimes E=\left(C_1{{\mathrm{XC}}_1}^T\right)\otimes E_1.$