КиСА | Содержание

Том 56 >>> № 1 ЯНВАРЬ — ФЕВРАЛЬ 2020

УДК 621.391, 519.725

Л.А. Гнатив, В.К. Луц

АЛГОРИТМЫ БЫСТРОГО ВЫПОЛНЕНИЯ 4-ТОЧЕЧНЫХ ЦЕЛОЧИСЛЕННЫХ
СИНУСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ТИПА VII БЕЗ УМНОЖЕНИЯ И РАЗДЕЛЬНЫЕ
НАПРАВЛЕННЫЕ АДАПТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ INTRA-ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
В КОДИРОВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ/ВИДЕО

Аннотация. Предложены раздельные направленные адаптивные целочисленные косинусное и синусные типа VII преобразования с блоками для intra-прогнозирования в кодировании изображений и видео. Разработаны алгоритмы быстрого выполнения 2D 4 -точечных раздельных направленных целочисленных косинусного и синусных преобразований. Они по сравнению с известными алгоритмами требуют в семь раз меньше операций умножения и обепечивают более высокую степень сжатия. Предложены два целочисленных синусных преобразования типа VII порядка 4 и разработаны алгоритмы быстрого выполнения 4-точечных целочисленных синусных преобразований типа VII, которые требуют только целочисленных операций. Они по сравнению с известным алгоритмом позволяют существенно сократить число операций умножения или обойтись без них. Предложенные целочисленные синусные преобразования являются наиболее близкими к дискретному синусному преобразованию типа VII и имеют более высокую степень сжатия, чем известное синусное преобразование, принятое в стандарте Н.265.

Ключевые слова: дискретное косинусное преобразование, дискретное синусное преобразование, целочисленное косинусное преобразование, целочисленное синусное преобразование, модозависимое направленное преобразование, раздельное направленное адаптивное преобразование, факторизация, быстрое выполнение преобразования, intra-прогнозирование, эффективность кодирования, видеокодирование, Н.265.

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ

Гнатів Лев Олексійович,
кандидат техн. наук, старший науковий співробітник Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, levhnativ@gmail.com

Луц Василь Костянтинович,
молодший науковий співробітник Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ,
vkluts@gmail.com

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Rao K.R., Yip P. Discrete cosine transform: algorithms, advantages, applications. Boston: Academic Press, 1990. 490 p.

Jain A.K. A fast Karhunen–Loeve transform for a class of stochastic process. IEEE Trans. on Commun. 1976. Vol. COM-24, N 9. P. 1023–1029.

Jain A.K. Image coding via nearest neighbors image model. IEEE Trans. on Commun. 1975. Vol. 23, N 3. P. 318–321.

Meiri A.Z., Yudilevich E.A. A pinned sine transform image coder. IEEE Trans. on Commun. 1981. Vol. 29, N 12, P. 1728–1735.

Ye Y., Karczewicz M. Improved Intra Coding. Doc. VCEG-AG11; ITU-T Q.6/SG11: Shenzhen, China, 2007.

McCann K., Bross B., Sekiguchi S., Han W.-J. HM4: High Efficiency Video Coding (HEVC) Test Model 4 Encoder Description. ITU-T doc. JCTVC-F802, Torino, IT, July, 2011.

ITU-T Rec. H.265|ISO/IEC 23008-2: 2013. Information technology — High efficiency coding and media delivery in heterogeneous environments — Part 2: High efficiency video coding, 2013.

Yeo C., Tan Y.H., Li Z. and Rahardja S. Mode-dependent fast separable KLT for block-based intra coding. ITU-T, doc. ICTVC-B024, Geneva, CH, July 2010.

Yueh W.C. Eigenvalues of several tridiagonal matrices. Appl. Mathematics E-Notes. 2005. Vol. 5. P. 66–74.

Han J., Saxena A., Rose K. Towards jointly optimal spatial prediction and adaptive transform in video/image coding. Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech, Signal Process (ICASSP).(March 14–19 2010, Dallas, TX, USA). Dallas, 2010. P. 726–729.

Chivukula R.K., Reznik Y.A. Fast computing of discrete cosine and sine transforms of types VI and VII. Proc. SPIE 8135, Applications of Digital Image Processing XXXIV, 813505 (19 September 2011). https://doi.org/10.1117/12.903685.

An J., Zhao X., Guo X., Lei S. Non-CE7: Boundary-dependent transform for inter-predicted residue. Resreport, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-t SG16 WP3 and ISO IEC JTC1 SC29 WG11 JCTVC G281. Geneva, CH, Nov. 2011.

Шевчук Б.М., Задірака В.К., Гнатів Л.О., Фраєр С.В. Технологія багатофункціональної обробки і передачі інформації в моніторингових мережах. Київ: Наук. думка, 2010. 378 с.

Гнатів Л.О., Луц В.К. Метод побудови моде-залежного швидкого роздільного цілочисельного ПКЛ для адаптивного кодування зображень і відео. Пр. міжн. наук. конф. «Питання оптимізації обчислень (ПОО-XL)». (вересень 2013, Україна, Крим, Велика Ялта, смт. Кацивелі). Кацивелі, 2013. С. 68–69.

Saxena A., Fernandes F. C. On fast implementation at 4-point DST type-7 with 5 multiplications. ITU-T, doc. JCTVC — F283, Torino, Italy, July 2011.

Ричардсон Я. Видеокодирование. Н.264 і MPEG-4 — стандарты нового поколения. Москва: Техносфера, 2005. 368 с.

Гнатив Л.А. Целочисленные косинусные преобразования: методы построения новых быстрых преобразований порядка 8,16 и их применение. Кибернетика и системный анализ. 2014. Т. 50, № 6. С. 104–121.

Clarke R. J. Application of image covariance models to transform coding. Int. J. Electronics. 1984. Vol. 56, N 2. P. 245–260.

Akansu A.N., Haddad R.A. Factorization of the coefficient variance matrix in orthogonal transforms. IEEE Trans. Signal Processing. 1991. Vol. 39, N 3. P. 714–718.

Mauersberger W. Generalized correlation model for designing 2-dimensional image coders. Electron. Lett. 1979. Vol. 15, N 20. P. 664–665.

Гнатив Л.А., Шевчук Е.С. Методы синтеза эффективных ортогональных преобразований высокой и низкой корреляции и их быстрых алгоритмов для кодирования и сжатия цифровых изображений. Кибернетика и системный анализ. 2002. Т. 38, № 6. С. 104–117.

ITU-T Rec. H.264|ISO/IEC 14496-10: 2009. Information technology — Coding of audio-visual objects-Part 10: Advanced Video Coding, 2009.

Budagavi M., Zhou M. Orthogonal MDDT and mode dependent DCT. ITU-T Q.6/SG16 VCEG, VCEG-AM20. Jan. 2010. Kyoto, Japan.

Saxena A., Fernandes F. Jointly optimal intra prediction and adaptive primary transform. ITU-T, doc. JCTVC-C108. October 2010. Guangzhou, China.

Saxena A., Fernandes F. CE 7: Mode-dependent DCT/DST for intra prediction in video coding. ITU-T, doc. ICTVC-D033. Jan. 2011. Daegu, Korea.

Saxena A., Fernandes F. CE7: Mode-dependent DCT/DST without full matrix multiplication for intra prediction. ITU-T, doc. JCTVC- E125. Mar. 2011. Geneva, CH.

Saxena A., Fernandes F., Alshina E., Chen J. Mode-dependent DCT/DST for chroma blocks. ITU-T, doc. JCTVC-F553. July 2011. Torino, Italy.

Saxena A., Fernandes F. C., Alshina E., Chen J. CE7: Mode-dependent DCT/DST for chroma blocks. ITU-T, doc. ICTVC-G107. Nov. 2011. Geneva, CH.

Гнатив Л.А. Целочисленные косинусные преобразования для высокоэффективного кодирования изображений и видео. Кибернетика и системный анализ. 2016. Т. 52, № 5. С. 161–176.

Fuldseth A., Bjntegaard G., Sadafale M., Sze V. CE10: Core transform design for HEVC. ITU-T, doc. JCTVC-G495. Nov. 2011. Geneva, CH.