CN103974078A

CN103974078A - 一种针对色度的插值方法及滤波器

Info

Publication number: CN103974078A
Application number: CN201410127457.9A
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: Hisense Visual Technology Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103974078B

Abstract

本申请公开了一种针对色度的插值方法，包括：确定插值的像素精度；在整像素点之间确定插入分像素的点的坐标；根据所述坐标，使用低抽头插值滤波器对插入的分像素进行二维分离插值。本申请还公开一种滤波器。在本申请的具体实施方式中，由于在像素点之间确定插入分像素的点的坐标，根据坐标，使用低抽头插值滤波器，如4抽头插值滤波器，对插入的分像素进行二维分离插值，对于双线性插值来说，提高了插值性能。

Description

一种针对色度的插值方法及滤波器

技术领域

本申请涉及视频编解码技术领域，尤其涉及一种针对色度的分像素插值方法及滤波器。

背景技术

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开始提高了插值精度，使用1/4像素精度的亮度插值。目前典型的视频编解码标准如H.264/AVC、HEVC都采用1/4像素精度的亮度插值，对应的色度插值精度为1/8像素。由于视频中色度分量比亮度分量要平坦一些，同时考虑到色度的插值精度是1/8像素，需要插值的分像素种类多达63种，计算复杂。现有的色度插值采用简单的双线性插值，计算起来虽然较为简单，但影响了插值性能。

发明内容

本申请提供一种针对色度的分像素插值方法及滤波器。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种针对色度的插值方法，包括：

确定插值的像素精度；

在整像素点之间确定插入分像素的点的坐标；

根据所述坐标，使用低抽头插值滤波器对插入的分像素进行二维分离插值。

上述方法中，所述像素精度为1/8像素精度；所述低抽头插值滤波器包括4抽头插值滤波器。

上述方法中，所述根据所述坐标，对插入的分像素进行二维分离插值，具体包括：

对于横向相邻的整像素点之间的分像素，进行横向的一维插值滤波；

对于纵向相邻的整像素点之间的分像素，进行纵向的一维插值滤波；

对于剩余的分像素先进行横向的一维插值滤波，再进行纵向的一维插值滤波。

上述方法中，所述4抽头插值滤波器，1/8像素对应的系数为{-4,62,6,0}，2/8像素对应的系数为{-6,56,15,-1}，3/8像素对应的系数为{-5,47,25,-3}；4/8像素对应的系数为{-4,36,36,-4}，5/8像素对应的系数为{-3,25,47,-5}，6/8像素对应的系数为{-1,15,56,-6}，7/8像素对应的系数为{0,6,62,-4}。

上述方法中，插入的分像素及坐标如下表所示：

其中，分像素oa、ob、oc、od、oe、of、og的插值，通过对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数进行计算，计算结果位移shift1，得到对应的分像素。

上述方法中，其中，分像素pa、qa、ra、sa、ta、ua、va的插值，通过对纵向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数进行计算，计算结果位移shift1，得到对应的分像素。

上述方法中，shift1等于6。

上述方法中，对剩余的分像素，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，计算得到中间值；然后再对中间值使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算结果位移shift2，得到对应的分像素。

上述方法中，shift2等于12。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种滤波器，采用上述方法，对色度进行插值处理。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

在本申请的具体实施方式中，由于在像素点之间确定插入分像素的点的坐标，根据坐标，使用低抽头插值滤波器，如4抽头插值滤波器，对插入的分像素进行二维分离插值，对于双线性插值来说，提高了插值性能。

附图说明

图1为本申请的针对色度的插值方法在一种实施方式中的流程图；

图2为本申请插入分像素的点的示意图；

图3为本申请的针对色度的插值方法在另一种实施方式中的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本申请的针对色度的插值方法，其一种实施方式，包括以下步骤：

步骤102：确定插值的像素精度。在一种实施方式中，像素精度为1/8像素精度。

步骤104：在整像素点之间确定插入分像素的点的坐标。

步骤106：根据坐标，使用低抽头插值滤波器对插入的分像素进行二维分离插值。在一种实施方式中，低抽头插值滤波器包括四抽头插值滤波器。

在一种实施方式中，根据坐标，对插入的分像素进行二维分离插值，具体包括：

本申请的针对色度的插值方法，4抽头插值滤波器，其1/8像素对应的系数为{-4,62,6,0}，2/8像素对应的系数为{-6,56,15,-1}，3/8像素对应的系数为{-5,47,25,-3}；4/8像素对应的系数为{-4,36,36,-4}，5/8像素对应的系数为{-3,25,47,-5}，6/8像素对应的系数为{-1,15,56,-6}，7/8像素对应的系数为{0,6,62,-4}。所采用的4抽头滤波器的系数，性能优良，插值效果好。

在视频编解码标准中，色度的运动矢量是根据亮度搜索的运动矢量推导出来的，现在标准中一般都采用1/4像素精度的亮度运动矢量，因此对于色度的运动矢量是1/8像素精度，然后根据色度的运动矢量插值出色度的分像素。

在一种实施方式中，本申请的针对色度的插值方法，其插入的分像素如图2所示，其中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。对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波可以得到分像素oa、ob、oc、od、oe、of、og；对纵向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波可以得到分像素pa、qa、ra、sa、ta、ua、va；对于剩下的分像素是先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，然后再对中间值使用纵向4抽头插值滤波。4抽头滤波器的系数分别见表1所示，插入分像素的点的坐标，如表2所示。

分像素位置	滤波器系数
		1/8	{-4,62,6,0}
2/8	{-6,56,15,-1}
		3/8	{-5,47,25,-3}
4/8	{-4,36,36,-4}
		5/8	{-3,25,47,-5}
6/8	{-1,15,56,-6}
		7/8	{0,6,62,-4}

表1 4抽头滤波器的系数

表2 插入分像素的点的坐标

本申请针对色度的插值方法，其另一种实施方式，如图3所示，包括以下步骤：

步骤302：开始。

步骤304：根据表2，通过x和y的坐标来判断所要插值的分像素。其中，0≤x≤7/8，0≤x≤7/8。

步骤306：对于整像素点，直接复制原整像素点。由上一步的判断，分别进入相应的分像素插值处理过程。对于整像素点，无需插值，直接复制原整像素点。

步骤308：对于纵坐标等于0的点，如分像素oa、ob、oc、od、oe、of和og的插值，通过对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素oa、ob、oc、od、oe、of和og的具体计算公式如下：

oa＝(-4×A_-1,0+62×A_0,0+6×A_1,0)＞＞shift1

ob＝(-6×A_-1,0+56×A_0,0+15×A_1,0-A_2,0)＞＞shift1

oc＝(-5×A_-1,0+47×A_0,0+25×A_1,0-3×A_2,0)＞＞shift1

od＝(-4×A_-1,0+36×A_0,0+36×A_1,0-4×A_2,0)＞＞shift1

oe＝(-3×A_-1,0+25×A_0,0+47×A_1,0-5×A_2,0)＞＞shift1

of＝(-A_-1,0+15×A_0,0+56×A_1,0-6×A_2,0)＞＞shift1

og＝(6×A_0,0+62×A_1,0-4×A_2,0)＞＞shift1

步骤310：对于横坐标等于0的点，如分像素pa、qa、ra、sa、ta、ua和va的插值，通过对纵向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pa的具体计算公式如下：

pa＝(-4×A_0,-1+62×A_0,0+6×A_0,1)＞＞shift1

qa=(-6×A_0,-1+56×A_0,0+15×A_0,1-A_0,2)＞＞shift1

ra=(-5×A_0,-1+47×A_0,0+25×A_0,1-3×A_0,2)＞＞shift1

sa=(-4×A_0,-1+36×A_0,0+36×A_0,1-4×A_0,2)＞＞shift1

ta=(-3×A_0,-1+25×A_0,0+47×A_0,1-5×A_0,2)＞＞shift1

ua=(-A_0,-1+15×A_0,0+56×A_0,1-6×A_0,2)＞＞shift1

va=(6×A_0,0+62×A_0,1-4×A_0,2)＞＞shift1

步骤312：对于剩余的点，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，再使用纵向4抽头插值滤波。

对于分像素pb、qb、rb、sb、tb、ub和vb的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值oa’_0,i（其中i=-1～2），oa’与oa区别在于oa’没有最后的shift1移位操作，然后再对中间值oa’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pb、qb的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pb＝(-4×oa'_0,-1+62×oa'_0,0+6×oa'_0,1)＞＞shift2

qb＝(-6×oa'_0,-1+56×oa'_0,0+15×oa'_0,1-oa'_0,2)＞＞shift2

对于分像素pc、qc、rc、sc、tc、uc和vc的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值ob’_0,i（其中i=-1～2），ob’与ob区别在于ob’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值ob’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pc、qc的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pc＝(-4×ob'_0,-1+62×ob'_0,0+6×ob'_0,1)＞＞shift2

qc＝(-6×ob'_0,-1+56×ob'_0,0+15×ob'_0,1-ob'_0,2)＞＞shift2

对于分像素pd、qd、rd、sd、td、ud和vd的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值oc’_0,i（其中i=-1～2），oc’与oc区别在于oc’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值oc’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pd、qd的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pd＝(-4×oc'_0,-1+62×oc'_0,0+6×oc'_0,1)＞＞shift2

qd＝(-6×oc'_0,-1+56×oc'_0,0+15×oc'_0,1-oc'_0,2)＞＞shift2

对于分像素pe、qe、re、se、te、ue和ve的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值od’_0,i（其中i=-1～2），od’与od区别在于od’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值od’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pe、qe的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pe＝(-4×od'_0,-1+62×od'_0,0+6×od'_0,1)＞＞shift2

qe＝(-6×od'_0,-1+56×od'_0,0+15×od'_0,1-od'_0,2)＞＞shift2

对于分像素pf、qf、rf、sf、tf、uf和vf的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值oe’_0,i（其中i=-1～2），oe’与oe区别在于oe’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值oe’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pf、qf的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pf＝(-4×oe'_0,-1+62×oe'_0,0+6×oe'_0,1)＞＞shift2

qf＝(-6×oe'_0,-1+56×oe'_0,0+15×oe'_0,1-oe'_0,2)＞＞shift2

对于分像素pg、qg、rg、sg、tg、ug和vg的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值of’_0,i（其中i=-1～2），of’与of区别在于of’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值of’_0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素pg、qg的具体计算公式如下，其他分像素类似。

pg＝(-4×of'_0,-1+62×of'_0,0+6×of'_0,1)＞＞shift2

qg＝(-6×of'_0,-1+56×of'_0,0+15×of'_0,1-of'_0,2)＞＞shift2

对于分像素ph、qh、rh、sh、th、uh和vh的插值，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，从而得到中间值og’0,i（其中i=-1～2），og’与og区别在于og’没有最后的shift1移位操作；然后再对中间值og’0,i使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算得到对应的分像素。分像素ph、qh的具体计算公式如下，其他分像素类似。

ph＝(-4×og'_0,-1+62×og'_0,0+6×og'_0,1)＞＞shift2

qh＝(-6×og'_0,-1+56×og'_0,0+15×og'_0,1-og'_0,2)＞＞shift2

上述公式中，shift1=6，shift2=12。这样，所有的插入分像素的点都被插值出来。

步骤314：结束。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种针对色度的插值方法，其特征在于，包括：

确定插值的像素精度；

在整像素点之间确定插入分像素的点的坐标；

2.如权利要求1所述的针对色度的插值方法，其特征在于，所述像素精度为1/8像素精度；所述低抽头插值滤波器包括四抽头插值滤波器。

3.如权利要求2所述的针对色度的插值方法，其特征在于，所述根据所述坐标，对插入的分像素进行二维分离插值，具体包括：

4.如权利要求3所述的针对色度的插值方法，其特征在于，所述4抽头插值滤波器，1/8像素对应的系数为{-4,62,6,0}，2/8像素对应的系数为{-6,56,15,-1}，3/8像素对应的系数为{-5,47,25,-3}；4/8像素对应的系数为{-4,36,36,-4}，5/8像素对应的系数为{-3,25,47,-5}，6/8像素对应的系数为{-1,15,56,-6}，7/8像素对应的系数为{0,6,62,-4}。

5.如权利要求4所述的针对色度的插值方法，其特征在于，插入的分像素及坐标如下表所示：

6.如权利要求5所述的针对色度的插值方法，其特征在于，其中，分像素pa、qa、ra、sa、ta、ua、va的插值，通过对纵向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数进行计算，计算结果位移shift1，得到对应的分像素。

7.如权利要求6所述的针对色度的插值方法，其特征在于，shift1等于6。

8.如权利要求5所述的针对色度的插值方法，其特征在于，对剩余的分像素，先对横向最近邻的整像素点使用4抽头插值滤波，使用其位置对应的滤波器系数，计算得到中间值；然后再对中间值使用纵向4抽头插值滤波，分别使用1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8位置对应的滤波器系数，计算结果位移shift2，得到对应的分像素。

9.如权利要求8所述的针对色度的插值方法，其特征在于，shift2等于12。

10.一种滤波器，采用如权利要求1至9中任一项所述的针对色度的插值方法，对色度进行插值处理。