高畫質視頻格式轉換關鍵技術研究.pdf

1、近年來，隨著信息技術、通訊技術、廣播電視、多媒體技術的發(fā)展，多格式視頻間的交互需求越來越旺盛，為視頻掃描格式轉換提供了廣闊的市場前景。一方面，環(huán)保、輕薄的LCD、PDP、DLP等新型平板(FPD)顯示器件逐漸取代CRT顯示器件，成為顯示設備的主流。FPD器件的共同特點是具有固定的顯示格式(幅寬比、解析度)。這就需要將各種掃描格式的輸入信號源重建為顯示器件所能兼容的格式。另一方面，雖然數(shù)字電視的全面實施不可避免，但是傳統(tǒng)模擬電視到高清晰度

2、數(shù)字電視的過渡將是一個漸進的過程，此階段大量視頻格式并存，這就要求接收終端具有格式轉換功能以兼容不同視頻格式。所有這些技術的發(fā)展和市場要求的提高，都依賴于更多更先進的視頻掃描格式轉換技術。開發(fā)高性能、低成本、易于ASIC實現(xiàn)的視頻掃描格式轉換算法是視頻后處理的核心內(nèi)容。 本論文的主要研究目的是采用大規(guī)模集成電路的設計技術和方法，對輸入的各種數(shù)據(jù)信號(包括PAL、NTSC制式的模擬電視信號、數(shù)字電視信號、計算機圖像信號)進行掃描格

3、式的轉換，并提高重建圖像的顯示質量，以適應FPD的顯示格式需求。對視頻掃描格式轉換的研究主要從去隔行技術、圖像縮放技術、運動檢測與估計技術、邊緣檢測技術等幾個方面展開。 首先，論文綜述了經(jīng)典的和新興的掃描格式轉換算法及掃描格式轉換的發(fā)展趨勢，指出了當前算法中存在的問題。進而，結合視頻信號的特征、人類視覺感知特性和實現(xiàn)復雜度提出了高性能的視頻掃描格式轉換新算法或改進方案。1)在去隔行技術的研究方面，提出了基于時空權重的小角度邊緣和

4、運動自適應去隔行算法及其VLSI設計。此算法能夠自動融合場內(nèi)插值和場合并的優(yōu)點，電路實現(xiàn)簡單，克服了傳統(tǒng)算法對運動圖像和小角度邊緣插值等方面的缺陷和不足，取得比較理想的處理效果。2)圖像的邊緣對人類視覺系統(tǒng)(HVS)具有非常重要意義，這就需要對圖像的邊緣進行檢測和相應的保護。論文在利用最大像素相關性得到邊緣方向的基礎上，增加對相鄰像素的考慮，實現(xiàn)半像素精度，提高了邊緣檢測的精度，能檢測最小角度為6°的邊緣，邊緣檢測的最大精度為0.7°。

5、這一邊緣檢測精度在現(xiàn)有文獻報道中未見報道。在電路設計上，采用并行的自適應搜索半徑方法減小了硬件的復雜度。3)運動自適應插值算法的性能嚴重依賴運動檢測的準確性。本文設計了兩種運動檢測算法：同極性場間基于時空像素灰度梯度的運動檢測和基于同極性場匹配塊的運動檢測，并采取兩方面措施增強運動檢測的魯棒性：一方面，利用四個周極性場的檢測來減少對快速運動的漏檢；另一方面，采用數(shù)學形態(tài)學濾波處理消除噪聲影響，提高運動檢測的精度。4)運動補償插值的核心是

6、運動估計技術。論文提出了基于初始搜索點預測的無限制中心傾向菱形搜索運動估計算法，在保持了傳統(tǒng)快速塊匹配法快速實時優(yōu)點的同時，可以得到更加精確平滑的運動矢量場，提高了運動估計的精度。5)在圖像縮放研究方面，針對傳統(tǒng)插值縮放算法對邊緣區(qū)域的處理效果不佳、向下縮放時容易出現(xiàn)頻譜混疊和無法真正實現(xiàn)無級縮放等不足，本論文提出了邊緣自適應的四點分段拋物線圖像縮放算法及其VLSI設計。該算法不但彌補了傳統(tǒng)算法中存在的不足，支持最大分辨率達到QXGA(

7、2048×1536)，而且通過在圖像的不同區(qū)域產(chǎn)生不同的縮放系數(shù)的非線性縮放實現(xiàn)了16:9和4:3幅型比的轉換。在VLSI的設計中，采用Farrow結構提高縮放過程的處理速度和降低硬件復雜度，只需要2個乘法器、9個加法器和5個延時寄存器，表現(xiàn)出很好的性能。最后，對論文的工作進行了總結，并對今后的工作方向提出了設想和展望。 目前，以上這些主要算法和VLSI電路已形成36項國家發(fā)明專利，其中，圖像縮放方法被評為“2006年國家信息產(chǎn)