КиСА | Содержание

Том 56 >>> № 2 МАРТ — АПРЕЛЬ 2020

УДК 681.391, 519.725

Л.А. Гнатив

ЦЕЛОЧИСЛЕННЫЕ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ СИНУСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. МЕТОД
ПОСТРОЕНИЯ И РАЗДЕЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ АДАПТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ДЛЯ INTRA-ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В КОДИРОВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ/ВИДЕО

Аннотация. Предложен матричный метод построения целочисленного модифицированного синусного преобразования типа VII порядка 8, на основе которого построены два целочисленных преобразования и разработаны алгоритмы быстрого выполнения 8-точечных целочисленных модифицированных синусных преобразований типа VII, требующие выполнения только целочисленных операций. Алгоритмы имеют низкую вычислительную сложность, которая в 4,5 и 10,9 раз меньше по сравнению с известным алгоритмом. Преобразования имеют более высокие характеристики эффективности кодирования по качеству степени сжатия, чем известные синусные преобразования. Разработаны алгоритмы быстрого выполнения 2D 8-точечных раздельных направленных целочисленных косинусного и модифицированных синусных адаптивных преобразований для intra-прогнозирования низкой вычислительной сложности, которая в 4,62 и 8,24 раз меньше по сравнению с известными алгоритмами.

Ключевые слова: дискретное косинусное преобразование, дискретное синусное преобразование, целочисленное косинусное преобразование, целочисленное синусное преобразование, целочисленное модифицированное синусное преобразование, раздельное направленное адаптивное преобразование, модозависимое направленное преобразование, быстрое выполнение преобразования, масштабированное преобразование, intra-прогнозирование, видеокодирование, H.265.

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Jain A.K. A sinusoidal family of unitary transforms. IEEE Trans. Patt. Anal. and Mach. Intell. 1979. Vol. 1, N 4. P. 356–365.

Wang Z., Hunt B.R. The discrete W transform. Appl. Math. and Comput. 1985. Vol. 16, Iss. 1. P. 19–48.

Wang Z. Fast algorithms for the discrete W transform and for the discrete Fourier transform. IEEE Trans. Acoust., Speeh, Signal Process. 1984. Vol. 32, N 8. P. 803–816.

Britanak V., Rao K.R., Yip P. Discrete cosine and sine transforms: general properties, fast algorithms and integer approximations. Oxford: Academic Press Elsevier, 2007. 368 p.

Chivukula R.K., Reznik Y.A. Fast computing of discrete cosine and sine transforms of types VI and VII. Proc. SPIE Appl. Digital Image Processing XXXIV Conf. (22–24 August 2011, San Diego, California, USA). San Diego, 2011. Vol. 8135. P 813505–813509.

Clarke R.J. Transform coding of images. London: Academic Press,1985. 429 p.

Clarke R.J. Performance of Karhunen–Loeve and discrete cosine transform for data having widely varying values of intersample correlation coefficient. Electron. Lett. 1983. Vol. 19, Iss. 7. P. 251–253.

Kekre H.B., Solanki J.K. Comparative performance of various trigonometric unitary transforms for transform image coding. Int. J. Electronics. 1978. Vol. 44, Iss. 3. P. 305–315.

Clarke R.J. Application of sine transform in image processing. Electron. Lett. 1983. Vol. 19, Iss. 13. P. 490–491.

Jain A.K., Famelle P.M., Algazi V.R. Image data compression. In: Digital Image Processing Technigues. Ekstrom M.P. (ed.). New York: Academic Press, 1984. P. 188–226.

Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. Москва: Техносфера, 2004. 368 с.

Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. Москва: Техносфера, 2005. 1072 с.

Джаин А.К. Сжатие видеоданных: Обзор ТИИЭР. 1981. Т.69, № 3. С. 71–117.

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). (14–19 March 2010, Dallas, TX, USA). Dallas, 2010. P. 726–729.

Гнатів Л.О. Метод побудови швидких цілочисельних синусних перетворень для кодування зображень та intra-прогнозування у відеокодуванні. Тези доп. міжн. наук. конф. «Сучасна інформатика: проблеми, досягнення та перспективи розвитку» (12–13 вересня, Україна, Київ). Київ, 2013. С. 261–263.

Clarke R.J. Relation between the Karhunen-Loeve and cosine transforms. IEEE Proc. F (Commun., Radar & Signal Process.). 1981. Vol. 128, Pt F, N 6. P. 359–360.

Clarke R.J. Relation between the Karhunen–Loeve and sine transforms. Electron. Lett. 1984. Vol. 20, Iss. 1. P. 12–13.

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

Ye Y., Karczewicz M. Improved intra coding. ITU-T Q.6/SG16 VCEG, VCEG-AG11. 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.

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

Yeo C., Tan Y.H., Li Z., Rahardia S. Mode-dependent fast separable KLT for block based intra coding. Doc. JCTVC-B024, Geneva, CH, July 2010.

An J., Zhao X., Guo X., Lei S. Non-CE 7: Boundary-dependent transform for inter-predicted residue. ITU-T, doc. JCTVC-G281, Geneva, CH., Nov. 2011.

Saxena A., Fernandes F. CE 7: Mode-dependent DCT/DST without full matrix multiplication for intra prediction. ITU-T, doc. JCTVC-E125, Geneva, Switzerland, Mar. 2011.

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

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. 375 с.

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

Гнатів Л.О., Луц В.К. Алгоритми швидкого виконання 4-точкових цілочислових синусних перетворень типу VII без множення і роздільні направлені адаптивні перетворення для intra- прогнозування в кодуванні зображень/відео. Кибернетика и системный анализ. 2020. Т. 56, № 1. C. 186–199.

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

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

Joshi R., Reznik Y., Sole J.K., Karczewicz M. CE-10: Scaled orthogonal integer transforms supporting recursive factorization structure. ITU-T, doc. JCTVC-F352. Torino, IT, July, 2011.

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. C. 104–121.