[发明专利]运动补偿系统中的插值方法及插值器

说明书

技术领域

本发明涉及视频压缩技术。

背景技术

很多计算系统，多媒体设备，成像系统等等均使用视频压缩技术来减少视频数据传输的体积。通过压缩掉视频流中冗余或不需要的信息，传输视频数据所需要的带宽被大幅度的减少了。

一个普遍使用的视频压缩标准是MPEG4-AVC/H.264技术。这份应用范围越来越广泛的视频压缩标准采用了大量工具，以增加它的实现复杂度为代价进一步的提高了压缩率。本领域普通技术人员都知道，众多主流视频压缩技术都采用运动补偿技术，运动补偿系统能非常高效的去除视频帧间时间维度上的冗余信息。

MPEG4-AVC/H.264同样也使用了运动补偿技术。为了提高运动补偿的压缩性能，运动补偿的最小匹配块为4×4亮度像素子块，2×2色度像素子块；指示在参考帧匹配位置的运动矢量的精度是1/4亮度像素，1/8色度像素；在做参考帧匹配块同当前补偿块的差分残差时，1/2亮度像素位置值将通过一个六抽头插值滤波器计算得到。

如图1所示一个待插值进行运动补偿的宏块亮度像素排列，因为宏块模式划分最小为4×4的亮度像素子块，所以图1左上角4×4的黑色块表示运动补偿插值计算的最小单位，它也是大多数视频压缩技术插值计算实现的最小单位。因为4×4的亮度像素子块拥有唯一一个指示在参考帧匹配位置的运动矢量数据，如果这个运动矢量数据是1/2或1/4亮度像素精度时，需要对运动矢量整数像素部分所指示的参考帧匹配4×4像素块做1/2或1/4精度插值计算。

如图2所示，一个4×4像素子块仅需要水平1/2亮度像素插值所需要的像素。标识有大写字母A～P的16个像素是在参考帧上匹配于当前划分块的整数位置像素，而标识有阿拉伯数字1～20的20个像素是为了插值计算所需要的辅助像素。本领域普通技术人员容易明白，对A，B，C，D偏右四个1/2插值计算仅需要1，2，3，4，5等5个辅助像素。其余E～P偏右1/2像素插值均分别只需要同行位置的像素作为输入。另外，做垂直方向1/2插值计算，和1/4插值计算类似于图2所示意。

图3示意了现有技术执行一次1/2像素插值计算(软硬件实现均可)，需要输入6个像素值，随后六个输入像素值同预存的六个插值系数1，-5，20，20，-5，1依次相乘，这个6个乘法计算结果求和在加上修正值16，对这个最后的和右移5位得到本次插值运算的最终插值结果。当对A像素偏右1/2插值计算时，1，2，A，B，C，D六个像素依次作为像素1-6的输入，随后它们和预存的六个插值系数相乘。完成计算后，当对以下次插值(B像素偏右1/2插值)计算时，要重新把2，A，B，C，D，3等六个像素依次作为像素1-6的输入，它们又同预存的六个插值系数相乘。对于C～P像素偏右1/2插值是类似的操作。

在编解码器的任何一种实现中，运动补偿系统里像素位置的插值计算都是占据着整个编解码系统相当大一部分计算量。对于解码器或者按需进行插值完成运动搜索任务的编码器来说，像素插值计算往往是整个系统的速度瓶颈。特别是对于图3所示意的当前主流视频压缩技术以六阶插值滤波器进行一次1/2水平像素插值计算的执行，需要输入6个数据，执行6次普通乘法，6次加法，1次移位。如果是水平和垂直均为1/2像素位置时，其插值计算需要42次普通乘法，35次加法，7次移位操作。

可以看到，当完成前一个像素插值后，后一个像素插值计算需要完全重新计算，虽然它们的输入数据仅有一个不同，而插值系数完全相同。现有技术的一个根本缺陷是，在这紧邻位置的两次插值计算中，没有重用前一次的插值计算中间结果，导致有大量计算冗余，所以插值计算复杂度很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在运动补偿系统中利用插值计算的中间结果，去除计算冗余的插值方法及插值器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，运动补偿系统中的插值方法，其特征在于，将插值运算中插值滤波器系数与待输入像素值的乘法操作分解为左移位运算与加法运算；在每次像素插值运算完成后，保存下一次像素插值运算中的可重用中间结果供下一次像素插值运算使用。

所述可重用中间结果为下一次像素插值运算中插值滤波器系数与像素值的乘法操作中所需的左移位运算结果。具体包括以下步骤：

a、输入首次像素插值运算所需的各像素点的像素值至插值滤波器做插值运算，得到首次插值结果；保存下一次像素插值运算中所需的像素值以及可重用中间结果，进入步骤b；