視頻幀速率上變換算法研究.pdf

1、幀速率上變換是一種非常重要的視頻后處理技術(shù)，其通過在原始視頻序列中插入預(yù)測(cè)幀來提高視頻序列的幀率。在視頻播放中，該技術(shù)轉(zhuǎn)變后的高幀率視頻減少了運(yùn)動(dòng)模糊現(xiàn)象，具有更好的顯示效果。在低碼率視頻傳輸領(lǐng)域，發(fā)送端常通過降低幀率來達(dá)到系統(tǒng)對(duì)帶寬限制的要求,而在接收端可通過幀率變換技術(shù)還原視頻的原始幀率，改善視覺效果。
　　常用的幀速率上變換算法通常包括運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償兩個(gè)過程。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是為了求取圖像序列中物體的運(yùn)動(dòng)大小和方向，其中最常見的

2、是基于塊匹配的搜索算法。這類方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度較低，且硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)較為成熟。缺點(diǎn)是求得的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)不夠精確，無法準(zhǔn)確反映出物體真實(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡。針對(duì)這一問題，本文提出了一種基于運(yùn)動(dòng)矢量分類糾正的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。該算法首先采用改進(jìn)的金字塔分層搜索算法獲取初始的前/后向運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)。然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的前后向一致性特征，并綜合匹配塊間SAD值的大小，將運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)分為了紋理相似區(qū)錯(cuò)誤類、物體邊緣區(qū)錯(cuò)誤類和正確類三部分。為了更加準(zhǔn)確的糾正錯(cuò)誤的

3、運(yùn)動(dòng)矢量，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于時(shí)空域信息的糾正方法，對(duì)兩類錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)矢量分別處理，得到精度更高的單向運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)。最后對(duì)單向運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)細(xì)化取精，轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，并對(duì)其平滑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法有效的提高了運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的精確度。
　　幀率上變換算法對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，而計(jì)算量大小主要由運(yùn)動(dòng)估計(jì)決定。本文在所提運(yùn)動(dòng)估計(jì)的基礎(chǔ)上，又提出了一種基于顯著性區(qū)域檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。該方法首先利用顯著性檢測(cè)算法及邊緣檢測(cè)算法將圖像分為顯著區(qū)域和非顯

4、著區(qū)域。然后對(duì)顯著性區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量采用基于分類的方法糾正，對(duì)顯著區(qū)域邊界塊進(jìn)行分解處理，而對(duì)非顯著區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量則不作處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在不明顯降低待插幀質(zhì)量的情況下，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。
　　運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)得到的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)計(jì)算出待插幀，按照運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的不同，可分為基于單向運(yùn)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和基于雙向運(yùn)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。其中基于單向運(yùn)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償需要解決空洞和重疊問題，而基于雙向運(yùn)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償則不存在空洞和

5、重疊現(xiàn)象，因而被廣泛應(yīng)用。但這些方法都沒有考慮遮蔽效應(yīng)。遮蔽效應(yīng)中的遮擋暴露區(qū)域?qū)?yīng)著新物體的出現(xiàn)或者舊物體的消失，正確的圖像信息僅存在于一個(gè)參考幀中。傳統(tǒng)的基于雙向運(yùn)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法無法很好地處理這一區(qū)域，通常會(huì)引起鬼影效應(yīng)。針對(duì)這個(gè)問題，本文提出了基于重疊塊的多幀雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。通過利用多幀圖像中運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，對(duì)參考幀中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的可靠性進(jìn)行分析，有效的抑制了錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償信息的影響，提高了內(nèi)插幀的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法