高畫質(zhì)視頻格式轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著信息技術(shù)、通訊技術(shù)、廣播電視、多媒體技術(shù)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(zhuǎn)換提供了廣闊的市場(chǎng)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(shè)備的主流。FPD器件的共同特點(diǎn)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(hào)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(shí)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(gè)漸進(jìn)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(zhuǎn)換功能以兼容不同視頻格式。所有這些技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)要求的提高，都依賴于更多更先進(jìn)的視頻掃描格式轉(zhuǎn)換技術(shù)。開發(fā)高性能、低成本、易于ASIC實(shí)現(xiàn)的視頻掃描格式轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)技術(shù)和方法，對(duì)輸入的各種數(shù)據(jù)信號(hào)(包括PAL、NTSC制式的模擬電視信號(hào)、數(shù)字電視信號(hào)、計(jì)算機(jī)圖像信號(hào))進(jìn)行掃描格

3、式的轉(zhuǎn)換，并提高重建圖像的顯示質(zhì)量，以適應(yīng)FPD的顯示格式需求。對(duì)視頻掃描格式轉(zhuǎn)換的研究主要從去隔行技術(shù)、圖像縮放技術(shù)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與估計(jì)技術(shù)、邊緣檢測(cè)技術(shù)等幾個(gè)方面展開。 首先，論文綜述了經(jīng)典的和新興的掃描格式轉(zhuǎn)換算法及掃描格式轉(zhuǎn)換的發(fā)展趨勢(shì)，指出了當(dāng)前算法中存在的問題。進(jìn)而，結(jié)合視頻信號(hào)的特征、人類視覺感知特性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度提出了高性能的視頻掃描格式轉(zhuǎn)換新算法或改進(jìn)方案。1)在去隔行技術(shù)的研究方面，提出了基于時(shí)空權(quán)重的小角度邊緣和

4、運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)去隔行算法及其VLSI設(shè)計(jì)。此算法能夠自動(dòng)融合場(chǎng)內(nèi)插值和場(chǎng)合并的優(yōu)點(diǎn)，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，克服了傳統(tǒng)算法對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)人類視覺系統(tǒng)(HVS)具有非常重要意義，這就需要對(duì)圖像的邊緣進(jìn)行檢測(cè)和相應(yīng)的保護(hù)。論文在利用最大像素相關(guān)性得到邊緣方向的基礎(chǔ)上，增加對(duì)相鄰像素的考慮，實(shí)現(xiàn)半像素精度，提高了邊緣檢測(cè)的精度，能檢測(cè)最小角度為6°的邊緣，邊緣檢測(cè)的最大精度為0.7°。

5、這一邊緣檢測(cè)精度在現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中未見報(bào)道。在電路設(shè)計(jì)上，采用并行的自適應(yīng)搜索半徑方法減小了硬件的復(fù)雜度。3)運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)插值算法的性能嚴(yán)重依賴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。本文設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法：同極性場(chǎng)間基于時(shí)空像素灰度梯度的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和基于同極性場(chǎng)匹配塊的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，并采取兩方面措施增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的魯棒性：一方面，利用四個(gè)周極性場(chǎng)的檢測(cè)來減少對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的漏檢；另一方面，采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波處理消除噪聲影響，提高運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的精度。4)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插值的核心是

6、運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)。論文提出了基于初始搜索點(diǎn)預(yù)測(cè)的無限制中心傾向菱形搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，在保持了傳統(tǒng)快速塊匹配法快速實(shí)時(shí)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以得到更加精確平滑的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的精度。5)在圖像縮放研究方面，針對(duì)傳統(tǒng)插值縮放算法對(duì)邊緣區(qū)域的處理效果不佳、向下縮放時(shí)容易出現(xiàn)頻譜混疊和無法真正實(shí)現(xiàn)無級(jí)縮放等不足，本論文提出了邊緣自適應(yīng)的四點(diǎn)分段拋物線圖像縮放算法及其VLSI設(shè)計(jì)。該算法不但彌補(bǔ)了傳統(tǒng)算法中存在的不足，支持最大分辨率達(dá)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(shí)現(xiàn)了16:9和4:3幅型比的轉(zhuǎn)換。在VLSI的設(shè)計(jì)中，采用Farrow結(jié)構(gòu)提高縮放過程的處理速度和降低硬件復(fù)雜度，只需要2個(gè)乘法器、9個(gè)加法器和5個(gè)延時(shí)寄存器，表現(xiàn)出很好的性能。最后，對(duì)論文的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)今后的工作方向提出了設(shè)想和展望。 目前，以上這些主要算法和VLSI電路已形成36項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，其中，圖像縮放方法被評(píng)為“2006年國(guó)家信息產(chǎn)