运动补偿

原理


   
百科上说“运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像，它是减少帧序列冗余信息的有效方法”，通过前面的运动估计我们得到了MV（运动向量），大部分情况下MV是亚像素精度的，MV的作用就是定位参考块在参考帧中的位置，但是亚像素的MV定位出来的位置是没有像素点的（亚像素就是指该位置在两个像素之间），换句话说非整像素精度的MV定位出来的地方没有像素点（即没有像素块），那么我们需要使用现有的像素点去构造亚像素点，这样通过MV找到位置才有参考块。运动补偿实际干的就是这么回事它通过MV和现有的像素块去构造一个亚像素块，这个新被创建出来的像素块就是当前PU的参考块。这样，得到了MV和参考块之后就可以进行后续的工作了。

运动补偿入口函数

    motionCompensation()完成了运动补偿的工作；

 
  motionCompensation()调用了xPredInterUni()完成了单向预测的运动补偿；而调用xPredInterBi()完成了双向预测的运动补偿，它实际调用xPredInterBi和xWeightedPredictionBi来完成相应的工作。其中xPredInterUni()调用xPredInterBlk()完成一个分量块的运动补偿。而xPredInterBlk()调用了TComInterpolationFilter类的filterHor()和filterVer()完成了亚像素的插值工作。

    motionCompensation的流程：
    1、如果指明了PU，那么只对这个PU进行处理，如果没有指明PU，那么对CU下面的所有PU进行处理。
 
  2、对于一个PU，如果指定了参考列表，那么表示进行单向运动补偿（双向运动补偿可以通过两次单向操作来完成）；如果没有指定参考列表，那么默认进行双向运动补偿，但是在操作之前先确认PU两个方向上的参考帧是否相同，如果相同，表示只有一个参考帧那么它实际还是进行单向运动补偿，否则使用双向运动补偿。
 
  3、无论是单向运动补偿还是双向运动补偿，都需要在亚像素插值工作完成之后，检测是否需要进行加权预测，相关的加权操作是在xWeightedPredictionUni中完成的，这个函数根据权重参数对目标像素块进行权重转换，对每一个像素通过一个公式去重新计算它的值。单向预测的运动补偿中，xWeightedPredictionUni跟在xPredInterUni函数的后面，在双向预测的运动补偿中，xWeightedPredictionUni在xPredInterBi函数里面。

下面的它的流程图和代码：

帧间预测–运动补偿-风君雪科技博客

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Void TComPrediction::motionCompensation ( TComDataCU* pcCU, TComYuv* pcYuvPred, RefPicList eRefPicList, Int iPartIdx )  
{  
    Int         iWidth;  
    Int         iHeight;  
    UInt        uiPartAddr;  
      
    // 如果PU的索引是有效值，那么直接处理该PU，然后返回  
    if ( iPartIdx >= 0 )  
    {  
        pcCU->getPartIndexAndSize( iPartIdx, uiPartAddr, iWidth, iHeight );  
          
        // 有效的参考列表，即明确的标明了使用哪个参考列表，那么就在对应的方向上进行单向预测  
        if ( eRefPicList != REF_PIC_LIST_X )  
        {  
            // 先进行插值操作  
            if( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP())  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred, true ); // 最后一个参数指明是否为双向预测  
            }  
            else  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred );  
            }  
              
            // 加权预测  
            if ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP() )  
            {  
                xWeightedPredictionUni( pcCU, pcYuvPred, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred );  
            }  
        }  
        // 没有指明明确的参考列表，那么判断PU两个方向上的参考帧是否一样  
        else  
        {  
            // 如果PU的两个参考列表是相同的，即它们的运动是一致的  
            // 那么直接使用单向预测  
            if ( xCheckIdenticalMotion( pcCU, uiPartAddr ) )  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, REF_PIC_LIST_0, pcYuvPred );  
            }  
            // 否则使用双向预测  
            else  
            {  
                xPredInterBi  (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, pcYuvPred );  
            }  
        }  
        return;  
    }  
  
    // 否则处理CU下的所有PU  
    for ( iPartIdx = 0; iPartIdx < pcCU->getNumPartitions(); iPartIdx++ )  
    {  
        pcCU->getPartIndexAndSize( iPartIdx, uiPartAddr, iWidth, iHeight );  
  
        if ( eRefPicList != REF_PIC_LIST_X )  
        {  
            if( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP())  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred, true );  
            }  
            else  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred );  
            }  
            if ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP() )  
            {  
                xWeightedPredictionUni( pcCU, pcYuvPred, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcYuvPred );  
            }  
        }  
        else  
        {  
            if ( xCheckIdenticalMotion( pcCU, uiPartAddr ) )  
            {  
                xPredInterUni (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, REF_PIC_LIST_0, pcYuvPred );  
            }  
            else  
            {  
                xPredInterBi  (pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, pcYuvPred );  
            }  
        }  
    }  
    return;  
}  

单向预测的运动补偿

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Void TComPrediction::xPredInterUni ( TComDataCU* pcCU, UInt uiPartAddr, Int iWidth, Int iHeight, RefPicList eRefPicList, TComYuv*& rpcYuvPred, Bool bi )  
{  
    Int         iRefIdx     = pcCU->getCUMvField( eRefPicList )->getRefIdx( uiPartAddr );           assert (iRefIdx >= 0);  
    TComMv      cMv         = pcCU->getCUMvField( eRefPicList )->getMv( uiPartAddr );  
    pcCU->clipMv(cMv);  
    xPredInterLumaBlk  ( pcCU, pcCU->getSlice()->getRefPic( eRefPicList, iRefIdx )->getPicYuvRec(), uiPartAddr, &cMv, iWidth, iHeight, rpcYuvPred, bi );  
    xPredInterChromaBlk( pcCU, pcCU->getSlice()->getRefPic( eRefPicList, iRefIdx )->getPicYuvRec(), uiPartAddr, &cMv, iWidth, iHeight, rpcYuvPred, bi );  
}  

对亮度块进行亚像素插值工作

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Void TComPrediction::xPredInterLumaBlk( TComDataCU *cu, TComPicYuv *refPic, UInt partAddr, TComMv *mv, Int width, Int height, TComYuv *&dstPic, Bool bi )  
{  
    Int refStride = refPic->getStride();    
    Int refOffset = ( mv->getHor() >> 2 ) + ( mv->getVer() >> 2 ) * refStride;  
    Pel *ref      = refPic->getLumaAddr( cu->getAddr(), cu->getZorderIdxInCU() + partAddr ) + refOffset;  
  
    Int dstStride = dstPic->getStride();  
    Pel *dst      = dstPic->getLumaAddr( partAddr );  
  
    Int xFrac = mv->getHor() & 0x3;  
    Int yFrac = mv->getVer() & 0x3;  
  
    if ( yFrac == 0 )  
    {  
        m_if.filterHorLuma( ref, refStride, dst, dstStride, width, height, xFrac,       !bi );  
    }  
    else if ( xFrac == 0 )  
    {  
        m_if.filterVerLuma( ref, refStride, dst, dstStride, width, height, yFrac, true, !bi );  
    }  
    else  
    {  
        Int tmpStride = m_filteredBlockTmp[0].getStride();  
        Short *tmp    = m_filteredBlockTmp[0].getLumaAddr();  
  
        Int filterSize = NTAPS_LUMA;  
        Int halfFilterSize = ( filterSize >> 1 );  
  
        m_if.filterHorLuma(ref – (halfFilterSize-1)*refStride, refStride, tmp, tmpStride, width, height+filterSize-1, xFrac, false     );  
        m_if.filterVerLuma(tmp + (halfFilterSize-1)*tmpStride, tmpStride, dst, dstStride, width, height,              yFrac, false, !bi);      
    }  
}  

双向预测运动补偿

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Void TComPrediction::xPredInterBi ( TComDataCU* pcCU, UInt uiPartAddr, Int iWidth, Int iHeight, TComYuv*& rpcYuvPred )  
{  
    TComYuv* pcMbYuv;  
    Int      iRefIdx[2] = {-1, -1};  
  
    // 执行两次单向预测的运动补偿，就可以完成双向预测的运动补偿了  
    for ( Int iRefList = 0; iRefList < 2; iRefList++ )  
    {  
        RefPicList eRefPicList = (iRefList ? REF_PIC_LIST_1 : REF_PIC_LIST_0);  
        iRefIdx[iRefList] = pcCU->getCUMvField( eRefPicList )->getRefIdx( uiPartAddr );  
  
        if ( iRefIdx[iRefList] < 0 )  
        {  
            continue;  
        }  
  
        assert( iRefIdx[iRefList] < pcCU->getSlice()->getNumRefIdx(eRefPicList) );  
  
        pcMbYuv = &m_acYuvPred[iRefList];  
  
        // 单向预测的运动补偿  
        if( pcCU->getCUMvField( REF_PIC_LIST_0 )->getRefIdx( uiPartAddr ) >= 0 && pcCU->getCUMvField( REF_PIC_LIST_1 )->getRefIdx( uiPartAddr ) >= 0 )  
        {  
            xPredInterUni ( pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcMbYuv, true );  
        }  
        else  
        {  
            if ( ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP()       && pcCU->getSlice()->getSliceType() == P_SLICE ) ||   
                ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getWPBiPred() && pcCU->getSlice()->getSliceType() == B_SLICE ) )  
            {  
                xPredInterUni ( pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcMbYuv, true );  
            }  
            else  
            {  
                xPredInterUni ( pcCU, uiPartAddr, iWidth, iHeight, eRefPicList, pcMbYuv );  
            }  
        }  
    }  
  
    // 加权预测  
    if ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getWPBiPred() && pcCU->getSlice()->getSliceType() == B_SLICE  )  
    {  
        xWeightedPredictionBi( pcCU, &m_acYuvPred[0], &m_acYuvPred[1], iRefIdx[0], iRefIdx[1], uiPartAddr, iWidth, iHeight, rpcYuvPred );  
    }    
    else if ( pcCU->getSlice()->getPPS()->getUseWP() && pcCU->getSlice()->getSliceType() == P_SLICE )  
    {  
        xWeightedPredictionUni( pcCU, &m_acYuvPred[0], uiPartAddr, iWidth, iHeight, REF_PIC_LIST_0, rpcYuvPred );   
    }  
    else  
    {  
        xWeightedAverage( &m_acYuvPred[0], &m_acYuvPred[1], iRefIdx[0], iRefIdx[1], uiPartAddr, iWidth, iHeight, rpcYuvPred );  
    }  
}  

加权预测

单向加权预测

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// getWpScaling的作用就是设置权重table的参数  
// addWeightUni根据权重参数对目标像素块进行权重转换，即对每一个像素通过一个公式去重新计算它的值  
Void TComWeightPrediction::xWeightedPredictionUni( TComDataCU* pcCU, TComYuv* pcYuvSrc, UInt uiPartAddr, Int iWidth, Int iHeight, RefPicList eRefPicList, TComYuv*& rpcYuvPred, Int iRefIdx)  
{   
    wpScalingParam  *pwp, *pwpTmp;  
    if ( iRefIdx < 0 )  
    {  
        iRefIdx   = pcCU->getCUMvField( eRefPicList )->getRefIdx( uiPartAddr );  
    }  
    assert (iRefIdx >= 0);  
  
    if ( eRefPicList == REF_PIC_LIST_0 )  
    {  
        getWpScaling(pcCU, iRefIdx, -1, pwp, pwpTmp);  
    }  
    else  
    {  
        getWpScaling(pcCU, -1, iRefIdx, pwpTmp, pwp);  
    }  
    addWeightUni( pcYuvSrc, uiPartAddr, iWidth, iHeight, pwp, rpcYuvPred );  
}  

双向加权预测

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/* 
** 双向加权预测 
*/  
Void TComWeightPrediction::xWeightedPredictionBi( TComDataCU* pcCU, TComYuv* pcYuvSrc0, TComYuv* pcYuvSrc1, Int iRefIdx0, Int iRefIdx1, UInt uiPartIdx, Int iWidth, Int iHeight, TComYuv* rpcYuvDst )  
{  
    wpScalingParam  *pwp0, *pwp1;  
    TComPPS         *pps = pcCU->getSlice()->getPPS();  
    assert( pps->getWPBiPred());  
  
    // getWpScaling的作用就是设置权重table的参数  
    getWpScaling(pcCU, iRefIdx0, iRefIdx1, pwp0, pwp1);  
  
  
    // addWeightUni根据权重参数对目标像素块进行权重转换，即对每一个像素通过一个公式去重新计算它的值  
    if( iRefIdx0 >= 0 && iRefIdx1 >= 0 )  
    {  
        addWeightBi(pcYuvSrc0, pcYuvSrc1, uiPartIdx, iWidth, iHeight, pwp0, pwp1, rpcYuvDst );  
    }  
    else if ( iRefIdx0 >= 0 && iRefIdx1 <  0 )  
    {  
        addWeightUni( pcYuvSrc0, uiPartIdx, iWidth, iHeight, pwp0, rpcYuvDst );  
    }  
    else if ( iRefIdx0 <  0 && iRefIdx1 >= 0 )  
    {  
        addWeightUni( pcYuvSrc1, uiPartIdx, iWidth, iHeight, pwp1, rpcYuvDst );  
    }  
    else  
    {  
        assert (0);  
    }  
}  

平均加权预测

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Void TComPrediction::xWeightedAverage( TComYuv* pcYuvSrc0, TComYuv* pcYuvSrc1, Int iRefIdx0, Int iRefIdx1, UInt uiPartIdx, Int iWidth, Int iHeight, TComYuv*& rpcYuvDst )  
{  
if( iRefIdx0 >= 0 && iRefIdx1 >= 0 )  
    {  
        rpcYuvDst->addAvg( pcYuvSrc0, pcYuvSrc1, uiPartIdx, iWidth, iHeight );  
    }  
else if ( iRefIdx0 >= 0 && iRefIdx1 <  0 )  
    {  
        pcYuvSrc0->copyPartToPartYuv( rpcYuvDst, uiPartIdx, iWidth, iHeight );  
    }  
else if ( iRefIdx0 <  0 && iRefIdx1 >= 0 )  
    {  
        pcYuvSrc1->copyPartToPartYuv( rpcYuvDst, uiPartIdx, iWidth, iHeight );  
    }  
} 

 

转自：http://blog.csdn.net/NB_vol_1/article/details/55253979