助力高清视频:最新去隔行和缩放算法

2009-05-05 10:18:48来源:DVBCN数字电视中文网 作者:dvbcn热度:

我们必须承认,要将标准清晰度(SD)电视图像上转换成高质量高清晰度(HD)图像是极其困难的。它涉及到了图像处理、数学计算和实时处理等问题。但是,上转换(upconversion)却是当前广播和消费电子行业的一个焦点话题。

多格式和格式转换

高清晰广播信道需要将现有的标准清晰度视频文件、电影和广告转换成HD格式,以便能通过HD信道将之进行广播,并要保持高质量的图像。
另外,HD平板液晶或等离子电视以及视频投影器都必须显示逐行扫描HD图像,不管接入图像的格式是什么——这些图像一般大多为隔行标准电视图像。
视频格式的数量正在不断增多,它们特征各异,有着不同的图像尺寸(行和列的数量)、不同的时间采样率(每秒帧数)和不同的空时采样样式(隔行或非隔行)。

隔行视频的上转换

要从SD内容中获得高质量HD视频,需要进行一个超分辨率(super-resolution)处理过程,该过程基于现有象素以最可能好的分辨率来计算缺失象素。它可以分为两个步骤:第一个步骤是去隔行(deinterlacing)——计算输入的隔行视频每个区域内缺失的偶数行或者奇数行;第二个步骤是缩放(scaling)——扩大图像尺寸以提高输出分辨率。输出图像质量大多取决于去隔行的效率,而去隔行正是最难的过程。


图1:标准清晰度和高清晰度电视格式的行x列大小

视频/电影

隔行视频一般有一个更为复杂的时间结构,尤其是当电影被转换成隔行视频或当文本或图标被插入到图像中时。其中著名的3:2下拉和2:2下拉算法是通过在一定时间内重复扫描场来将电影的24Hz输入转换成60或50Hz的视频频率的而产生的。由于视频源的多种多样,各种算法也越来越复杂。这些算法有些可能是在后期制作阶段产生的,接下来就需要逐象素算法检测来适当处理这些内容。

去隔行和缩放

在20世纪80和90年代,去隔行的最大困难在于如何以最小的成本进行实时数字视频处理。因此,降低操作次数和存储要求就变得非常必要,于是产生了两种简单方法:空间线加倍和时间交织。

动作自适应(Motion adaptive)去隔行

随着处理能力的提高,这些基本方法已经被线性空间插值和时间插值所替代。插入这些信号会产生各种混叠赝像(artifact),包括周期样式上的锯齿和波纹效应。

梳状赝像也会像图2及图3中的中下部分所显示的那样。这是由因图像边缘(高频部分)引起的空间混叠现象和快速动作引起的时间混叠现象导致的。

图2:移动和日历序列的去隔行。左上:线加倍。左下:空间插值。中上:时间交织。中下:时间插值。右上:动作自适应。右下:Let It Wave的去隔行。

当清晰空间转变中没有或者仅有很少的动作时,时间插值效果有很好的效果,而在流畅空间区域则是空间插值的效果较好,即便有快速的动作。一个改进的方法就是将二者结合起来,综合它们的长处——这就是动作自适应算法。图2和图3的右上部分展示了改进后的效果以及典型遗留赝像。

图3:电影抓取文本的去隔行。左上:线加倍。左下:空间插值。中上:时间交织。中下:时间插值。右上:动作自适应。右下:Let It Wave的去隔行。

此时,只有在硬件结构上做文章,提高计算能力,才能够实现创新,而不是创建新的算法。为了减少空间插值的赝像,边界自适应插值被采用——它可以使空间插值适配局部图像结构的方向。这种自适应方向插值器减少了由

责任编辑:DVBCN编辑部

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