CN102104779A - 一种1/4亚像素插值方法及装置 - Google Patents

一种1/4亚像素插值方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种1/4亚像素插值方法，将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份，通过相邻4个整像素点（A1、A2、A3、A4）的变化规律，计算出A2和A3之间4个区域的斜率：第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值；根据第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；根据所述插值系数对第二整像素点（A2）、第三整像素点（A3）之间的区域进行1/4精度的插值。本发明在插值过程中考虑像素亮度值之间的变化率，可以很好的模拟相邻整像素之间的变化，编码效果良好且计算简便。

Description

一种1/4亚像素插值方法及装置
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种1/4亚像素插值方法及装置。
背景技术
目前主流的视频编码主要包含以下步骤：将每个视频帧分割成象素块；
通过对每个块的视频数据进行变换、量化和熵编码，减小视频帧内的空间冗余；利用连续帧的块之间的时间依赖关系，以便仅发送连续帧之间的不同部分。连续帧之间的块的时间依赖关系是通过采用运动估计和运动补偿技术确定的，对于任何给定块，在编码和发送帧之前进行运动搜索，以确定编码装置和解码装置为预测块的图像数据而使用的运动向量。
当前常用的运动补偿搜索和运动补偿算法是以1/4精度来对参考图像进行运动预测的，对于像素之间的1/4像素插值方法，一般需要用到周围4至8个整像素点，传统中最简易的线性插值，插值过程不考虑像素亮度值之间的变化率，无法很好的模拟相邻像素之间的变化，进而无法取得良好的编码效果。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种1/4亚像素插值方法，旨在解决现有技术插值过程不考虑像素亮度值之间的变化率，无法很好的模拟相邻像素之间的变化，进而无法取得良好的编码效果的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种1/4亚像素插值方法，所述方法包括以下步骤：
将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份；
获取每份之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值；
根据第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
根据所述插值系数对第二整像素点（A2）、第三整像素点（A3）之间的区域进行1/4精度的插值。
本发明实施例的另一目的在于提出一种1/4亚像素插值装置，所述装置包括：
区域划分模块，用于将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份；
斜率求取模块，用于获取第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）；
插值系数获取模块，用于根据第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
插值模块，用于根据获取的插值系数，对第二整像素点（A2）、第三整像素点（A3）之间的区域进行1/4精度的插值。
本发明的有益效果
本发明实施例提出了一种1/4亚像素插值方法，为对待插值亚像素点左右相邻两整像素点A2和A3之间进行1/4亚像素的插值，考虑了A2左侧的整像素A1及A3右侧的整像素A4的值，以模拟A2的像素亮度值a2和A3的像素亮度值a3之间的变化趋势；通过将相邻两整像素点A2和A3之间的区域划分成4等份，按特定的规则求出每等份的斜率（k1、k2、k3、k4），根据每等份的斜率（k1、k2、k3、k4）的值获取待插值亚像素点的像素亮度值和对应的插值系数，根据所述插值系数，对A2、A3之间进行1/4亚像素精度插值。本发明实施例对图像的1/4像素插值仅考虑临近的4个整像素点，插值过程中考虑像素亮度值之间的变化率，可以很好的模拟相邻整像素之间的变化，编码效果良好且计算简便。
附图说明
图1是本发明实施例一种1/4亚像素插值方法流程图；
图2是本发明实施例连续整像素点A1 、A2、A3、A4的排列示意图；
图3是本发明实施例以像素点位置为横坐标、像素亮度值为纵坐标绘制的连续整像素点A1 、A2、A3、A4的像素亮度值-位置曲线图；
图4是图3曲线中的将相邻整像素点A2和A3之间的区域分成4等份的像素亮度值-位置曲线图；
图5是本发明实施例一种1/4亚像素插值装置结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。应当理解，此处所描写的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用以限制本发明。
本发明实施例为对待插值亚像素点左右相邻两整像素点A2和A3之间进行1/4亚像素的插值，考虑了A2左侧的整像素A1及A3右侧的整像素A4的值，以模拟A2的像素亮度值a2和A3的像素亮度值a3之间的变化趋势；本发明实施例通过将相邻两整像素点A2和A3之间的区域划分成4等份，按特定的规则求出每等份的斜率（k1、k2、k3、k4），根据每等份的斜率（k1、k2、k3、k4）的值获取待插值亚像素点的像素亮度值和对应的插值系数，根据所述插值系数，对A2、A3之间进行1/4亚像素精度插值。
以下以具体实施例对本发明方法进行详细说明。由于考虑到应用于视频编解码时计算的简便性，本发明实施例对图像的1/4亚像素插值仅考虑临近的4个整像素点。如图1所示为本发明实施例一种1/4亚像素插值方法流程图，所述方法包括以下步骤：
S101，获取待插值亚像素点左侧依次临近的第二整像素点A2、第一整像素点A1和右侧依次的临近第三整像素点A3、第四整像素点A4对应的第一像素亮度值a1、第二像素亮度值a2、第三像素亮度值a3、第四像素亮度值a4；
如图2所示为连续整像素点第一整像素点A1 、第二整像素点A2、第三整像素点A3、第四整像素点A4的排列示意图，其对应的像素亮度值分别为第一像素亮度值a1、第二像素亮度值a2、第三像素亮度值a3、第四像素亮度值a4，为了对相邻整像素点第二整像素点A2、第三整像素点A3之间进行1/4亚像素的插值，本发明实施例考虑了第二整像素点A2左侧的第一整像素点A1及第三整像素点A3右侧的第四整像素点A4的像素亮度值变化规律以模拟第二像素A2和第三像素A3之间的亮度变化趋势。
如图3所示是以像素点位置为横坐标、像素亮度值为纵坐标绘制的连续整像素点A1 、A2、A3、A4的像素亮度值-位置曲线图。
S102，将待插值亚像素点左右相邻整像素点第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的区域分成4等份，获取每份之间的斜率第一斜率k1、第二斜率k2、第三斜率k3、第四斜率k4的值；
如图4所示是将相邻第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的区域分成4等份的像素亮度值-位置曲线图。
所述“获取每份之间的斜率第一斜率k1、第二斜率k2、第三斜率k3、第四斜率k4的值”具体为：
设定如下规则：
规则1：                                                
Figure 891209DEST_PATH_IMAGE001
       (1)
规则2： 
Figure 476911DEST_PATH_IMAGE002
  (2)
其中
Figure 34319DEST_PATH_IMAGE003
表示第一整像素点A1到第二整像素点A2之间的斜率，
Figure 72682DEST_PATH_IMAGE003
= a2- a1；
Figure 675702DEST_PATH_IMAGE004
表示第三整像素点A3到第四整像素点A4之间的斜率，
Figure 381490DEST_PATH_IMAGE004
= a4- a3；
根据公式（1）、（2），求解出k1、k2、k3、k4的值；
规则1即k1、 k2、 k3、k4之和等于a2至 a3的总斜率，规则2可使k1、 k2、k3、k4之间尽量显得平滑，从而使得k1、k2、k3、k4尽量满足像素之间的变化关系。
S103，根据斜率k1、k2、k3、k4的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
所述“获取插值像素点对应的插值系数”具体如下：
Figure 841290DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 691916DEST_PATH_IMAGE006
为第二整像素点A2到 第三整像素点A3中1/4亚像素处的值，
Figure 833047DEST_PATH_IMAGE007
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中1/2亚像素处的值，为第二整像素点A2到第三整像素点A3中3/4亚像素处的值。
所述插值系数（即滤波器）为：
1/4亚像素位置的滤波器： （-4， 24， 6， -2）/24
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）/4
3/4亚像素位置的滤波器： （-2， 6， 24， -4）/24
S104，根据获取的插值系数，对第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的区域进行1/4精度的插值；
在实际应用中，还可将所述插值系数（即：滤波器）的分母设置成2的n次方，使除运算变成计算机中的右移运算，具体方法如下：
Figure 24043DEST_PATH_IMAGE009
Figure 309717DEST_PATH_IMAGE011
   其中>>符号表示计算机中对数据进行右移计算；
因此，在实际应用中，对图像进行1/4亚像素的插值时可以采用如下4抽头滤波器：
1/4亚像素位置的滤波器： （-5， 32， 8， -3）>>5
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）>>2
3/4亚像素位置的滤波器： （-3， 8， 32， -5）>>5
本发明实施例提出了一种1/4亚像素精度的插值方法，对图像的1/4亚像素插值仅考虑临近的4个整像素点，插值过程中考虑像素亮度值之间的变化率，可以很好的模拟相邻像素之间的变化，编码效果良好且计算简便。
如图5所示是本发明实施例一种1/4亚像素插值装置结构图，所述装置包括：
区域划分模块，用于将待插值亚像素点左右相邻整像素点第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的区域分成4等份；
斜率求取模块，用于获取第二整像素点A2、第三整像素点A3之间每等份之间的斜率第一斜率k1、第二斜率k2、第三斜率k3、第四斜率k4的值；
插值系数获取模块，用于根据斜率k1、k2、k3、k4的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
插值模块，用于根据获取的插值系数，对第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的区域进行1/4精度的插值；
优选地，所述装置进一步包括：
像素亮度值获取模块（图中未示出），用于获取待插值亚像素点左侧依次临近的第二整像素点A2、第一整像素点A1和右侧依次临近第三整像素点A3、第四整像素点A4对应的的第一像素亮度值a1、第二像素亮度值a2、第三像素亮度值a3、第四像素亮度值a4；
其中，所述所述“获取第二整像素点A2、第三整像素点A3之间每等份之间的斜率第一斜率k1、第二斜率k2、第三斜率k3、第四斜率k4”具体为：
设定如下规则：
规则1： 
Figure 789764DEST_PATH_IMAGE001
       (1)
规则2： 
Figure 794629DEST_PATH_IMAGE002
  (2)
其中
Figure 357198DEST_PATH_IMAGE003
表示第一整像素点A1到第二整像素点A2之间的斜率，
Figure 902448DEST_PATH_IMAGE003
= a2- a1；表示第三整像素点A3到第四整像素点A4之间的斜率，
Figure 406909DEST_PATH_IMAGE004
= a4- a3；
根据公式（1）、（2），求解出k1、k2、k3、k4的值；
其中，所述“获取待插值亚像素点对应的插值系数”具体如下：
Figure 394457DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 681082DEST_PATH_IMAGE006
为第二整像素点A2到 第三整像素点A3中1/4亚像素处的值，
Figure 70475DEST_PATH_IMAGE007
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中1/2亚像素处的值，为第二整像素点A2到第三整像素点A3中3/4亚像素处的值。
所述插值系数（即滤波器）为：
1/4亚像素位置的滤波器： （-4， 24， 6， -2）/24
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）/4
3/4亚像素位置的滤波器： （-2， 6， 24， -4）/24
在实际应用中，还可将所述插值系数（即滤波器）的分母设置成2的n次方，使除运算变成计算机中的右移运算，具体方法如下： 
Figure 954303DEST_PATH_IMAGE009
Figure 781969DEST_PATH_IMAGE010
Figure 25869DEST_PATH_IMAGE011
   其中>>符号表示计算机中对数据进行右移计算；
因此，在实际应用中，对图像进行1/4亚像素的插值时可以采用如下4抽头滤波器：
1/4亚像素位置的滤波器： （-5， 32， 8， -3）>>5
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）>>2
3/4亚像素位置的滤波器： （-3， 8， 32， -5）>>5
本发明实施例提出了一种1/4亚像素插值装置，对图像的1/4亚像素插值仅考虑临近的4个整像素，插值过程中考虑像素亮度值之间的变化率，可以很好的模拟相邻像素之间的变化，编码效果良好且计算简便。
本领域的普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关硬件来完成的，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质可以为ROM、RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份；
获取每份之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值；
根据第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
根据所述插值系数对第二整像素点（A2）、第三整像素点（A3）之间的区域进行1/4精度的插值。
2.如权利要求1所述的1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述步骤“将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份”之前还包括步骤：
获取待插值亚像素点左侧临近第二整像素点（A2）、第一整像素点（A1）和右侧临近第三整像素点（A3）、第四整像素点（A4）的对应的第一像素亮度值（a2）、第二像素亮度值（a1）、第三像素亮度值（a3）、第四像素亮度值（a4）。
3.如权利要求1所述的1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述“获取每份之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值”具体为：
设定如下规则：
   规则1：                                                
Figure 708366DEST_PATH_IMAGE001
       (1) 
规则2：   (2)
      其中
Figure 193278DEST_PATH_IMAGE003
表示第一整像素点A1到第二整像素点A2之间的斜率，= a2- a1；
Figure 504360DEST_PATH_IMAGE004
表示第三整像素点A3到第四整像素点A4之间的斜率，
Figure 406457DEST_PATH_IMAGE004
= a4- a3；
根据公式（1）、（2），求解出k1、k2、k3、k4的值。
4. 如权利要求1所述的1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述“获取待插值亚像素点对应的插值系数”具体方法为：
Figure 949434DEST_PATH_IMAGE005
  
   其中
Figure 304192DEST_PATH_IMAGE006
为第二整像素点A2到 第三整像素点A3中1/4亚像素处的值，
Figure 306431DEST_PATH_IMAGE007
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中1/2亚像素处的值，
Figure 125351DEST_PATH_IMAGE008
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中3/4亚像素处的值。
5.如权利要求1或4所述的1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述插值系数为：
   1/4亚像素位置的滤波器： （-4， 24， 6， -2）/24
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）/4
3/4亚像素位置的滤波器： （-2， 6， 24， -4）/24。
6.如权利要求1所述的1/4亚像素插值方法，其特征在于，所述插值系数还可以为：
1/4亚像素位置的滤波器： （-5， 32， 8， -3）>>5
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）>>2
3/4亚像素位置的滤波器： （-3， 8， 32， -5）>>5
其中>>符号表示计算机中对数据进行右移计算。
7.一种1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述装置包括：
区域划分模块，用于将待插值亚像素点左右相邻两整像素点（A2和A3）之间的区域分成4等份；
斜率求取模块，用于获取第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）；
插值系数获取模块，用于根据第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）的值获取待插值亚像素点对应的插值系数；
插值模块，用于根据获取的插值系数，对第二整像素点（A2）、第三整像素点（A3）之间的区域进行1/4精度的插值。
8.如权利要求7所述的1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述装置还包括：
像素亮度值获取模块，与区域划分模块，用于获取待插值亚像素点左侧临近第二整像素点（A2）、第一整像素点（A1）和右侧临近第三整像素点（A3）、第四整像素点（A4）的像素亮度值第一像素亮度值（a1）、第二像素亮度值（a2）、第三像素亮度值（a3）、第四像素亮度值（a4）。
9.如权利要求7所述的1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述“获取第二整像素点A2、第三整像素点A3之间的斜率第一斜率（k1）、第二斜率（k2）、第三斜率（k3）、第四斜率（k4）”具体为：
设定如下规则：
   规则1： 
Figure 839229DEST_PATH_IMAGE001
       (1) 
规则2： 
Figure 946863DEST_PATH_IMAGE002
  (2)
      其中
Figure 404389DEST_PATH_IMAGE003
表示第一整像素点A1到第二整像素点A2之间的斜率，
Figure 15499DEST_PATH_IMAGE003
= a2- a1；
Figure 231104DEST_PATH_IMAGE004
表示第三整像素点A3到第四整像素点A4之间的斜率，
Figure 560454DEST_PATH_IMAGE004
= a4- a3；
根据公式（1）、（2），求解出k1、k2、k3、k4的值。
10.如权利要求7所述的1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述“获取待插值亚像素点对应的插值系数”具体方法为：
Figure 821671DEST_PATH_IMAGE005
  
   其中
Figure 349604DEST_PATH_IMAGE006
为第二整像素点A2到 第三整像素点A3中1/4亚像素处的值，
Figure 670864DEST_PATH_IMAGE007
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中1/2亚像素处的值，
Figure 487511DEST_PATH_IMAGE008
为第二整像素点A2到第三整像素点A3中3/4亚像素处的值。
11、如权利要求7或10所述的1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述插值系数为：
   1/4亚像素位置的滤波器： （-4， 24， 6， -2）/24
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）/4
3/4亚像素位置的滤波器： （-2， 6， 24， -4）/24。
12、如权利要求7所述的1/4亚像素插值装置，其特征在于，所述插值系数还可以为：
1/4亚像素位置的滤波器： （-5， 32， 8， -3）>>5
1/2亚像素位置的滤波器： （-1， 3， 3， -1）>>2
3/4亚像素位置的滤波器： （-3， 8， 32， -5）>>5
其中>>符号表示计算机中对数据进行右移计算。
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