视频扫描格式转换芯片相关算法研究

论文摘要

传统的电视系统大多使用隔行扫描方案,场频为50HZ 或者60HZ。采用这样的方案是为了降低信号的带宽,使电路更容易设计。在这样的方案下,图象的垂直分辨率较低,而且将不可避免的产生诸如线抖,大面积闪烁,边缘闪烁等可见的人为干扰。而且,当显示屏幕越大时,这些干扰就越明显。为了解决这些问题,当前的隔行扫描信号必须转换为帧频更高的逐行信号。另外,为了改善显示质量,一些图像增强技术也常常被应用于电视系统。为了实现这样的高质量的逐行电视系统(以及相关的芯片),就必须对采样率转换算法进行研究。在本文中,首先对采样率转换理论进行了回顾,研究了一系列已有的相关算法,比如:场内插值算法, 场间插值算法, 运动自适应插值算法, 以及运动补偿算法等。文章讨论了这些算法的优点和缺点,并演示了一些相关的实验结果。文章提出了一种基于新颖的基于块匹配算法的图像运动估计算法。块匹配算法是一种经典的运动估计算法,在去隔行,视频编码上得到了广泛的应用。块匹配算法也有它自身的缺陷,这主要在于,对快匹配算法中的块的大小选择,如果块的尺寸太大,则容易产生所谓的“块效应”。如果块的尺寸太小,得到的运动场又太混乱,无法反映实际的运动。本文作者应用了模式识别的方法来改善算法的效果,对算法所得的运动场进行了聚类,使得到的运动场更加平滑,这样,块匹配算法就可以选择更小的块尺寸,得到更好的处理效果。另外,不管是块匹配算法,还是聚类算法的运算量都很大,文章又采用一种多分辨率的方法对算法进行了优化,降低了算法的复杂度。文章把运动估计算法运用到去隔行领域,提出了一种运动补偿去隔行插值策略,其基本思想是在运动估计的基础上先求出时间插值结果,再用传统的场内插值法求出空间插值结果,两个结果的平均就得到最后的插入值。文章同时也提出了一种运动自适应的去隔行算法,这种算法对每个像素点进行运动检测,如果检测到运动,就使用空间插值,如果没有检测到运动,就使用时间插值。本文还研究了场频转换问题,即把信号的场频从50HZ 或60HZ 转换到更高的频率上,同时也研究了一些图像增强算法,例如黑电平延伸,DCTI 等等。这些算法对于改善图像效果有着显著的作用。文章对算法的实现也作了讨论,提出了纯硬件电路以及用软件结合硬件电路的两种不同的实现方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 视频扫描格式转换技术的发展概况
• 1.2 该研究项目的背景及意义
• 1.3 本文要解决的主要问题
• 第二章 视频采样率转换算法理论
• 2.1 视频采样率转换原理
• 2.1.1 上转换
• 2.1.2 下转换
• 2.1.3 去隔行问题
• 2.1.4 场倍频问题
• 2.2 去隔行算法回顾
• 2.2.1 空间插值
• 2.2.2 时间插值
• 2.2.3 运动自适应内插
• 2.2.4 运动补偿内插
• 2.3 小结
• 第三章 运动检测估计算法的研究
• 3.1 运动检测算法研究
• 3.1.1 差分法运动检测
• 3.1.2 针对像素点的运动检测
• 3.1.3 对运动检测算法的改进
• 3.2 运动估计理论
• 3.2.1 光流方程
• 3.2.2 运动估计的一般方法
• 3.2.3 运动表示
• 3.2.4 运动估计准则
• 3.2.5 优化方法
• 3.3 运动估计算法研究
• 3.3.1 基于像素的运动估计
• 3.3.2 基于块的运动估计
• 3.3.3 基于区域的运动估计
• 3.4 聚类块匹配算法
• 3.4.1 运动模型的选择
• 3.4.2 聚类过程
• 3.4.3 自适应 K 一均值聚类算法
• 3.4.4 多分辨率方法
• 3.5 小结
• 第四章 芯片相关算法及其实现方案
• 4.1 去隔行模块算法
• 4.1.1 运动补偿去隔行算法及其实现
• 4.1.2 运动自适应去隔行算法及其实现
• 4.2 场倍频算法及其实现
• 4.3 图像增强算法
• 4.4 小结
• 第五章 实验仿真及算法评估
• 5.1 运动补偿去隔行算法的仿真与评估
• 5.2 运动自适应去隔行算法的仿真与评估
• 5.3 小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录 FPGA 验证板及64 位 RISC CPU 照片
• 个人简历及在学期间发表的学术论文