專利名稱：一種低復雜度的分像素插值濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及新一代視頻編解碼技術領域，提出了一種新的分像素插值濾波器及插值方法，在提高運動預測和補償的性能的同時降低了計算復雜度。
背景技術：
隨著眾多如數字電視、互聯網高清視頻、數碼相機、數碼攝像機等高清數碼產品的逐漸普及，現有的視頻編解碼標準已經不能滿足要求，尤其對于高分辨力視頻，如4Kx2K的甚高分辨率。因此，人們期待能適應超高清視頻的新一代高性能視頻編碼標準的開發。在視頻編解碼技術中，分像素插值技術能提高運動預測的準確度，從而對整個編解碼性能的提高有非常大的積極作用。分像素插值最早在MPEG-I中就已經使用，但僅限于半像素運動估計，盡管比整像素運動估計要好但是精度和性能還不高；WMPEG-4 ASP開 始提高了插值精度，使用1/4像素精度的插值；H. 264/AVC采用了一個6抽頭濾波器來獲得1/2像素，然后用平均濾波器來得到1/4像素，性能有了很大提高；在AVS Jizhun Profile中也是采用了一個4抽頭濾波器來獲得1/2像素，然后再得出1/4像素；在最近JCT-VC(theJoint Collaborative Team on Video Coding)正在制訂的下一代高性能視頻編解碼標準HEVC (High Efficiency Video Coding)中，為進一步提高插值性能,采用了高性能可分離式的基于DCT的插值濾波器，相比于H. 264/AVC降低了很多碼率，能明顯提高編碼性能，但是其插值計算的復雜度較高。基于以上，我們提出了一種新的插值方法來減小插值計算的復雜度并且同時保持與HEVC中的插值有相當的性能。
發明內容
本發明的目的在于提出一種新的插值濾波器以及插值方法，以提高編碼和解碼中插值的性能同時降低其計算復雜度。本發明提出了一種新的插值濾波器，該濾波器為二維可分離式插值濾波器(即在二維濾波時是先進行橫向插值再進行縱向插值)，涉及兩組濾波器系數，分別是8抽頭和6抽頭，其插值濾波器系數分別見圖I和圖2所示。本發明還提出了新的插值方法，采用8抽頭和6抽頭濾波器相結合的方式來降低計算復雜度對于分像素a、b、c，使用橫向的8抽頭一維插值濾波器；對于分像素d、h、n，使用縱向的8抽頭一維插值濾波器。對于余下的9個分像素，要進行兩次插值，首先使用橫向的8抽頭一維插值濾波器，然后再對中間值使用縱向的6抽頭一維插值濾波器。本發明具有以下優點I.本發明使用新的插值方法，采用8抽頭和6抽頭濾波器相結合的方式。利用一般場景的運動變化主要是橫向運動居多而縱向運動相對較少，且考慮到10抽頭計算較復雜，而4抽頭又性能較差，故采用“8+6”相結合的濾波方式，能減小計算復雜度而又不會明顯影響性能。2.本發明使用了新的插值濾波器，并對濾波器系數進行了優化，采用了性能最好的濾波器系數。3.本發明與HEVC的亮度插值對比，其Y、U、V碼率分別僅增加了 O. 7%、0.2%、
O.3%，見圖3 ;但是其計算復雜度，如圖4所示，比HEVC要降低近10% (在訪存數量、乘法和加法數目方面分別小9. 07%、6. 42%和9. 36% )，具有低復雜度的優勢且同時保持了與HEVC亮度插值有相當的性能。
圖I是本發明的8抽頭插值濾波器的系數列表；圖2是本發明的6抽頭插值濾波器的系數列表；
圖3是本發明的方法與HEVC亮度插值方法的碼率對比結果表。圖4是本發明的方法與HEVC亮度插值方法的計算復雜度對比結果表。圖5是本發明的分像素點與坐標位置對應關系表。圖6是本發明的插值方法示意圖；圖7是本發明的實際插值過程示意具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明進行詳細的描述。本實施例描述了本發明的具體實現過程。現在對于亮度的運動矢量仍然是1/4像素精度，因此需要插值出15個分像素。插值過程如圖6所示，大寫字母代表的位置為已知的整像素點，小寫字母代表的位置為需要插值得到的分像素點。對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波得到分像素aQQ、b00>c00 ;對縱向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波得到分像素CLAc^ntltl ;對于剩下的分像素是先對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，然后再對中間值使用縱向6抽頭插值濾波。6抽頭和8抽頭濾波器的系數分別見圖1，圖2所示。該實施例中，本發明實現的步驟如圖2所示第一步根據圖5所示，通過X和y的坐標來判斷所要插值的分像素點。第二步由上-步的判斷，分別進入相應的分像素插值處理過程如，對于分像素a，只需要進行橫向的8抽頭插值濾波，使用1/4位置對應的濾波器系數；對于分像素e，先進行橫向的8抽頭插值濾波，使用1/4位置對應的濾波器系數，然后再進行縱向的6抽頭插值濾波，使用1/4位置對應的濾波器系數。具體各個點的插值過程如下(I)分像素a00、b00、c00的插值對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，分別使用1/4，2/4，3/4位置對應的濾波器系數，計算得到對應的分像素aTO、b00, c00,計算公式如下a0,0 = (-A_3,0+4 X A_2,0-10 X , 0+57 X A0, ο+18 X A1,0-6 X A2,0+3 X A3,0-A4, ο) > >shiftlb。，。= (-A_3,0+4 X A_2,0-11 X ,0+40 X A0,0+40 X A1,0-11 X A2,0+4 X A3,0-A4,0) > >shiftlc。，。= (-A_3,0+3XA_2,0-6XA_1,0+18XA0,0+57XA1,0-10XA2,0+4XA3,0-A4,0) > >shiftl
(2)分像素(Ι。。、!!。。、]!。。的插值對縱向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，分別使用1/4，2/4，3/4位置對應的濾波器系數，計算得到對應的分像素‘、h00, n00,計算公式如下d0j0 = (-A0j _3+4XA0j _2-10XA0j ^+57 X A0j0+18 X Aoa-6 X A0j2+3 X A0j3-A0j4) > >shiftlh0j0 = (-A0, _3+4XA0, _2_11 XA0,-MOXAchc^OXAoa-Il XA0,2+4XA0,3-A0,4) > >shiftln0,0 = (-A0j _3+3XA0j _2-6XA0j _1+18XA0j0+57XA0a-10XA0j2+4XA0j3-A0j4) > >shiftl
(3)分像素eu、i0j0, p0j0的插值先對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，使用1/4位置對應的濾波器系數，從而得到中間值a’ μ (其中i = -3 4)，a’ μ與
i區別在于a’ ο,,沒有最后的shiftl移位操作；然后再對中間值a’ ο,,使用縱向6抽頭插值濾波，分別使用1/4，2/4，3/4位置對應的濾波器系數，計算得到對應的分像素計算公式如下e0,0 = (2Xa/ 0,_2-9Χ&'0,0+17Xa' CiaIXa' 0,2+a' 0,3) >>shift2i0,0= (2Xa/ 0,_2-9Xa' Oj^gXai 0,0+39Xa/ Ojl-QXai 0,2+2Xa' 0,3) >>shift2p0,0=(a' 0,_2-4Xa'0,0+57Xa' Ojl-QXai 0,2+2Xa' 0,3) > >shift2(4)分像素fQ,Q、jQ,Q、q0,0的插值先對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，使用2/4位置對應的濾波器系數，從而得到中間值b’ & i (其中i = -3 4);然后再對中間值b’ & "吏用縱向6抽頭插值濾波，分別使用1/4，2/4，3/4位置對應的濾波器系數，計算得到對應的分像素fu、j0,0> %。，計算公式如下f0,0=(2Xb' 0,_2-9Xb' 03+57X1^ 0,0+17Xb' CiaIXb' 0,2+b' 0,3) >>shift2j0,o= (2Xb/ o，—2_9Xb' o,-i+SQXb^ 0，0+39Xb' 0，「9ΧΥ 0，2+2Xb' 0，3) >>shift2q0，0=(b'〇，—2_4Xb'〇，—JUXb' 0，0+57ΧΜ0，2+2Xb' 0，3) > >shift2(5)分像素gu、k0；0, r0j0的插值先對橫向最近鄰的整像素點使用8抽頭插值濾波，使用3/4位置對應的濾波器系數，從而得到中間值c’ μ (其中i = -3 4);然后再對中間值c’ & "吏用縱向6抽頭插值濾波，分別使用1/4，2/4，3/4位置對應的濾波器系數，計算得到對應的分像素gu、k0,0. r0,0,計算公式如下g0,ο = (2Xc/ 0,_2-9XC' o’—^Xc' 0,0+17XC' c^Xc' 0j2+c / 0,3) > >shift2k0,0= (2Χο^。，—2-9Xc'。，—J39XC' U+39XC' 0，「9Χ(^ 0，2+2Χ^。，3) >>shift2r0,0=(c' 0,_2-4Xc' K+17XC' 0j0+57Xc; oa-9Xc' 0,2+2Xc' 0,3) > >shift2上述公式中，shiftl = 6，shift2 = 12。這樣，所有的15個分像素點都被插值出來。至此，該實施例的所有步驟完成。 該發明通過以上的插值方法，在保證了較高性能的插值的同時也有效的減小了插值計算的復雜度。
權利要求
1.提出了新的插值方法，采用8抽頭和6抽頭濾波器相結合的方式來降低計算復雜度對于分像素a、b、c，使用橫向的8抽頭一維插值濾波器；對于分像素d、h、n，使用縱向的8抽頭一維插值濾波器。對于余下的9個分像素，要進行兩次插值，首先使用橫向的8抽頭一維插值濾波器，然后再使用縱向的6抽頭一維插值濾波器。本發明適用于數字視頻的編碼和解碼。
2.上述提到的8抽頭和6抽頭插值濾波器，其濾波器系數如下 8抽頭1/4像素對應的系數為{-1，4，-10，57，18，-6,3, -1}，1/2像素對應的系數為{-1,4, -11,40,40, -11,4, -1}，3/4 像素對應的系數為{-1,3, -6,18,57, -10,4, -1} ;6 抽頭1/4像素對應的系數為{2，-9，57，17，_4，1}，1/2像素對應的系數為{2，-9，39，39，-9，2}，3/4像素對應的系數為{1，-4，17，57，-9，2}。
全文摘要
本發明公開了一種低復雜度的分像素插值濾波器，適用于視頻編解碼技術領域，包括提出了新的插值濾波器和新的插值方法。新的插值濾波器系數包括8抽頭和6抽頭的兩組濾波器系數。新的插值方法中采用8抽頭和6抽頭相結合的方式來降低計算復雜度，對于分像素a、b、c，使用橫向的8抽頭一維插值濾波器；對于分像素d、h、n，使用縱向的8抽頭一維插值濾波器；對于余下的9個分像素，要進行兩次插值，首先使用橫向的8抽頭一維插值濾波器，然后使用縱向的6抽頭一維插值濾波器。
文檔編號H04N7/46GK102833550SQ201210321179
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者王榮剛, 呂浩, 王振宇, 董勝富, 高文 申請人:北京大學深圳研究生院