[发明专利]用于图像和视频压缩的正交整数变换方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种用于数字图像和数字视频压缩编码变换方法。

【背景技术】

随着计算机、微电子、信息处理、通信以及激光等技术的迅猛发展，集图文、声音、图像于一体的多媒体技术更是迅速渗透到计算机、通信、广播电视以及消费娱乐业，在上述各领域中，越来越多地采用通过数字信号传输之数字设备。数字信号有很多优点，但当模拟信号数字化后其频带会大大加宽，如一路6MHz的普通电视信号数字化后，其数码率将高达167Mbps，这对储存器容量和传输带宽要求很大，从而使数字信号失去实用价值。数字压缩技术很好地解决了上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。因此说，数字压缩编码技术是使数字信号走向实用化的关键技术之一，数字图像和数字视频之所以能传输和保存的一个关键因素在于数字图像和数字视频的这种可压缩性。这种压缩是以降低图像或视频的质量为前提的，以牺牲图像或视频的质量换取宝贵的存储空间或传输带宽。当然，这种压缩不能过度，以致图像或视频的视觉效果变得不可接受，这就要求在一定的质量条件下，不断提高压缩效率。此外，压缩行为应该是规范的，这样将有利于信息的传输与共享。为了规范这种压缩编码行为，目前出台了不少国际标准，如图像压缩标准JPEG(国际标准ISO/ICE IS 10918，大量使用在数码相机和国际互联网)，视频压缩标准MPEG-1(国际标准ISO/ICE 11172，在VCD里使用)、MPEG-2(国际标准ISO/ICE 13818，使用在DVD和数字电视里)和MPEG-4(国际标准ISO/ICE 14496，使用在流媒体技术中)等。这些标准除了规范了压缩行为外，压缩效率也在不断提高。如MPEG-2的压缩效率高于MPEG-1，MPEG-4的压缩效率高于MPEG-2。

在这些压缩标准和技术里，有一个通用的方法，那就是使用了正交变换技术。目前，在JPEG、MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4里，所用的正交变换方法都是离散余弦变换(Discrete Cosine Transformation，简称DCT)。DCT是经典谱分析常采用的工具，它的问世，对数字图像和视频压缩技术而言具有里程碑式的意义。它是先将整体图像分成N×N像素块，然后对N×N像素块逐一进行离散余弦变换。然后舍弃对视觉不敏感的频率信息，只保留最为重要的数据信息。这样，压缩过程对图像细腻平滑程度方面必然有所损失。人们也试图研究和寻找其它更好更有效的正交变换来取代DCT，如傅立叶变换，离散正弦变换，哈达姆变换等等。可这些变换在性能上都无法超越DCT，甚至相差还较远。理论上也有一些证据证明DCT“几乎是最优变换”。

近几年来，由于手持设备应用和普及，压缩算法要求进一步简化以节省有关芯片的成本和功耗。因此，整数变换技术和方法取得了不少进展，但这些整数变换也有一些不足：有的整数变换的计算性能还有改进空间，尤其在反变换上，目前的整数变换计算效率还不高。如在最新的国际标准H.264里，建议采用一种如下近似DCT的整数变换D₁：