1/4像素运动估计

1/4像素运动估计

运动估计的理论基础就是活动图像邻近帧中的景物存在着一定的相关性。因此在压缩编码中不需要传递每一帧的所有信息，而只需要传递帧与帧之间差值就可以了（可以想象，如果画面背景是静止的，那么只需要传递很少的数据）。
在视频编码的运动估计步骤中，会查找与当前宏块或者子宏块“长得像”的宏块作为“匹配块”，然后编码传输匹配块的位置（运动矢量，参考帧）和当前宏块与匹配块之间的微小差别（残差数据）。例如下图中，当前宏块中一个“车轮”在参考帧中找到了形状同样为一个“轮子”的匹配块。

 


最早视频编码标准中都是以整像素的方式进行运动估计的。这样处理的好处是计算简单，坏处是不够精确。随着硬件技术的进步，比较新的视频编码标准（例如MPEG2）中使用1/2像素精度的方式进行运动估计。这样做计算相对复杂，但是计算也相对准确。1/2像素精度运动估计如下图所示。

 


H.264中对运动估计的精度要求又有了提升，变成了1/4像素精度。HEVC在运动估计方面同样使用了1/4精度。在H.264
/ HEVC编码和解码的过程中，需要将画面中的像素进行插值——简单地说就是把原先的1个像素点拓展成4x4一共16个点。下图显示了HEVC编码和解码过程中像素插值情况。可以看出原先的A3点的右下方通过插值的方式产生了q1--q15一共15个点。

 


一些实验证明，1/4像素精度基本上达到了运动估计性能提升的极限。更高精度的运动估计并不能更明显的提升性能，却会导致计算复杂度的显著提升。因此现存主流的编解码标准在运动估计方面都采用了1/4精度。曾经有人压缩对比过1/2、1/4、1/8精度的运动估计下编码的视频质量，如下图所示。

 


从图中可以看出：1/4精度相比于1/2精度来说有显著的提升，但是1/8精度实际上和1/4精度是差不多的。

四分之一像素内插方式

HEVC的1/4像素内插的方法和H.264是不一样的。H.264首先通过6抽头的滤波器获得半像素点，然后通过线性内插的方式获得1/4像素点。HEVC则在半像素点使用了8抽头的滤波器，在1/4像素点使用了7抽头的滤波器。以上面四分之一像素插值示意图为例，分别记录一下H.264和HEVC各个差值点的计算方法。
【H.264像素插值方式】
H.264的水平半像素点q2插值公式为：

q2= round( (A1 – 5*A2 + 20*A3 + 20*A4 – 5*A5 + A6 ) / 32)
PS：垂直半像素点q8，对角线半像素点q10的计算方法是类似的。
H.264的1/4像素点q1插值公式为：

q1=round((A3+q2)/2)
PS：其它1/4像素点的计算方法也是类似的，都是通过整像素点和半像素点线性内插获得。
【HEVC像素插值方式】
HEVC的半像素点q2插值公式为：

q2= round( (–A0 + 4*A1 – 10*A2 + 58*A3 + 17*A4 – 5*A5 + A6 ) / 32)
HEVC的1/4像素点q1插值公式为：

q1= round( (–A0 + 4*A1 – 11*A2 + 40*A3+ 40*A4 – 11*A5 + 4*A6 – A7 ) / 32)
HEVC的3/4像素点q3插值公式为：

q3= round( (A1 – 5*A2 + 17*A3 + 58*A4 – 10*A5 + 4*A6 – A7 ) / 32)

PS：其它1/4像素点的计算方法也是类似的。

转载于http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/46414483