一种亚像素插值方法及系统 【技术领域】
本发明涉及视频编码帧间预测领域， 尤其涉及一种亚像素插值方法及系统。背景技术 视频编码中为了提升压缩性能， 在运动搜索时采用亚像素精度。整像素点是指原 始图像或编码解码之后图像的原始像素点， 所谓亚像素点是指对若干个整像素点进行处理 所得的整像素点间的像素点， 即在两个整像素点中间的亚像素点可称之为二分之一亚像素 点， 在两个 1/2 亚像素点或一个整像素点和一个 1/2 亚像素点之间的亚像素点可称之为四 分之一亚像素点， 获取亚像素点的过程可称之为插值滤波。亚像素实际并不存在， 它由整 像素采用插值技术获取， 由于基于亚像素精度的搜索可以获得更佳的图像匹配块， 从而可 以进一步减少当前编码图像块的冗余信息， 提高编码效率， 因此， 这就使得运动搜索的性能 就与插值滤波器息息相关， 不同精度的亚像素采用何种插值滤波器也是一个需要考虑的问 题。
目前常用的有 4tap、 6tap 样条插值滤波器、 双线性插值滤波器等 ； 而在 1/4 亚像素 插值时， 有通过 1/2 亚像素进一步插值获取的， 也有直接由整像素插值获取的。前者不利于 并行计算， 而现行的后者技术， 一般都采用同一类型的插值滤波器， 使得其性能并不尽如人 意。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种亚像素插值方法方法， 旨在解决现有技术插值 方法不利于并行计算， 没有针对不同精度的亚像素采用不同类型的插值滤波器， 编码性能 不是很高的问题。
本发明实施例方法是这样实现的， 一种亚像素插值方法， 所述方法包括步骤 ：
构建基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素 6tap 插值滤波器和基于 三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器 ；
获取插值滤波器组 ；
获取经水平插值列扩展和垂直插值行扩展后的 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素像素值。
所述 “构建基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素 6tap 插值滤波器” 具体为 ：
构建四次卷积的基函数 ：
其中， u 为基函数 f(u) 的自变量 ；
结合所述四次卷积的基函数的表达式， 获取 1/8 亚像素的插值滤波器 ：
filter1/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 1/8 ；
结合所述四次卷积的基函数的表达式， 取 k 分别等于 k ＝ 1， 2， 3， 5， 6， 7， 可得 1/8， 2/8、 3/8、 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值滤波器 ：
filterk/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ k/8。
所述 “构建基于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器” 具体为 ：
构建三次卷积的基函数 ：
其中， u 为基函数 f′ (u) 的自变量 ；
结合所述三次卷积的基函数的表达式， 获取 4/8 亚像素的插值滤波器 ：
filter4/8 ＝ [f′ (2+x)， f′ (1+x)， f′ (x)， f′ (1-x)， f′ (2-x)， f′ (3-x)]， x ＝ 4/8。
所述 “获取插值滤波器组” 具体为 ：
filter1/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 1/8
filter2/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 2/8
filter3/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 3/8
filter4/8 ＝ [f′ (2+x)， f′ (1+x)， f′ (x)， f′ (1-x)， f′ (2-x)， f′ (3-x)]， x ＝ 4/8
filter5/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 5/8
filter6/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 6/8
filter7/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 7/8
所述 “获取经水平插值列扩展和垂直插值行扩展后的 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素像素值” 具体为 ：
经水平插值列扩展亚像素后的帧为 ：
经垂直插值行扩展亚像素的帧为 ： 其中 为经过列扩展以后的帧， filterk/8 为 k/8 像素插值滤波器， k ＝ 1， 2，3， 4， 5， 6， 7，为 filterk/8 的转置矩阵， F(x， y) 为原始帧， weight(k) 为亚像素插值归其中， sum 为求和计算， Fk/8(x， y) 为最后获取的插 一化因子， weight(k) ＝ sum(filterk/8)， 值滤波后的帧， 。
本发明实施例的另一目的在于提出一种一种亚像素插值系统， 所述系统包括 ：
插值滤波器构建装置 ： 用于构建基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像 素 6tap 插值滤波器和基于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器 ；
插值滤波器组获取装置 ： 用于获取基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚 像素 6tap 插值滤波器和基于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器， 形成滤波器组 ；
亚像素像素值获取装置， 用于获取经水平插值列扩展和垂直插值行扩展后 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素像素值。
本发明实施例提出一种亚像素插值方法和系统， 可一次实现 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值。设计滤波器组时， 不同精度的亚像素采用不同的滤波器原型， 使得不同滤波器间性能相互补充， 从而提升滤波器组的综合性能。 实验证明， 采用本发明的 滤波器组进行亚像素插值， 可以提升编码器的率失真性能， 这种优势在低码率下更为显著。 附图说明
图 1 是本发明实施例一种亚像素插值方法流程图 ； 图 2 是本发明实施例一种亚像素插值系统结构示意图。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。
本发明实施例提出一种亚像素插值方法和系统， 可一次实现 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值。设计滤波器组时， 不同精度的亚像素采用不同的滤波器原型， 使得不同滤波器间性能相互补充， 从而提升滤波器组的综合性能。采用本发明的滤波器组 进行亚像素插值， 可以提升编码器的率失真性能， 这种优势在低码率下更为显著。
如图 1 所示为本发明实施例一种亚像素插值方法流程图， 所述方法包括以下步 骤： S1、 构建基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素 6tap 插值滤波器和基 于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器。
S11、 基于四次卷积基函数， 结合 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素插值点与 整像素点分布特点构建滤波器。
四次卷积的基函数构建如下 ：
其中， u 为基函数 f(u) 的自变量 ；
结合所述四次卷积的基函数的表达式， 获取 1/8 亚像素的插值滤波器 ：
filter1/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 1/8 ；
同理结合所述四次卷积的基函数的表达式， 取 k 分别等于 k ＝ 1， 2， 3， 5， 6， 7， 可得 1/8， 2/8、 3/8、 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值滤波器 ：
filterk/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ k/8。
实际应用时为了减少计算量， 可直接将浮点运算转化为整数运算 ； 此外还可以 利用近似法截断数据构建低阶滤波器 ： 即浮点值用近似整数替换， 利用相同的基函数构 f(u)， 构建低阶 n tap 滤波器， n ≤ 6。
S12、 基于三次卷积的基函数， 结合 4/8 亚像素插值点与整像素点分布特点构建滤 波器。
三次卷积的基函数构建如下 ：
结合所述三次卷积的基函数的表达式， 可得 2/4 亚像素的插值滤波器 ：
filter4/8 ＝ [f′ (2+x)， f′ (1+x)， f′ (x)， f′ (1-x)， f′ (2-x)， f′ (3-x)]， x ＝ 4/8。
实际应用时为了减少计算量， 可直接将浮点运算转化为整数运算 ； 此外还可以 利用近似法截断数据构建低阶滤波器， 即浮点值用近似整数替换， 利用相同的基函数构 f′ (u)， 构建低阶 n tap 滤波器组， n ≤ 6。
在运动估计时受限于搜索算法原理， 使得不同精度的亚像素在运动估计具有不同 的影响， 故本发明实施例在 2/4 亚像素上采用更高阶的滤波器， 以提升插值效果。
S2、 获取插值滤波器组。
filter1/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 1/8
filter2/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 2/8
filter3/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 3/8
filter4/8 ＝ [f′ (2+x)， f′ (1+x)， f′ (x)， f′ (1-x)， f′ (2-x)， f′ (3-x)]， x ＝ 4/8
filter5/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 5/8
filter6/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 6/8
filter7/8 ＝ [f(-2-x)， f(-1-x)， f(-x)， f(1-x)， f(2-x)， f(3-x)]， x ＝ 7/8
S3、 获取经水平插值列扩展和垂直插值行扩展后的 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素像素值。
S31 ： 水平插值， 扩展列亚像素 ；
其中 filterk/8 为 k/8 像素插值滤波器， k ＝ 1 或 2 或 3 或 5 或 6 或 7，为filterk/8 的转置矩阵， F(x， y) 为原始帧，为经过列扩展以后的帧， weight(k) 为 ：亚像素插值归一化因子， weight(k) ＝ sum(filterk/8)， 其中， sum 为求和计算。
S32 ： 垂直插值， 扩展行亚像素 ；
其中 Fk/8(x， y) 为最后获取的插值滤波后的帧， 其中 filterk/8 为 k/8 亚像素插值 为经过列扩展以后的帧， 即 S31 处理后输出滤波器， k ＝ 1 或 2 或 3 或 5 或 6 或 7，的值， weight(k) 为 ： 亚像素插值归一化因子， weight(k) ＝ sum(filterk/8)， 其中， sum 为求 和计算， 。
由于各插值亚像素只与整像素有关， 而与其上一级亚像素无关， 故各精度亚像素 插值可并行计算。
本发明实施例提出一种亚像素插值方法， 该方法可一次实现 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值。设计滤波器组时， 不同精度的亚像素采用不同的滤波器原型， 使得不同滤波器间性能相互补充， 从而提升滤波器组的综合性能。采用本发明的滤波器组 进行亚像素插值， 可以提升编码器的率失真性能， 这种优势在低码率下更为显著。
如图 2 所示是本发明实施例一种亚像素插值系统结构示意图。所述系统包括 ：
插值滤波器构建装置 ： 用于构建基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像 素 6tap 插值滤波器和基于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器 ；
插值滤波器组获取装置 ： 用于获取基于四次卷积的 1/8， 2/8， 3/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚 像素 6tap 插值滤波器和基于三次卷积的 4/8 亚像素 6tap 插值滤波器， 形成滤波器组 ；
亚像素像素值获取装置， 用于获取经水平插值列扩展和垂直插值行扩展后 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素像素值。
本发明实施例提出一种亚像素插值系统， 该系统可一次实现 1/8， 2/8， 3/8， 4/8， 5/8， 6/8， 7/8 亚像素的插值。设计滤波器组时， 不同精度的亚像素采用不同的滤波器原型， 使得不同滤波器间性能相互补充， 从而提升滤波器组的综合性能。采用本发明的滤波器组 进行亚像素插值， 可以提升编码器的率失真性能， 这种优势在低码率下更为显著。 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。