CN103327331B - 一种hevc标准中8×8dct变换的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数字视频信号编解码技术领域，具体为一种HEVC标准中8×8DCT变换的实现方法。本发明通过将8×8的变换矩阵分解成稀疏矩阵相乘以及相加的形式，减小8×8DCT变换中矩阵相乘的计算复杂度，从而大大降低系统的硬件开销。
Description
技术领域
本发明属于数字视频信号编解码技术领域，针对HEVC视频标准，具体为一种HEVC(High Efficiency Video Coding)标准中8×8DCT(discrete cosine transform)变换的实现方法。
背景技术
HEVC(High efficiency video coding)是由国际电信组织（ITU）和运动图像专家组（MPEG）联合制定而成的最新国际视频编码标准。相对于旧的H.264标准，HEVC具有更高的压缩效率，更适合超高分辨率视频的编码，但其计算量与复杂度也剧增，以标准中的DCT变换为例，H.264标准采用4×4以及8×8的DCT变换矩阵，而HEVC则采用4×4、8×8、16×16以及32×32的变换矩阵，这大大增加了硬件实现的复杂度；然而通过对矩阵进行适当分解，可以有效降低计算复杂度，提高计算速度以及减小硬件开销。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种HEVC标准中8×8DCT变换的实现方法，其可以有效降低计算复杂度，提高计算速度以及减小硬件开销。
本发明提出的方法具体描述如下：
HEVC中8×8DCT的变换过程如下式所示：。这是一个二维离散整数余弦变换，其中，F为输入8×8矩阵，f为输出8×8矩阵，A为常数8×8矩阵，AT为A的转置矩阵。A的具体数值如下：
通过进行两次一维离散整数余弦变换来实现二维离散整数余弦变换，过程如下。
又可以写成另一种形式：，那么可以用如下过程来计算：
（1）
（2）
（3）
（4）
上述计算中，式（1）和式（3）计算过程相同，式（2）和式（4）对矩阵进行了转置操作。图1描述了上述计算过程的整体框图。
对于式（1）和式（3）所述的一维矩阵运算，通过将常数矩阵分解为稀疏矩阵相乘和相加的形式，得到一种实现方法，可以提高一维矩阵运算的计算速度和减低其计算复杂度；
为方便进行说明，现将式（1）、式（3）写成的形式，为8×8矩阵，包含64个元素，记为,，同样，也为8×8矩阵，包含64个元素，记为,。
的计算可以以的列为单位进行，即
（5）
本发明中，可以进行如下分解：
（6）
其中：
和还可以进行进一步分解：
（7）
可以分解为
（8）
其中：
（9） （10）
而可以进一步分解，
（11）。
本发明的有益效果在于：能够以更快的速度，更小的硬件开销来计算HEVC中的8×8二维整数离散余弦变换。
附图说明
图1. 二维离散余弦变换（DCT）的整体框图。
图2. 式（5）的一种实现流程图。
具体实施方式
图1所示为二维离散余弦变换（DCT）的整体框图。
本发明所述的HEVC中8×8DCT实现方法，具体实施方式如下：
（1）输入8×8矩阵数据，以的每一列为单位，进行（1）式的计算，计算流程如图2所示，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
（2）对矩阵进行转置操作，得到矩阵。
（3）以的每一列为单位，进行（3）式的计算，计算流程如图2所示，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
（4）对矩阵进行转置操作，得到最终的8×8输出矩阵。
图2所示为根据上述分解原理所得到的关于式（5）的实现流程图，下面对其进行详细描述：
a)输入为。
b)先进行与的相乘，对应图中步骤1的操作。
c)然后将前一步骤算出的结果分成上下两部分，分别与矩阵M和N进行相
乘。步骤2到步骤5的上半部分对应与M的相乘，步骤2到步骤5的下半部分对应与N的相乘；其中，步骤5的上半部分没有操作，下半部分对应的操作。
d)步骤6对应的操作为将步骤5中得到的结果和相乘。
e)输出为。
本发明的这种实现方法与直接进行矩阵乘法相比，可以有效的减少乘法和加法的次数，乘法次数可以减少66%，加法次数可以减少46%，对比如下：
| 乘法 | 加法 | |
| 直接计算 | 64 | 56 |
| 本发明 | 22 | 30 |
整个实施过程可以方便的用软件或是硬件实现。
用软件实现时，如下：
(1)输入8×8矩阵数据，以的每一列为单位，进行（1）式的计算，计算流程如图2所示，用相应的软件语言依次描述每一步骤的计算过程，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
(2)对矩阵进行转置操作，用软件实现时只需在读出时改变相应的行列号即可，得到的转置矩阵。
(3)以的每一列为单位，进行（3）式的计算，计算流程如图2所示，用相应的软件语言依次描述每一步骤的计算过程，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
(4)对矩阵进行转置操作，用软件实现时只需在读出时改变相应的行列号即可，得到最终的8×8输出矩阵。
用硬件实现时，如下：
(1)输入8×8矩阵数据，以的每一列为单位，进行（1）式的计算，计算流程如图2所示，用硬件实现时，可采用多级流水线的方式实现，流程图中的每一步骤可以对应于一级流水线，流程图中的小圆圈可以看做一个寄存器，用来保存每一级的计算结果。但由于步骤6只是对输出数据的位置进行变换，并没有计算操作，因此可以省去步骤6这级流水线，直接对输出进行相应位置的调整即可，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
(2)对矩阵进行转置操作，用硬件实现时需要有相应的存储器来存储的数据，对存储器的写操作读操作进行相应处理即可得到的转置矩阵。
(3)以的每一列为单位，进行（3）式的计算，计算流程如图2所示，用硬件实现时，可采用多级流水线的方式实现，流程图中的每一步骤可以对应于一级流水线，流程图中的小圆圈可以看做一个寄存器，用来保存每一级的计算结果。但由于步骤6只是对输出数据的位置进行变换，并没有计算操作，因此可以省去步骤6这级流水线，直接对输出进行相应位置的调整即可，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵。
(4)对矩阵进行转置操作，用硬件实现时需要有相应的存储器来存储的数据，对存储器的写操作读操作进行相应处理即可得到最终的8×8输出矩阵。
Claims (1)
1.一种HEVC标准中8×8DCT变换的实现方法，其采用两次相同的一维矩阵运算和两次转置操作来实现二维矩阵运算，其特征在于具体步骤如下：
(1)输入8×8矩阵数据，以的每一列为单位，进行式（1）的计算，进
行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵：
（1）
其中，为常数8×8矩阵；A的具体数值如下：
；
(2) 对矩阵进行转置操作，得到矩阵；
(3) 以的每一列为单位，进行式（3）的计算，进行8次这样的计算后，得到8×8输出矩阵：
（3）
其中，A为常数8×8矩阵；
(4)对矩阵进行转置操作，得到最终的8×8输出矩阵；
其中：步骤（1）和步骤（3）中的常数矩阵A分解为稀疏矩阵相乘和相加的形式，具体如下：
其中
和进行进一步分解：
分解为
其中：
而进一步分解，
。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201310241134.8A CN103327331B (zh) | 2013-06-18 | 一种hevc标准中8×8dct变换的实现方法 |
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| CN102281445A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-12-14 | 深圳市融创天下科技股份有限公司 | 一种视频编码8x8整数变换方法 |
| CN102333216A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-01-25 | 深圳市融创天下科技股份有限公司 | 一种视频编码16x16整数变换方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于FPGA的快速DCT医学图像的压缩算法;王宁等;《生物医学工程研究》;20090930;第28卷(第3期);180-182,192 * |
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