基于自适应选择滤波系数的插值算法

作者:王刚;陈贺新;陈绵书; 刊名:吉林大学学报(信息科学版) 上传者:程翠玉

【摘要】针对不同分辨率的视频序列采用相同阶数滤波器进行分像素插值不能进一步提高编码性能的问题,提出了基于自适应滤波器的分像素插值算法.该算法根据设定的3个不同分辨率视频序列区域,自适应选择不同阶数的插值滤波器;在3个不同分辨率视频序列区域内,根据像素间相关性将高阶插值滤波器替换为低阶插值滤波器,实现滤波器的自适应选择.实验结果表明,相对于HEVC(High Efficiency Video Coding)标准算法,该算法使峰值信噪比值平均提高了0.14 dB,比特率平均降低了0.37%,对不同分辨率视频序列都具有较好的编码性能及鲁棒性.

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0引言在分像素运动补偿技术中,插值滤波器起着关键作用,利用像素间的相关性进行分像素值的内插可提高运动矢量估计的准确性,从而使运动补偿过程产生较小的残差数据,提高了视频编码压缩比[1]。国际视频编码标准H.264/AVC(AdvancedVideoCoding)[2,3]采用6阶维纳滤波器实现参考图像的1/2像素插值,引入了1/4像素精度运动估计技术提高了运动补偿的精度。但H.264/AVC插值滤波器系数是对若干视频序列求解维纳插值滤波器系数平均修正所得,不是最佳参数[4,5],所以不能使运动估计获得更小的残差信号。针对这个问题,H.265/HEVC[6-8]采用3个基于可分离DCT的8阶插值滤波器对分像素位置进行插值,相比于H.264/AVC降低了码率,提高编码性能,但其插值空间复杂度和计算复杂度较高。同时,滤波器系数和视频图像具有的纹理、频谱等特性密切相关,而不同分辨率视频序列特性各不相同。如,分辨率高的视频序列中有较多的平滑区域,而分辨率低的视频序列中内容相对丰富,平滑区域相对较少[9]。因此,对不同分辨率的视频序列采用相同阶数滤波器进行插值不利于提高编码性能。为解决上述问题并进一步提高重建图像质量,笔者提出了基于自适应选择滤波系数的插值算法,该算法根据设定的3个不同视频序列分辨率区域,自适应选择不同阶数的插值滤波器;在3个不同分辨率视频序列区域内,根据像素间相关性将高阶插值滤波器替换为低阶插值滤波器,实现滤波器的自适应选择。1H.265/HEVC标准分像素插值算法图1给出了参考图像亮度分量整像素样本、1/2像素样本和1/4像素样本的位置。假设亮度样点Ai,j图1整像素和分像素的位置Fig.1Thelocationoftheintegerpixelandfractionalpixel位于整样点位置(xAi,j,yAi,j)上,则非整数样点位置上的亮度样点a0,0到r0,0的预测值使用系数为(-1,4,-10,58,17,-5,1,0),(-1,4,-11,40,40,-11,4,-1),(0,1,-5,17,58,-10,4,-1)的滤波器计算得到。1)整像素的水平、垂直插值滤波。1/2像素点b0,0,h0,0和1/4像素点a0,0,c0,0;d0,0,n0,0的值可通过对水平、垂直方向上最接近的整像素使用8阶滤波器插值得到,插值过程如图2、图3所示。计算过程如下a0,0=(-A-3,0+4A-2,0-10A-1,0+58A0,0+17A1,0-5A2,0+A3,0)/64(1)b0,0=(-A-3,0+4A-2,0-11A-1,0+40A0,0+40A1,0-11A2,0+4A3,0-A4,0)/64(2)c0,0=(A-2,0-5A-1,0+17A0,0+58A1,0-10A2,0+4A3,0-A4,0)/64(3)d0,0=(-A0,-3+4A0,-2-10A0,-1+58A0,0+17A0,1-5A0,2+A0,3)/64(4)h0,0=(-A0,-3+4A0,-2-11A0,-1+40A0,0+40A0,1-11A0,2+4A0,3-A0,4)/64(5)n0,0=(A0,-2-5A0,-1+17A0,0+58A0,1-10A0,2+4A0,3-A0,4)/64(6)图2HEVC插值结构分像素点图3HEVC插值结构分像素点a0,0,b0,0,c0,0插值示意d0,0,h0,0,n0,0插值示意图Fig.2Pixelpointsb0,0,a0,0,c0,0interpolationFig.3Pixelpointsd0,0,h0,0,n

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