立方卷积插值法在h_26l中的应用

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1、第17卷第3期河海大学常州分校学报Vol.17No.32003年9月JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYCHANGZHOUSept.2003文章编号:1009-1130(2003)03-0019-05立方卷积插值法在H.26L中的应用孙宇,胡琳娜,曹宁(河海大学计算机及信息工程学院,江苏常州213022)摘要:根据对H.26L视频编码结构的研究,在运动估计补偿部分的重采样环节,采用立方卷积插值替代双线性插值,并给出自适应运动精度的概念.通过分析比较H.26L的立方卷积插值和H.263的双线性插值,指出立方卷积插值算法的优越性.最后实现了引入立方卷积

2、插值算法的H.26L软件编解码器,使H.26L编码标准更加实用和有效.关键词:H.26L;重采样;立方卷积插值;双线性插值;自适应运动精度中图分类号:TN919文献标识码:A目前,为了取得更好的图像压缩效果和更多的实用功能,ITU-T正在制定新的视频图像[1]压缩标准H.26L.最新的H.26L编码器极大地提高了图像压缩效率,在算法复杂度适量增[2]加的前提下,峰值信噪比(PSNR),可提高0.5～1dB,相应的比特率节省5%～13%.H.26L[3]标准在H.263算法的基础上运用了一些新的有效的编码方法,一个重要的区别就是在运动估计部分的重采样环节采用立方

3、卷积插值替代了双线性插值,且考虑了自适应运动精度问题.本文从理论角度阐述了立方卷积插值的优越性,最后实现了引入立方卷积插值算法的H.26L软件编解码器,使H.26L编码标准更加实用和有效.1H.263的双线性插值1.1双线性插值公式H.263的帧间预测编码采用DPCM+运动估计补偿的方法,运动补偿精度为半像素(通过双线性插值得到).双线性插值主要用于网络数据的内插,它使用与待估计像素距离最近的四个像素值,通过线性内插来获得新的像素值.双线性插值类似低通滤波器,高频信号不能被正确内插.假定原始图像是D(x,y),插值后图像为I(x,y).为了获得坐标(i+p,j

4、+q)处的像素值,可以用与它相距最近的四个整像素值近似计算I(i+p,j+q),其定义为:I(x,y)=(1-p)(1-q)D(i,j)+p(1-q)D(i+1,j)+q(1-p)D(i,j+1)+pqD(i+1,j+1)(1)式中要求0≤p≤1,0≤q≤1,且i和j均为整数,即D(x,y)取整像素位置.收稿日期:2002-12-06基金项目:江苏省教育厅高校科研指导性计划项目(K43.5)作者简介:孙宇(1978-),男,江苏常州人,硕士研究生,通信与信息系统专业.20河海大学常州分校学报2003年9月1.2H.263的双线性插值算法H.263运动补偿精度为

5、1/2像素,则0≤p,q≤0.5.为了减少算法的复杂度,一般取p和q为0或0.5,由双线性插值公式(1)可得:I(i,j)=D(i,j)D(i,j)+D(i,j+1)I(i,j+0.5)=2D(i,j)+D(i+1,j)I(i+0.5,j)=2D(i,j)+D(i,j+1)+D(i+1,j)+D(i+1,j+1)I(i+0.5,j+0.5)=42H.26L的立方卷积插值立方卷积插值是最常用的网格数据内插方法,它使用与待估计像素距离最近的16个像素值,根据立方卷积公式计算输出.立方卷积公式有很多种,有的产生低通滤波效果,有的产生高通滤波效果,较好的方法应该在高频

6、和低频信息的取舍间达到平衡。同时,立方卷积插值比双线性插值的频带宽,在图像高频区,用立方卷积插值的结果比用双线性插值的结果正确性高.H.26L中,运动矢量不是整数值,因此,在运动估计补偿部分的重采样环节,采用立方卷积插值计算参考帧中非整像素位置的亮度和色度值.2.1立方卷积插值公式[3]根据插值理论可知,通常等间隔采样的二维图像立方卷积插值可表述如下:s(x,y)=

c(xl,ym)
h(x-xl)
h(y-ym)(2)lm式中h为插值核;s(x,y)为未知插值点;c(xl,ym)为像素点(xl,ym)处的采样值.显然,插值核h的选取是立方卷积插值的

7、关键.插值核的性质可以通过其在频域的特性来评估:理想的插值核在带通区具有单位增益,在带阻区具有零增益,因而可以有效地通过和抑制不同频率的信号成分.立方卷积是使用与待估计像素距离最近的16个像素值来进行的三次插值.下面列出几种典型的立方卷积插值核:[5]a.单变量的立方卷积插值核.32(A+2)x-(A+3)x+10≤x<132h(x)=Ax-5Ax+8Ax-4A1≤x<2(3)02≤x式中A为变参.b.双变量的立方卷积插值核.1311(-9b-6c+12)x-(12b+6c-18)x+(-2b+6)0≤x<1666h(x)=131211(4)(-b-6c)x-

8、(6b+30c)x+(-12b-48c