CN101707718A

CN101707718A - 离散余弦变换的控制方法和装置

Info

Publication number: CN101707718A
Application number: CN200910238059A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 朱小琳; 李昕彤
Original assignee: Vimicro Corp
Current assignee: Vimicro Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2010-05-12

Abstract

本发明公开了一种离散余弦变换(DCT)的控制方法和实现DCT的装置。本发明先对像素亮度值进行随机化处理，然后再对随机化处理后的像素亮度值进行DCT处理，从而使得DCT处理得到的DCT系数在能够反映图像中亮度信息的前提下又具有一定的随机性，进而也就提高了DCT系数中各分量取值的频谱带宽，因此，由DCT系数量化编码后得到的码流数据所具有的周期性规律就会受到一定程度的破坏，相应地，DCT系数编码后的码流数据所产生的电磁干扰(EMI)也就能够有所降低。

Description

离散余弦变换的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及视频编码技术，特别涉及一种离散余弦变换(Discrete CosineTransform，DCT)的控制方法、以及一种实现DCT的装置。

背景技术

DCT系数是由视频图像数据中亮度(Y)分量计算得到的频率数据，用于表征视频图像数据的光照强度变化情形。如图1所示，每个DCT系数为一个8×8的矩阵，8列元素从左到右依次对应水平方向上逐渐升高的光照强度变化频率，8行元素从上至下依次对应竖直方向上逐渐升高的光照强度变化频率，在每个8×8的矩阵中，第一行第一列的元素为1个直流(DC)分量(如图1中阴影块所示)，其对应水平方向和竖直方向最低的光照强度变化频率，而其余63个元素均为交流(AC)分量(如图1中空白块所示)。

其中，水平方向上逐渐升高的光照强度变化频率所导致的黑白像素分布状态，由图2a～图2d顺序示出；竖直方向上逐渐升高的光照强度变化频率所导致的黑白像素分布状态，由图3a～图3d顺序示出。

对于普通常见的场景，63个AC分量中的高频AC分量一般较弱；另外，人的视觉特性决定了人眼对高频的成分敏感度较低。因此，对于现有技术通常会对63个AC分量采取一些措施来去除或大幅减弱高频AC分量，而不会导致被人眼察觉。

例如，利用量化表对8×8矩阵的DCT系数进行量化处理，该量化表中对应高频AC分量的量化系数都比较大，那么，经量化后的8×8矩阵DCT系数中，63个AC分量中的高频AC分量的取值就会多数为0、甚至全部等于0，假定8×8矩阵中最后1行、最后1列的最高频AC分量为40，其对应的量化系数为99，则在量化完之后该AC分量的取值会变为40/99＝0.404，四舍五入取整后即变为0。

此后，再对量化后的DCT系数B₁₁～B₈₈进行编码后即可传输。

在编码过程中，对于1个DC分量可以按照预设的DC分量哈夫曼表进行编码，而对于63个AC分量，则依据预设的AC分量哈夫曼表、并从DC分量开始按照之字形扫描顺序依次进行编码，即从最低频AC分量开始扫描至最高频的AC分量结束，如图4所示，折线箭头表示之字形扫描路径，而表示AC分量的空白块中的序号，则标识了该AC分量在之字形扫描中的顺序，当然，图4所示的之字形扫描仅仅是举例说明，现有技术中还可以采用其他方式。

按照之字形扫描顺序对63个AC分量编码的流程如图5所示：

步骤500，设置参数K，用于表示当前扫描到的AC分量顺序、并设置K的初始值为0；设置参数R，用于表示连续扫描到但未进行编码的取值为0的AC分量个数、并设置R的初始值为0。

步骤501，扫描到下一个AC分量，令K＝K+1。

步骤502，判断第K个AC分量的取值ZZ(K)是否为0，如果是，则执行步骤503，否则执行步骤506。

步骤503，判断当前扫描到的取值为0的AC分量是否为最后一个、即K是否等于63，如果是，则执行步骤505，否则执行步骤504。

步骤504，暂不对当前扫描到的取值为0的AC分量进行编码，并对连续扫描到但未进行编码的取值为0的AC分量个数进行累加，令R＝R+1，然后返回至步骤501。

步骤505，按照之字形扫描的最后一个AC分量的取值为0，即63个AC分量是以取值为0的AC分量为结尾，按照AC分量哈夫曼表，在最后1个AC分量的取值为0时，只要最后一个AC分量之前的连续若干AC分量的取值也均为0，则将结尾处连续的所有取值为0的AC分量统一编码为1个块结束(End Of Block，EOB)码字，然后结束流程。

假设，63个AC分量中，最后6个AC分量的取值顺序为：非零的任意值、0、0、0、0、0，则末尾处连续出现的5个0编码为1个EOB码字。

步骤506，当前扫描到的AC分量取值ZZ(K)为非零值，判断该取值非零的AC分量之前是否有多于15个连续的取值为0的AC分量未进行编码，即R是否大于15，如果是，则执行步骤507，否则执行步骤508。

步骤507，按照AC分量哈夫曼表，将连续16个取值为0的AC分量统一编码为1个零持续长度(Zero Run Length，ZRL)码字，并从记录的连续扫描到但未进行编码的取值为0的AC分量个数减去16，即令R＝R-16，然后返回步骤506循环操作、直至取值非零的AC分量之前的连续取值为0的AC分量个数不足16个。

假设，前31个AC分量取值均为0、即R＝31，第32个则为非0，则先将前16个AC分量统一编码为1个ZRL码字、并令R＝31-16＝15，剩余第17～31个取值为0的AC分量个数不足16个，从而经步骤506再判断后即可执行步骤508。

步骤508，取值非零的AC分量之前的连续取值为0的AC分量个数不足16个，将该取值非零的AC分量与之前不足16个的连续取值为0的AC分量统一编码为一个对应码字，然后执行步骤509。

步骤509，当前扫描到的取值非零的AC分量之前少于16个连续取值为0的AC分量，已在步骤508与当前扫描到的取值非零的AC分量一同编码，因而对记录的连续扫描到但未进行编码的取值为0的AC分量个数清零，即令R＝0，然后执行步骤510。

步骤510，判断当前扫描到的取值非零的AC分量是否为最后一个，如果是，则结束本流程，否则返回步骤501。

至此，本流程结束。

上述流程虽然能够实现对63个AC分量的编码，但却存在如下问题：

如前所述，量化处理后的DCT系数中，对应越高的光照强度变化频率的AC分量的取值越有可能是0，那么，之字形扫描63个AC分量通常是以多个连续0结尾，因此，每组DCT系数编码后的结果中都会包含EOB码字；而且，量化处理后的DCT系数中，63个AC分量的取值多数为0、甚至全部等于0，因此，每组DCT系数编码后的结果中除了DC分量的码字之外，很有可能只包含EOB码字。

由此，对连续组若干量化后的DCT系数编码得到的码流数据中，基本上会近似周期性地交替出现DC分量的码字和EOB码字；进一步，对于一种极端的情况，即连续若干组量化后的DCT系数中，63个AC分量取值都为0，对连续若干量化后的DCT系数进行编码所得到的码流中，就会仅仅交替出现DC分量的码字和EOB码字，那么参见图6a，如果这些组的DC分量都相同，则会在码流中出现某种周期性规律.

此外，考虑图像中存在类似天空的这样一种亮度均匀的场景，可能同一帧图像的多组8×8矩阵DCT系数完全相同，因此这多组8×8矩阵DCT系数经过DCT变换、量化后得到的DC分量、AC分量都完全相同(未必63个AC分量都为0)，那么参见图6b，得到的DC分量码字和AC分量的非零码字也都完全一致，从而也会在码流中出现某种周期性规律。

这样，由于DCT系数中各分量取值的频谱带宽较低，因而由DCT系数量化编码后得到的码流数据具有基本固定的周期性规律，而对于具有周期性规律的码流数据来说，其在电器设备间传输时，例如在通过USB接口从摄像头芯片至PC机等电器设备之间的传输时，会导致码流数据传输的电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)频谱中具有大量的离散峰值，即导致较强的EMI产生。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种DCT的控制方法、以及一种实现DCT的装置，能够降低DCT系数编码后的码流数据所产生的EMI。

本发明提供的一种DCT的控制方法，包括：

a、为当前帧中的部分或全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度；

b、将步骤a随机分配的亮度调节幅度与对应像素的亮度值进行累加；

c、对步骤b处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干DCT系数。

所述步骤a为当前帧中的部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度、并包括：为当前帧中亮度值大于预定阈值的每个像素，分别产生取值位于预定调节幅度范围内的对应第一随机数、并将产生的第一随机数作为对应像素的亮度调节幅度。

预定阈值为200、预定调节幅度范围为-10～10。

所述步骤a为当前帧中的全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度、并包括：为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数，并将产生的第二随机数与预定比例因子、以及对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度。

预定调节比例范围为-1～1、预定比例因子为0.01～0.05中的任一取值。

本发明提供的一种实现DCT的装置，包括：

调节幅度分配单元，为当前帧中的部分或全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度；

亮度调节执行单元，将调节幅度分配单元随机分配的亮度调节幅度与对应像素的亮度值进行累加；

DCT执行单元，对亮度调节执行单元处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干DCT系数。

所述调节幅度分配单元为当前帧中亮度值大于预定阈值的每个像素分别产生取值位于预定调节幅度范围内的对应第一随机数、并将产生的第一随机数作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

预定阈值为200、预定调节幅度范围为-10～10。

所述调节幅度分配单元为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数、并将产生的第二随机数与预定比例因子和对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度.

由上述技术方案可见，本发明先对像素亮度值进行随机化处理，然后再对随机化处理后的像素亮度值进行DCT处理，从而使得DCT处理得到的DCT系数在能够反映图像中亮度信息的前提下又具有一定的随机性，进而也就提高了DCT系数中各分量取值的频谱带宽，因此，由DCT系数量化编码后得到的码流数据所具有的周期性规律就会受到一定程度的破坏，相应地，DCT系数编码后的码流数据所产生的EMI也就能够有所降低。

附图说明

图1为现有DCT系数的8×8矩阵示意图；

图2a～图2d为随着水平方向光照强度变化频率逐渐升高的所导致的黑白像素分布状态示意图；

图3a～图3d为随着竖直方向光照强度变化频率逐渐升高的所导致的黑白像素分布状态示意图；

图4为现有对DCT系数的8×8矩阵进行之字形扫描的示意图；

图5为现有对DCT系数中AC分量编码方法的流程示意图；

图6a为现有对DCT系数编码得到的一种码流数据示意图；

图6b为现有对DCT系数编码得到的一种码流数据示意图；

图7为本发明实施例中DCT控制方法的示例性流程示意图；

图8为本发明实施例中DCT控制方法的一种具体流程示意图；

图9为本发明实施例中DCT控制方法的另一种具体流程示意图；

图10为本发明实施例中实现DCT的装置的示例性结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例先对像素亮度值进行随机化处理，然后再对随机化处理后的像素亮度值进行DCT处理，从而使得DCT处理得到的DCT系数在能够反映图像中亮度信息的前提下又具有一定的随机性，进而也就提高了DCT系数中各分量取值的频谱带宽，因此，由DCT系数量化编码后得到的码流数据所具有的周期性规律就会受到一定程度的破坏，相应地，DCT系数编码后的码流数据所产生的EMI也就能够有所降低。

下面，先对本发明实施例中DCT的控制方法进行详细说明。

图7为本发明实施例中DCT控制方法的示例性流程示意图。如图7所示，本发明实施例中的DCT控制方法包括如下步骤：

步骤701，为当前帧中的部分或全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

其中，步骤701中分配的亮度调节幅度为不影响DCT系数反映图像中亮度信息的任意值，而对于以何种取值的亮度调节幅度即会影响DCT系数反映图像中亮度信息，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定.

步骤702，将步骤701随机分配的亮度调节幅度与对应像素的亮度值进行累加、用以实现对当前帧中像素亮度值的随机化处理。

步骤703，对步骤702随机化处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干8×8矩阵的DCT系数。

至此，本流程结束。

上述流程中，步骤701分配亮度调节幅度的实现方式可以有多种，下面列举两种具体实现方式。

图8为本发明实施例中DCT控制方法的一种具体流程示意图。如图8所示，本发明实施例中DCT控制方法的一种具体实现方式可以包括：

步骤801，依次判断当前帧中每个像素的亮度值是否大于预定阈值，对于亮度值大于预定阈值的像素执行步骤802，对于亮度值小于等于预定阈值的像素保持其原有亮度值、并直接执行步骤804。

步骤802，对于亮度值大于预定阈值的每个像素分别产生取值位于预定调节幅度范围[-m，m]内的对应第一随机数，并将产生的第一随机数作为亮度调节幅度，然后执行步骤803。

上述步骤801～802即可实现如图7所示步骤701中为部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

步骤803，将步骤802得到的亮度调节幅度与大于预定阈值的对应像素亮度值进行累加、用以实现对当前帧中部分像素亮度值的随机化处理，然后执行步骤804。

步骤804，对部分像素亮度值被随机化处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干8×8矩阵的DCT系数。

至此，本流程结束。

上述流程中，由于在步骤802～803为部分像素亮度值累加了作为调节幅度的随机数，因而使得步骤804得到的DCT系数中引入了部分随机量，这样，就在DCT系数在能够反映图像中亮度信息的前提下又具有了随机性。此外，考虑到DCT系数中引入了部分随机量多少会对图像质量造成一定程度的影响，但是，步骤802～803仅仅是对亮度值大于预定阈值的像素进行随机化处理，而亮度值较大的像素对人眼的视觉感受并不显著，因而能够将随机化处理对图像质量的影响程度尽可能地降低。

相应地，上述如图8所示流程中的预定阈值就为可以使人眼视觉感受由显著变为不显著的边界亮度值，例如可以取200，而究竟以何种亮度值划分即可区分人眼视觉感受的显著与不显著，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定；上述如图8所示流程中亮度调节幅度范围[-m，m]中的m，则为不影响DCT系数反映图像中亮度信息的任意值，例如可以取10，而对于以何种取值的亮度调节幅度即会影响DCT系数反映图像中亮度信息，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定。

图9为本发明实施例中DCT控制方法的另一种具体流程示意图。如图9所示，本发明实施例中DCT控制方法的一种具体实现方式可以包括：

步骤901，为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数。

步骤902，将步骤901产生的第二随机数与预定比例因子、以及对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度。

步骤903，将步骤902得到的亮度调节幅度与对应像素亮度值进行累加、用以实现对当前帧中全部像素亮度值的随机化处理。

步骤904，对全部像素随机化处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干8×8矩阵的DCT系数。

至此，本流程结束。

上述如图9所示的流程中，实际上是截取像素亮度值的一定比例作为该亮度值的亮度调节幅度，因此，预定调节比例范围为[-1，1]的取值区间，预定比例因子可以依据图像场景的概率统计或经验值任意设定、例如0.01～0.05之间的任一值，只要保证第二随机数、比例因子所决定的对应像素值亮度比例不会影响DCT系数反映图像中亮度信息即可。

以上，是对本发明实施例中DCT的控制方法进行的详细说明，下面，再对本发明实施例中实现DCT的装置进行详细说明。

图10为本发明实施例中实现DCT的装置的示例性结构示意图。如图10所示，本发明实施例中实现DCT的装置包括：

调节幅度分配单元1001，为当前帧中的部分或全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度；其中，调节幅度分配单元1001所分配的亮度调节幅度，为不影响DCT系数反映图像中亮度信息的任意值，而对于以何种取值的亮度调节幅度即会影响DCT系数反映图像中亮度信息，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定。

亮度调节执行单元1002，将调节幅度分配单元1001随机分配的亮度调节幅度与对应像素的亮度值进行累加。

DCT执行单元1003，对亮度调节执行单元1002处理后的当前帧进行DCT处理，得到当前帧的若干DCT系数。

实际应用中，调节幅度分配单元1001分配亮度调节幅度的实现方式可以有多种，下面列举两种具体实现方式。

一种方式，调节幅度分配单元1001为当前帧中亮度值大于预定阈值的每个像素分别产生取值位于预定调节幅度范围内的对应第一随机数、并将产生的第一随机数作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

实际应用中，由于该种方式的调节幅度分配单元1001为部分像素亮度值累加了作为调节幅度的随机数，因而会使得DCT执行单元1003得到的DCT系数中引入了部分随机量，这样，就在DCT系数在能够反映图像中亮度信息的前提下又具有了随机性。此外，考虑到DCT系数中引入了部分随机量多少会对图像质量造成一定程度的影响，但是，调节幅度分配单元1001仅仅是对亮度值大于预定阈值的像素进行随机化处理，而亮度值较大的像素对人眼的视觉感受并不显著，因而能够将随机化处理对图像质量的影响程度尽可能地降低。

相应地，该种方式的调节幅度分配单元1001所使用的预定阈值，就为可以使人眼视觉感受由显著变为不显著的边界亮度值，例如可以取200，而究竟以何种亮度值划分即可区分人眼视觉感受的显著与不显著，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定；该种方式的调节幅度分配单元1001所使用的亮度调节幅度范围[-m，m]中的m，则为不影响DCT系数反映图像中亮度信息的任意值，例如可以取10，而对于以何种取值的亮度调节幅度即会影响DCT系数反映图像中亮度信息，本领域技术人员可以依据不同的图像场景的概率统计、或经验值任意设定。

进一步地，采用该方式的调节幅度分配单元1001可以具体包括：亮度值判别子单元和随机数产生子单元(图10中未示出)，其中，亮度值判别子单元用于依次判断当前帧中每个像素的亮度值是否大于预定阈值，对于亮度值大于预定阈值的像素提供给随机数产生子单元，而对于亮度值小于等于预定阈值的像素则直接提供给亮度调节执行单元1002、但亮度调节执行单元1002不予处理，或者直接提供给DCT执行单元1003。

另一种方式，调节幅度分配单元1001为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数、并将产生的第二随机数与预定比例因子和对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

上述另一种方式实际上是截取像素亮度值的一定比例作为该亮度值的亮度调节幅度，因此，预定调节比例范围为[-1，1]的取值区间，预定比例因子可以依据图像场景的概率统计或经验值任意设定、例如0.01～0.05之间的任一值，只要保证第二随机数、比例因子所决定的对应像素值亮度比例不会影响DCT系数反映图像中亮度信息即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种离散余弦变换DCT的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤a为当前帧中的部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度、并包括：为当前帧中亮度值大于预定阈值的每个像素，分别产生取值位于预定调节幅度范围内的对应第一随机数、并将产生的第一随机数作为对应像素的亮度调节幅度。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，预定阈值为200、预定调节幅度范围为-10～10。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤a为当前帧中的全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度、并包括：为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数，并将产生的第二随机数与预定比例因子、以及对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，预定调节比例范围为-1～1、预定比例因子为0.01～0.05中的任一取值。

6.一种实现离散余弦变换DCT的装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节幅度分配单元为当前帧中亮度值大于预定阈值的每个像素分别产生取值位于预定调节幅度范围内的对应第一随机数、并将产生的第一随机数作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的部分像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，预定阈值为200、预定调节幅度范围为-10～10。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节幅度分配单元为当前帧中的每个像素分别产生取值位于预定调节比例范围内的对应第二随机数、并将产生的第二随机数与预定比例因子和对应像素亮度值的乘积作为对应像素的亮度调节幅度，用以为当前帧中的全部像素的亮度值分别随机分配对应的亮度调节幅度。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，预定调节比例范围为-1～1、预定比例因子为0.01～0.05中的任一取值。