Cybernetics And Systems Analysis logo
Інформація редакції Аннотації статей Автори Архів
Кібернетика та Системний Аналіз
Міжнародний Науково-Теоретичний Журнал
Том 61 >>> № 2 БЕРЕЗЕНЬ — КВІТЕНЬ 2025
-->


DOI 10.34229/KCA2522-9664.25.2.14
УДК 519.6, 004.932, 004.627

Л.О. ГНАТІВ
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, Україна,
 levhnativ@gmail.com


ШВИДКІ ЦІЛОЧИСЛОВІ СИНУСНІ І КОСИНУСНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ
ТИПУ IV НИЗЬКОЇ СКЛАДНОСТІ ДЛЯ ВІДЕОКОДУВАННЯ

Анотація. Запропоновано матричні методи побудови цілочислових синусного і косинусного перетворень типу IV (ЦСП-IV / ЦКП-IV) порядку 8 і 16, на основі яких побудовано два цілочислові перетворення типу IV і розроблено швидкі алгоритми їхнього обчислення, що потребують тільки операцій з цілими числами. Алгоритми обчислення ЦСП-IV / ЦКП-IV порядку 16 потребують на 14.29 % і на 12.5 % менше операцій множення та на 22.11 % і 20.83 % більше операцій додавання порівняно з відомими алгоритмами для дискретного синусного і косинусного перетворень типу IV. Запропоновані швидкі ЦСП-IV / ЦКП-IV порівняно з відомими швидкими дискретними синусним типу VІІ і косинусним типу VІІІ перетвореннями з цілочисловою апроксимацією зі стандарту VVC (ДСП-VІІ / ДКП-VІІІ) мають у 3.02 раза меншу мультиплікативну складність та потребують на 47.41 % менше операцій додавання. Розроблено швидкі алгоритми низької обчислювальної складності обчислення 2D роздільних цілочислових косинусного типу ІІ і синусного типу IV адаптивних перетворень для intra-прогнозування з блоками зображень, які мають у 2.66 раза меншу мультиплікативну складність та потребують на 28.9 % менше операцій додавання порівняно з відомими роздільними перетвореннями ЦКП-II (H.265) / ДСП-VІІ (VVC).

Ключові слова: дискретне косинусне перетворення, дискретне синусне перетворення, цілочислове косинусне перетворення, цілочислове синусне перетворення, факторизація, відеокодування, H.265, VVC (Versatile Video Coding), роздільне адаптивне перетворення, MTS (Multiple Ttransform Selection).


повний текст

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  • 1. Jain A.K. A sinusoidal family of unitary transforms. IEEE Trans. Pat. Anal. and Mach. Intel. 1979. Vol. 1, N 4. P. 356–365. https://doi.org/10.1109/ .

  • 2. Wang Z., Hunt B.R. The discrete W transform. Appl. Math. and Comput. 1986. Vol. 16, N 1. P. 19–48. https://doi.org/10.1016/ .

  • 3. Wang Z. Fast algorithms for the discrete W transform and for the discrete Fourier transform. IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process. 1984. Vol. 32, N 8. P. 803–816. https://doi.org/10.1109/ .

  • 4. Yip P., Rao K.R. Fast decimation-in-time algorithms for a family of discrete sine and cosine transforms. Circuits Systems and Signal Processes. 1984. Vol. 3, Iss. 4. P. 387–408. https://doi.org/10.1007/ .

  • 5. Britanak V., Rao K.R., Yip P. Discrete cosine and sine transforms: General properties, fast algorithms and integer approximations. Oxford, UK: Academic Press; Elsevier, 2007. https://doi.org/10.1016/ .

  • 6. Chivukula R.K., Reznik Y.A. Fast computing of discrete cosine and sine transforms of types VI and VII. Proc. SPIE 8135. Appl. of Digital Image Processing. XXX IV, 813505, Sept. 2011. https://doi.org/10.1117/ .

  • 7. Clarke R.J. Transform coding of images. London: Academic Press, 1985. 429 p. https://doi.org/10.1016/ .

  • 8. Kekre H.B., Solanki J.K. Comparative performance of various trigonometric unitary transforms for transform image coding. Int. J. Electronics. 1978. Vol. 44, N 3. P. 305–315. https://doi.org/10.1080/ .

  • 9. Clarke R.J. Application at sine transform image coding. Electron. Lett. 1983. Vol. 19, N 13. P. 490–491. https://doi.org/10.1049/ .

  • 10. Solomon D. Data compression: The complete reference. New York: Springer, 2004. 920 р. https://doi.org/10.1007/ .

  • 11. Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital image processing. 2nd ed. Indiana, USA: Prentice-Hall, 2002. 793 p. https://doi.org/10.1007/ .

  • 12. Jain A.K. Image data compression: A review. Proceedings of the IEEE. 1981. Vol. 69, Iss 3. P. 349–389. https://doi.org/10.1109/ .

  • 13. 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). 2010. P. 726–729. https://doi.org/10.1109/ .

  • 14. Clarke R.J. Relation between the Karhunen–Loeve and cosine transforms. IEE Proceedings F (Communications, Radar and Signal Processing). 1981. Vol. 128, N 6. P. 359–360. https://doi.org/10.1049/ .

  • 15. Clarke R.J. Relation between the Karhunen–Loeve and sine transforms. Electron. Lett. 1984 Vol. 20, N 1. P. 12–13. https://doi.org10.1049/ .

  • 16. Saxena A., Fernandes F.C. DCT/DST-based transform coding for intra prediction in image/video coding. IEEE Trans. Image Process. 2013. Vol. 22, N 10. P. 3974–3981. https://doi.org/10.1109/ .

  • 17. Ye Y., Karczewicz M. Improved intra coding. ITU-T SG16Q6. Doc. VCEG-AG11, Shenzhen, China, 2007.

  • 18. 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.

  • 19. 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.

  • 20. 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.

  • 21. Saxena A., Fernandes F.C., Reznik Y.A. Fast transforms for intra-prediction-based image and video coding. Proc. 2013 Data Compression Conf. 2013. P. 13–22. https://doi.org/10.1109/ DCC.2013.9 .

  • 22. Reznik Y.A. Relationship between DCT-II, DCT-VI and DST-VII transforms. Proc. IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Process. (ICASSP). 2013. P. 5642–5646. https://doi.org/10.1109//ICASSP.2013.6638744.

  • 23. M. Masera, M. Martina, G. Masera. Odd type DCT/DST for video coding: Relationships and low-complexity implementations. IEEE Int. Workshop on Signal Processing Systems. Lorient (FR). 2017. Р. 1–6. https://doi.org/10.1109/ SiPS.2017.8110009.

  • 24. Hnativ L.O., Luts V.K. Integer modified sine-cosine transforms type VII. A construction method and separable directional adaptive transforms for intra prediction with chroma blocks in image/video coding. Cybernetics and Systems Analysis. 2021. Vol. 57, N 1. Р. 155–164. https://doi.org/10.1007/ .

  • 25. Hnativ L.O. Discrete cosine-sine type VII transform and fast integer transforms for intra prediction of images and video coding. Cybernetics and Systems Analysis. 2021. Vol. 57, N 5. P. 827–835. https://doi.org/10.1007/s10559-021-00408-z .

  • 26. Zhang Z. et al. Fast DST-VII/DCT-VIII with dual implementation support for versatile video coding. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2021. Vol. 31, N 1. P. 355–371. https://doi.org/10.1109/TCSVT.2020.2977118 .

  • 27. Bross B., Wang Y.-K., Ye Y., Liu S., Sullivan G.J., Ohm J.-R. Overview of the versatile video coding (VVC) standard and its applications. Preprint submitted to IEEE Trans. Circuits and Systs. for Video Tech., December 2020. https://doi.org/10.1109/TCSVT.2021.3060525 .
  • 28. X. Zhao X. et al. Transform coding in the VVC standard. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2021. Vol. 31, N 10. P. 3878–3890. https://doi.org/10.1109/TCSVT.2021.3087706 .

  • 29. Zhang Z., Zhao X., Li X., Li Z., Liu S. Fast adaptive multiple transform for versatile video coding. Proc. Data Compress. Conf. (DCC). 2019. P. 63–72. https://doi.org/10.1109/DCC.2019.00022 .

  • 30. Zhao X., Chen J., Karczewicz M., Zhang L., Li X., Chien W.-J. Enhanced multiple transform for video coding. Proc. Data Compress. Conf. (DCC). 2016. P. 73–82. https://doi.org/10.1109/DCC.2016.9 .

  • 31. 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. https://doi.org/10.1007/s10559-016-9810-9.

  • 32. Hnativ L.O. High-order integer cosine transform: Construction method and fast algorithms for high-resolution image and video coding. Cybernetics and Systems Analysis. 2017. Vol. 53, N 4. P. 615–626, 2017. https://doi.org/10.1007/s10559-017-9964-0 .

  • 33. Hnativ L.O. Integer cosine transforms: methods to construct new order 8, 16 fast transforms and their application. Cybernetics and Systems Analysis. 2014. Vol. 50, N 6. P. 913–929. https://doi.org/10.1007/s10559-014-9682-9 .

  • 34. Hnativ L.O. Integer cosine transforms for high-efficiency image and video coding. Cybernetics and Systems Analysis. 2016. Vol. 52, N 5. P. 802–816. https://doi.org/10.1007/s10559-016-9881-7 .

  • 35. Fuldseth A., Bjntegaard G., Sadafale M. et al. CE10: Core transform design for HEVC. ITU-T, Doc. JCTVC-G495, Geneva, CH, Nov. 2011.

  • 36. Richardson I.E. H.264 and MPEG-4 video compression: Video coding for next-generation multimedia. Chichester: John Wiley~Sons, 2003. https://doi.org/10.1002/0470869605 .




Інформація редакції Аннотації статей Автори Архів
Журнал Тематичні Розділи Редакція Редакційна колегія Приклади документів Передплата Контакти
© 2025 Kibernetika.org. All rights reserved.