CN1992903A - Mpeg－2到h.264压缩域视频转码器系数转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MPEG－2到H.264压缩域视频转码过程中将解码输入的MPEG－2视频码流获得的离散余弦系数直接转换到H.264 4阶整数系数的转换方法，包括如下步骤：1)从输入MPEG－2码流中获取8×8DCT块系数分布信息；2)将上一步骤1)中的8×8DCT块进行分类；3)对上一步骤2)的8×8DCT块按照其分类来分别进行处理，获得H.264整数变换系数。本发明优点是保持视频质量，降低系数转换操作的计算复杂度。

Description

MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法

技术领域

本发明涉及一种压缩域视频转码器系数转换方法，特别是涉及一种MPEG-2到H.264压缩域视频转码过程中将解码输入的MPEG-2视频码流获得的离散余弦(DCT)系数直接转换到H.264 4阶整数系数的转换方法。

背景技术

H.264是由ISO/IEC和ITU联合研究并制定的最新国际视频标准，它采用的是4阶整数变换方法来获得变换系数。这种整数变换是DCT变换的一种近似，但该方法将DCT变换中的浮点运算改为整数运算，同时，对更小的数据块(4×4)进行处理。这与MPEG-2采用8阶DCT变换来获得变换系数的方法存在巨大的差别。MPEG-2到H.264压缩域视频转码器必须解决将解码输入MPEG-2码流获得的8阶DCT系数直接转换为H.264的4阶整数系数的问题。

H.264标准的高视频压缩效率是在显著增加编码计算复杂度为代价获得的，这使得MPEG-2到H.264视频转码器复杂度远远高于其他编码标准之间的转码器，如MPEG-1、MPEG-2、H.263等基于DCT变换的标准内部的转码器或它们之间的转码器。如何有效的降低视频转码的计算复杂度同时又能保证尽可能好的视频质量是MPEG-2到H.264视频转码研究的核心问题。

在MPEG-2视频码流中，由于DCT变换的能量集中属性，以及P、B帧采用运动补偿编码技术编码预测残差，使得8×8DCT块中的非零系数数目很少，而且很多集中在左上角4×4低频部分。采用Jun Xin提出的转换矩阵实现MPEG-2到H.264变换系数转换计算复杂度太高，例如文献1：J.Xin，A.Vetro and H.Sun，“Converting DCTcoefficients to H.264/AVC transform coefficiems，”IEEE Pacific-Rim Conference onMultimedia(PCM)，Lecture Notes in Computer Science，ISSN：0302-9743，November2004，Vol.3332/2004 pp.939.中公开的技术，因为它没有考虑在视频转码中应用8×8DCT块中DCT系数分布特点。把解码输入的MPEG-2视频码流获得的8阶DCT系数直接转换到的H.264 4阶整数变换系数是MPEG-2到H.264压缩域视频转码必需的操作。降低系数转换操作的计算复杂度，对于实现实时MPEG-2到H.264转码有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，从而提供一种可以保持视频质量，降低系数转换操作的计算复杂度的MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法，包括如下步骤：

1)从输入MPEG-2码流中获取8×8DCT块系数分布信息；

2)将上一步骤1)中的8×8DCT块进行分类；

3)对上一步骤2)的8×8DCT块按照其分类来分别进行处理，获得H.264整数变换系数。

在上述技术方案中，进一步地，所述步骤2)中将8×8DCT块划分为3类：普通块、低频块、全零块；其中，如果一个8×8DCT块中的非零系数都位于8×8块的左上角4×4块内，那么划分该DCT块为低频块，低频块示意图如图2所示；如果一个8×8DCT块中没有非零系数，则划分该DCT块为全零块；所有其他DCT块划分为普通块。

进一步地，所述步骤3)中利用低频DCT块的系数分布特征进行系数转换操作，获得H.264整数变换系数。

进一步地，所述步骤3)中的低频块利用其非零DCT系数只是分布在左上角4×4内，其他DCT系数值等于零的特点，在进行系数转换操作过程中，对于值为零的DCT系数的转换操作进行省略，不需要进行计算。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明保持视频质量，降低系数转换操作的计算复杂度。本发明的优点是利用了MPEG-2视频压缩数据中DCT系数分布特征，减少了在压缩域视频转码中将一个8阶DCT系数转换为H.264 4阶整数变换系数所需要的操作数，但是在逻辑功能上完全一致，不是近似转换算法。

附图说明

图1是实施例的MPEG-2到H.264压缩域转码器系数转换过程示意图；

图2是本发明低频DCT块示意图；

图3是实施例的低频DCT块系数转换计算过程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明的系数转换的具体实现过程如下：

1)从MPEG-2解码过程中获取DCT块系数分布信息；

如图1所示，对输入MPEG-2视频码流经过可变长解码、反量化后可以获得的8×8DCT系数块和DCT块的系数分布信息，此过程采用现有技术提供的方法。

2)将8×8DCT块划分为3类：普通块、低频块、全零块，具体过程是：在MPEG-2解码过程中，可以获得非零系数的位置信息，如果一个8×8DCT块中的非零系数都位于8×8块的左上角4×4块内，那么划分该DCT块为低频块，低频块示意图如图2所示；如果一个8×8DCT块中没有非零系数(如MPEG-2视频编码标准中的跳过的宏块)，则划分该DCT块为全零块；所有其他DCT块划分为普通块。

因为DCT系数位置可以直接从MPEG-2解码过程中获取，所以对于MPEG-2到H.264压缩域视频转码器，获取DCT块分类信息只是需要判断是否有非零系数不是位于左上角的4×4块区域内。判别块类型操作消耗的计算复杂度相对于系数转换操作是很小的，可以完全忽略不计。

3)按照上述DCT块类型分别处理：

①对于普通块的处理，采用现有技术提供的常规方法；

若X表示一个8×8DCT系数块，其对应的8×8H.264整数变换系数块为Z，Z包含4个4×4H.264整数变换系数块Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂，即 $Z=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{12}\\ Z_{21}& Z_{22}\end{array}\right).$ X直接转换到Z可以表示为：

                            Z＝S×X×S^T

其中矩阵S表示Jun Xin提出的系数转换矩阵，S^T是S的转置矩阵。

$S=\left(\begin{array}{cc}H& 0\\ 0& H\end{array}\right)\×{T_8}^T=K\×{T_8}^T$

这里T₈表示8阶DCT变换矩阵，H表示4阶H.264整数变换矩阵 $H=\left(\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 2& 1& -1& -2\\ 1& -1& -1& 1\\ 1& -2& 2& -1\end{array}\right),$

K表示矩阵： $K=\left(\begin{array}{cc}H& 0\\ 0& H\end{array}\right).$

②对于低频块的处理；

根据低频块中DCT系数分布特征，本发明在Jun Kin变换矩阵基础上提出快速计算方法如下：

因为二维8×8DCT系数转换操作可以转换为一维操作来实现，这对于本领域技术人员是可以胜任的，所以本实施例首先介绍一维情况下低频块系数转换方法：

z[1]-z[8]表示一维DCT系数。其转换后对应的H.264整数变换系数为：Z[1]-Z[8]。考虑到低频块的z[5]-z[8]系数值等于零，则进行系数转换时对于它们不需要进行计算，具体计算过程为：

                   m₁＝a×z[1]

                   m₂＝b×z[2]-c×z[4]

                   m₃＝g×z[3]

                   m₄＝f×z[2]+h×z[4]

                   m₆＝-l×z[2]+m×z[4]

                   m₇＝j×z[3]

                   m₈＝p×z[2]-q×z[4]

                   Z[1]＝m₁+m₂

                   Z[5]＝m₁-m₂

                   Z[2]＝m₃+m₄

                   Z[6]＝m₄-m₃

                   Z[3]＝m₆

                   Z[7]＝-m₆

                   Z[4]＝m₇-m₈

                   Z[8]＝m₇+m₈

这里m₁，m₂，m₃，m₄，m₆，m₇，m₈是中间变量。常数a，b，…，q是Jun xin转换矩阵S中的系数(a＝1.4142，b＝1.2815，c＝0.45，f＝0.9236，g＝2.2304，h＝1.7799，j＝0.1585，l＝0.1056，m＝0.7259，p＝0.1169，q＝0.0922)，上述计算过程详见图3所示，其中箭头表示乘以-1。

对于8×8二维DCT块的转换操作，根据二维矩阵乘法可以转换为一维来实现的原理，可以对8×8DCT块(即二维情况)中的8个8×1列向量(即一维情况)依次进行上述计算过程，获得8×8中间结果矩阵，然后对该8×8中间结果矩阵中的8个1×8行向量(即一维情况)依次进行上述计算过程，最后获得最终的转换结果。对于低频DCT块需要额外注意其中有4行一维向量是全零向量，其计算可以省略。

③对于全零块的处理：

因为系数全是零，所以不需要计算，转换结果是4个4×4全零块。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、一种MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法，包括如下步骤：

1)从输入MPEG-2码流中获取8×8离散余弦块系数分布信息；

2)将上一步骤1)中的8×8离散余弦块进行分类；

3)对上一步骤2)的8×8离散余弦块按照其分类来分别进行处理，获得H.264整数变换系数。

2、根据权利要求1所述MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法，其特征在于，所述步骤2)中将8×8离散余弦块划分为3类：普通块、低频块、全零块；其中划分方法为：如果一个8×8离散余弦块中的非零系数都位于8×8块的左上角4×4块内，那么划分该离散余弦块为低频块；如果一个8×8离散余弦块中没有非零系数，则划分该离散余弦块为全零块；所有其他离散余弦块划分为普通块。

3、根据权利要求1或2所述MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法，其特征在于，所述步骤3)中，根据低频离散余弦块的系数分布特征进行系数转换操作，获得H.264整数变换系数。

4、根据权利要求3所述MPEG-2到H.264压缩域视频转码器系数转换方法，其特征在于，所述步骤3)中的低频块，只对所述低频块左上角4×4内的非零离散余弦系数进行系数转换操作，对于值为零的离散余弦系数的转换操作进行省略。

Images