一種基于運動補償?shù)膆.264快速插值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于運動補償?shù)腍.264快速插值方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，視頻會議、可視電話、數(shù)字電視等對高清視頻的需求日益增加，視頻壓縮成為數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。目前，ISO/IEC圖像運動專家組與ITU-T視頻編碼專家組制定了最新一代的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.264。與先前的JPEG、MPEG-2/4、H.261和H.263等視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，H.264提出了很多新的思想和算法，大幅度提高了視頻壓縮的效率和圖像質(zhì)量。
[0003]H.264編碼器具有優(yōu)良的性能，但是它是以高運算復(fù)雜度為代價的，而幀間預(yù)測就是其中復(fù)雜度最高的部分，也是耗時最多的部分。它的目的在于消除視頻圖像中的時間冗余，直接影響了編碼性能和圖像的質(zhì)量。因此提高幀間預(yù)測的編碼效率成為需要解決的問題。
[0004]運動補償是H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中重要的組成部分，而分?jǐn)?shù)像素的運動補償是其中最復(fù)雜的部分。因此提高分?jǐn)?shù)像素的運算時間，減小運算的復(fù)雜度尤為重要。H.264/AVC新一代視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，是由ITU-TVCEG和ISO/IEC MPEG的專家共同組成的聯(lián)合視頻小組JVT(Joint Video Team)發(fā)展和制定的新一代視頻編國際標(biāo)準(zhǔn)。與以往的編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，H.264/AVC采用了許多新特性，包括可變塊大小的運動補償，四分之一像素的運動補償，多參考幀的運動補償?shù)鹊取＿@些新特點使的H.264/AVC在不同的比特率和視頻分辨率上的壓縮效率比之前的標(biāo)準(zhǔn)提高了 50%。
[0005]在H.264的編碼過程中，運動補償占據(jù)了整個編碼時間的絕大部分，而運動補償?shù)臅r間大部分都消耗在子像素的插值過程中。H.264/AVC支持二分之一像素和四分之一像素的插值運算，增加了插值運算時間和整數(shù)位置參考像素的讀取量。而參考像素讀取量的增加使得外部存儲的訪問量增多，這就增加了整個編碼過程的實時性和功耗等性能。分?jǐn)?shù)像素運動補償計算復(fù)雜大，阻礙了 H.264的編碼效率的提高。在其他專利中有提出了采用6階FIR濾波器來設(shè)計半像素插值，其權(quán)重值選取為(1/32，-5/32，5/8，5/8，-5/32，1/32)。也有對6階FIR濾波器進(jìn)行了三級流水線設(shè)計，從而進(jìn)一步減小了關(guān)鍵路徑，提高系統(tǒng)的運行速度。而對插值算法硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，在一定程度上是優(yōu)化了它的性能，提高了運算的準(zhǔn)確性；可是，大量的硬件消耗，造成了運算速度的降低，運算時間周期的延長，這些問題都有待于解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于運動補償?shù)腍.264快速插值方法，該方法可以在提高運算時間的同時，減少計算復(fù)雜度，減小硬件的資源消耗。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于運動補償?shù)腍.264快速插值方法，該方法將傳統(tǒng)的運動補償插值算法中的計算半像素所用的6階濾波改進(jìn)為4階濾波，并使用了并行流水線的輸入的方式，一次性可以處理輸入的12個像素，能提高整個算法的效率；
[0009]具體包括以下步驟:
[0010]步驟一:用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對水平方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值，然后經(jīng)過加法、移位運算，得到預(yù)測值；
[0011]步驟二:對于垂直方向的二分之一像素，用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對垂直方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值，然后經(jīng)過加法、移位運算，得到預(yù)測值；
[0012]步驟三:對于對角線方向的二分之一像素，用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對水平或垂直方向上對相鄰的4個二分之一像素點中間值進(jìn)行插值，先得到中間值，然后再對中間值進(jìn)行加法、移位處理得到預(yù)測值。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:相比于傳統(tǒng)方法，本方法可以在提高運算時間的同時，減少計算復(fù)雜度，減小硬件的資源消耗。
【附圖說明】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0015]圖1為H.264中亮度分?jǐn)?shù)像素的插值圖；
[0016]圖2為H.264中亮度半像素的插值；
[0017]圖3為H.264中亮度1/4像素的插值。
【具體實施方式】
[0018]通過對比，原始算法的工作流程如下:首先，執(zhí)行在整數(shù)像素上的運動補償尋找最佳匹配的整數(shù)位置；其次，半像素的運動補償根據(jù)它周圍的最佳整數(shù)像素尋找最佳匹配的半像素；第三，1/4像素的運動補償根據(jù)周圍最佳的半像素尋找最佳匹配的1/4像素。
[0019]本發(fā)明所述的方法將傳統(tǒng)的運動補償插值算法中的計算半像素所用的6階濾波改進(jìn)為4階濾波，并使用了并行流水線的輸入的方式，一次性可以處理輸入的12個像素，能提高整個算法的效率。
[0020]本方法具體包括以下步驟:步驟一:用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對水平方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值，然后經(jīng)過加法、移位運算，得到預(yù)測值；步驟二:對于垂直方向的二分之一像素，用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對垂直方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值，然后經(jīng)過加法、移位運算，得到預(yù)測值；步驟三:對于對角線方向的二分之一像素，用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對水平或垂直方向上對相鄰的4個二分之一像素點中間值進(jìn)行插值，先得到中間值，然后再對中間值進(jìn)行加法、移位處理得到預(yù)測值。
[0021]本發(fā)明提供了運動補償?shù)牟逯祮卧O(shè)計方法，具體如下:
[0022](I)H.264/AVC 包含 7 個可變塊(16X16，16X8，8 X 16，8X8，8X4，4X8，4X4)和四分之一像素精度的運動矢量。
[0023](2)H.264/AVC在執(zhí)行的過程中首先執(zhí)行在整數(shù)像素上的運動補償尋找最佳匹配的整數(shù)位置。第二，半像素的運動補償根據(jù)它周圍的最佳整數(shù)像素尋找最佳匹配的半像素。第三，四分之一像素的運動補償根據(jù)周圍最佳的半像素尋找最佳匹配的四分之一像素。
[0024](3)半像素和四分之一像素并不是一開始就存在于原始幀中的，必須由插值濾波計算得到。在H.264/AVC的標(biāo)準(zhǔn)中，半像素是通過一個6抽頭的維納濾波器分別在水平和垂直方向計算得到。
[0025](4)水平和垂直方向的半像素根據(jù)它鄰近的6個整數(shù)像素由6抽頭FIR濾波器計算出來它的中間值，再將取值范圍限定在[0，255]之間。
[0026]bi= E-5F+20G+20H-5I+J.
[0027]hi= A-5C+20G+20M-5R+T.
[0028]b = Clip((b1+16) >>5)
[0029]h = Clip ((hi+16) >>5).
[0030](5)對角線方向的半像素根據(jù)它臨近的半像素進(jìn)行水平或垂直方向6階濾波插值計算得到。
[0031]J1= cc-5dd+20h 1+20m1-5ee+ff.
[0032]J1= aa_5bb+20b 1+20s1~5gg+hh
[0033]j = Clip((j1+512) >> 10)
[0034](6)為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，對于二分之一水平方向上的像素的插值算法的改進(jìn)，用系數(shù)為(_1，5，5，-1)的4階濾波器對水平方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值:
[0035]bi= (-1) XF+5XG+5XH+ (-1) XR
[0036]然后經(jīng)過加法、移位運算，得到預(yù)測值:
[0037]b = Clip ((b!+4) >>3)
[0038](7)垂直方向的二分之一像素，用系數(shù)為(-1，5，5，-1)的4階濾波器對垂直方向上相鄰的4個整數(shù)像素點進(jìn)行插值，先得到中間值:
[0039]hi= (-1) XC+5XG+5XM+ (-1) XR
[0040]然后對中間值進(jìn)行加法、移位得到預(yù)測值:
[0041 ] h = Cl ip ((hi+4) >>3)
[004