CN102833550A

CN102833550A - 一种低复杂度的分像素插值滤波器

Info

Publication number: CN102833550A
Application number: CN2012103211791A
Authority: CN
Inventors: 王荣刚; 吕浩; 王振宇; 董胜富; 高文
Original assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Current assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2012-12-19
Also published as: US20150172702A1; WO2014032625A1

Abstract

本发明公开了一种低复杂度的分像素插值滤波器，适用于视频编解码技术领域，包括：提出了新的插值滤波器和新的插值方法。新的插值滤波器系数包括8抽头和6抽头的两组滤波器系数。新的插值方法中采用8抽头和6抽头相结合的方式来降低计算复杂度，对于分像素a、b、c，使用横向的8抽头一维插值滤波器；对于分像素d、h、n，使用纵向的8抽头一维插值滤波器；对于余下的9个分像素，要进行两次插值，首先使用横向的8抽头一维插值滤波器，然后使用纵向的6抽头一维插值滤波器。

Description

一种低复杂度的分像素插值滤波器

技术领域

本发明涉及新一代视频编解码技术领域，提出了一种新的分像素插值滤波器及插值方法，在提高运动预测和补偿的性能的同时降低了计算复杂度。

技术背景

随着众多如数字电视、互联网高清视频、数码相机、数码摄像机等高清数码产品的逐渐普及，现有的视频编解码标准已经不能满足要求，尤其对于高分辨力视频，如4Kx2K的甚高分辨率。因此，人们期待能适应超高清视频的新一代高性能视频编码标准的开发。

在视频编解码技术中，分像素插值技术能提高运动预测的准确度，从而对整个编解码性能的提高有非常大的积极作用。分像素插值最早在MPEG-1中就已经使用，但仅限于半像素运动估计，尽管比整像素运动估计要好但是精度和性能还不高；从MPEG-4 ASP开始提高了插值精度，使用1/4像素精度的插值；H.264/AVC采用了一个6抽头滤波器来获得1/2像素，然后用平均滤波器来得到1/4像素，性能有了很大提高；在AVS Jizhun Profile中也是采用了一个4抽头滤波器来获得1/2像素，然后再得出1/4像素；在最近JCT-VC(the Joint Collaborative Team on Video Coding)正在制订的下一代高性能视频编解码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)中，为进一步提高插值性能，采用了高性能可分离式的基于DCT的插值滤波器，相比于H.264/AVC降低了很多码率，能明显提高编码性能，但是其插值计算的复杂度较高。基于以上，我们提出了一种新的插值方法来减小插值计算的复杂度并且同时保持与HEVC中的插值有相当的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的插值滤波器以及插值方法，以提高编码和解码中插值的性能同时降低其计算复杂度。

本发明提出了一种新的插值滤波器，该滤波器为二维可分离式插值滤波器(即在二维滤波时是先进行横向插值再进行纵向插值)，涉及两组滤波器系数，分别是8抽头和6抽头，其插值滤波器系数分别见图1和图2所示。本发明还提出了新的插值方法，采用8抽头和6抽头滤波器相结合的方式来降低计算复杂度：对于分像素a、b、c，使用横向的8抽头一维插值滤波器；对于分像素d、h、n，使用纵向的8抽头一维插值滤波器。对于余下的9个分像素，要进行两次插值，首先使用横向的8抽头一维插值滤波器，然后再对中间值使用纵向的6抽头一维插值滤波器。

本发明具有以下优点：

1.本发明使用新的插值方法，采用8抽头和6抽头滤波器相结合的方式。利用一般场景的运动变化主要是横向运动居多而纵向运动相对较少，且考虑到10抽头计算较复杂，而4抽头又性能较差，故采用“8+6”相结合的滤波方式，能减小计算复杂度而又不会明显影响性能。

2.本发明使用了新的插值滤波器，并对滤波器系数进行了优化，采用了性能最好的滤波器系数。

3.本发明与HEVC的亮度插值对比，其Y、U、V码率分别仅增加了0.7％、0.2％、0.3％，见图3；但是其计算复杂度，如图4所示，比HEVC要降低近10％(在访存数量、乘法和加法数目方面分别小9.07％、6.42％和9.36％)，具有低复杂度的优势且同时保持了与HEVC亮度插值有相当的性能。

附图说明

图1是本发明的8抽头插值滤波器的系数列表；

图2是本发明的6抽头插值滤波器的系数列表；

图3是本发明的方法与HEVC亮度插值方法的码率对比结果表。

图4是本发明的方法与HEVC亮度插值方法的计算复杂度对比结果表。

图5是本发明的分像素点与坐标位置对应关系表。

图6是本发明的插值方法示意图；

图7是本发明的实际插值过程示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。本实施例描述了本发明的具体实现过程。现在对于亮度的运动矢量仍然是1/4像素精度，因此需要插值出15个分像素。插值过程如图6所示，大写字母代表的位置为已知的整像素点，小写字母代表的位置为需要插值得到的分像素点。对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波得到分像素a₀₀、b₀₀、c₀₀；对纵向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波得到分像素d₀₀、h₀₀、n₀₀；对于剩下的分像素是先对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，然后再对中间值使用纵向6抽头插值滤波。6抽头和8抽头滤波器的系数分别见图1，图2所示。

该实施例中，本发明实现的步骤如图2所示：

第一步：根据图5所示，通过x和y的坐标来判断所要插值的分像素点。

第二步：由上-步的判断，分别进入相应的分像素插值处理过程：如，对于分像素a，只需要进行横向的8抽头插值滤波，使用1/4位置对应的滤波器系数；对于分像素e，先进行横向的8抽头插值滤波，使用1/4位置对应的滤波器系数，然后再进行纵向的6抽头插值滤波，使用1/4位置对应的滤波器系数。

具体各个点的插值过程如下：

(1)分像素a00、b00、c00的插值：对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，分别使用1/4，2/4，3/4位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素a₀₀、b₀₀、c₀₀，计算公式如下：

a_0，0＝(-A_-3，0+4×A_-2，0-10×A_-1，0+57×A_0，0+18×A_1，0-6×A_2，0+3×A_3，0-A_4，0)＞＞shift1

b_0，0＝(-A_-3，0+4×A_-2，0-11×A_-1，0+40×A_0，0+40×A_1，0-11×A_2，0+4×A_3，0-A_4，0)＞＞shift1

c_0，0＝(-A_-3，0+3×A_-2，0-6×A_-1，0+18×A_0，0+57×A_1，0-10×A_2，0+4×A_3，0-A_4，0)＞＞shift1

(2)分像素d₀₀、h₀₀、n₀₀的插值：对纵向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，分别使用1/4，2/4，3/4位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素d₀₀、h₀₀、n₀₀，计算公式如下：

d_0，0＝(-A_0，-3+4×A_0，-2-10×A_0，-1+57×A_0，0+18×A_0，1-6×A_0，2+3×A_0，3-A_0，4)＞＞shift1

h_0，0＝(-A_0，-3+4×A_0，-2-11×A_0，-1+40×A_0，0+40×A_0，1-11×A_0，2+4×A_0，3-A_0，4)＞＞shift1

n_0，0＝(-A_0，-3+3×A_0，-2-6×A_0，-1+18×A_0，0+57×A_0，1-10×A_0，2+4×A_0，3-A_0，4)＞＞shift1

(3)分像素e_0，0、i_0，0、p_0，0的插值：先对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，使用1/4位置对应的滤波器系数，从而得到中间值a’_0，i(其中i＝-3～4)，a’_0，i与a_0，i区别在于a’_0，i没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值a’_0，i使用纵向6抽头插值滤波，分别使用1/4，2/4，3/4位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素e_0，0、i_0，0、p_0，0，计算公式如下：

e_0，0＝(2×a′_0，-2-9×a′_0，-1+57×a′_0，0+17×a′_0，1-4×a′_0，2+a′_0，3)＞＞shift2

i_0，0＝(2×a′_0，-2-9×a′_0，-1+39×a′_0，0+39×a′_0，1-9×a′_0，2+2×a′_0，3)＞＞shift2

p_0，0＝(a′_0，-2-4×a′_0，-1+17×a′_0，0+57×a′_0，1-9×a′_0，2+2×a′_0，3)＞＞shift2

(4)分像素f_0，0、j_0，0、q_0，0的插值：先对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，使用2/4位置对应的滤波器系数，从而得到中间值b’_0，i(其中i＝-3～4)；然后再对中间值b’_0，i使用纵向6抽头插值滤波，分别使用1/4，2/4，3/4位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素f_0，0、j_0，0、q_0，0，计算公式如下：

f_0，0＝(2×b′_0，-2-9×b′_0，-1+57×b′_0，0+17×b′_0，1-4×b′_0，2+b′_0，3)＞＞shift2

j_0，0＝(2×b′_0，-2-9×b′_0，-1+39×b′_0，0+39×b′_0，1-9×b′_0，2+2×b′_0，3)＞＞shift2

q_0，0＝(b′_0，-2-4×b′_0，-1+17×b′_0，0+57×b′_0，1-9×b′_0，2+2×b′_0，3)＞＞shift2

(5)分像素g_0，0、k_0,0、r_0，0的插值：先对横向最近邻的整像素点使用8抽头插值滤波，使用3/4位置对应的滤波器系数，从而得到中间值c’_0，i(其中i＝-3～4)；然后再对中间值c’_0，i使用纵向6抽头插值滤波，分别使用1/4，2/4，3/4位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素g_0，0、k_0，0、r_0，0，计算公式如下：

g_0，0＝(2×c′_0，-2-9×c′_0，-1+57×c′_0，0+17×c′_0，1-4×c′_0，2+c′_0，3)＞＞shift2

k_0，0＝(2×c′_0，-2-9×c′_0，-1+39×c′_0，0+39×c′_0，1-9×c′_0，2+2×c′_0，3)＞＞shift2

r_0，0＝(c′_0，-2-4×c′_0，-1+17×c′_0，0+57×c′_0，1-9×c′_0，2+2×c′_0，3)＞＞shift2

上述公式中，shift1＝6，shift2＝12。这样，所有的15个分像素点都被插值出来。至此，该实施例的所有步骤完成。

该发明通过以上的插值方法，在保证了较高性能的插值的同时也有效的减小了插值计算的复杂度。

Claims

1.提出了新的插值方法，采用8抽头和6抽头滤波器相结合的方式来降低计算复杂度：对于分像素a、b、c，使用横向的8抽头一维插值滤波器；对于分像素d、h、n，使用纵向的8抽头一维插值滤波器。对于余下的9个分像素，要进行两次插值，首先使用横向的8抽头一维插值滤波器，然后再使用纵向的6抽头一维插值滤波器。本发明适用于数字视频的编码和解码。

2.上述提到的8抽头和6抽头插值滤波器，其滤波器系数如下：

8抽头：1/4像素对应的系数为{-1，4，-10，57，18，-6，3，-1}，1/2像素对应的系数为{-1，4，-11，40，40，-11，4，-1}，3/4像素对应的系数为{-1，3，-6，18，57，-10，4，-1}；6抽头：1/4像素对应的系数为{2，-9，57，17，-4，1}，1/2像素对应的系数为{2，-9，39，39，-9，2}，3/4像素对应的系数为{1，-4，17，57，-9，2}。