帧频提升算法研究及Simulink实现

论文摘要

大尺寸液晶显示器在显示动态影像时易产生运动模糊现象,帧频提升通过提高显示器的刷新频率能够有效地解决该问题。简单的帧频提升算法是直接利用前后帧的各种组合内插出中间帧而不考虑对象的运动,复杂的算法则利用运动补偿进行插帧。通过对帧频提升算法的研究,本文首先提出一种复杂度高、内插效果好的帧频提升算法,该算法基于目标背景分割技术,利用形态学开闭算子对帧差图像进行操作从而获得目标背景分割掩膜,再以此掩膜为基础进行运动估计和运动补偿。其次构建Simulink仿真模型,对算法进行浮点仿真和定点仿真,仿真结果与单向运动估计和双向运动估计算法相比较,从主观视觉效果和PSNR两方面验证了本文算法的优越性。最后从硬件实现角度出发,对算法进行改进,在减少计算量的同时保证内插帧的质量。本文提出一种新的快速块匹配搜索算法——双重跟踪三步法,在初始运动矢量估计时代替全搜索策略,既能有效减少搜索点数又保证了搜索的准确性。基于帧差的目标背景分割在背景静止场景能准确分割出运动目标和背景,但如果背景也存在运动,则不能达到理想的分割效果。算法改进时去掉了目标背景分割,通过对比改进前后的仿真结果,验证了改进后算法在内插帧质量和算法复杂度上达到一个平衡。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 简单的帧复制帧频提升方法
• 1.3.2 基于帧平均的帧频提升方法
• 1.3.3 基于块匹配运动估计与运动补偿的帧频提升算法
• 1.3.4 现行的算法改进方法
• 1.4 本论文主要内容及组织结构
• 2 帧频提升设计与实现的理论基础
• 2.1 帧频提升算法基本原理
• 2.1.1 整数倍和分数倍帧频提升
• 2.1.2 帧频提升算法相关技术
• 2.1.3 帧频提升算法与相关视频编码算法的比较
• 2.2 视频图像质量评价标准
• 2.2.1 视频主观质量评估
• 2.2.2 视频客观质量评估
• 2.3 算法仿真环境和工具
• 2.3.1 Matlab应用与功能
• 2.3.2 Simulink仿真工具
• 2.4 本章小结
• 3 一种新的基于ME/MC的帧频提升算法
• 3.1 基本技术和基本参数选择
• 3.1.1 匹配块的形状大小
• 3.1.2 块匹配搜索策略
• 3.1.3 匹配准则
• 3.2 目标背景分割原理
• 3.3 扩展双边运动估计
• 3.4 双线性插值下采样
• 3.5 运动矢量平滑与取精
• 3.5.1 运动矢量平滑
• 3.5.2 运动矢量微调
• 3.5.3 运动矢量场中值滤波
• 3.6 匹配块高低相关划分和分区域补偿
• 3.6.1 高低相关区域分割
• 3.6.2 高相关区域均值法补偿
• 3.6.3 低相关区域OBMC补偿
• 3.7 本章小结
• 4 帧频提升算法的Simulink仿真
• 4.1 与算法对应的相关模块库介绍
• 4.1.1 视频源输入模块
• 4.1.2 视频/图像输出模块
• 4.1.3 系统处理模块
• 4.1.4 Embedded MATLAB函数模块
• 4.2 帧频提升算法Simulink浮点仿真
• 4.2.1 帧频提升算法的评价标准和测试方法
• 4.2.2 帧频提升算法Simulink浮点仿真模型
• 4.2.3 浮点仿真结果分析
• 4.3 帧频提升算法的Simulink定点仿真
• 4.3.1 fi函数
• 4.3.2 Simulink模块定点化
• 4.3.3 定点仿真模型
• 4.3.4 定点仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 算法改进及Simulink实现
• 5.1 原算法复杂度分析
• 5.2 算法改进方案及Simulink仿真
• 5.2.1 双重跟踪三步法（DTTSS）
• 5.2.2 匹配块尺寸为 8×8
• 5.2.3 去掉目标背景分割
• 5.3 算法简化后系统架构及仿真结果
• 5.3.1 改进的帧频提升算法流程图
• 5.3.2 改进的帧频提升算法Simulink仿真
• 5.3.3 仿真结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的专利和论文
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
• C. 帧频提升算法的Simulink系统浮点仿真模型
• D. 浮点仿真模型中Subsystem1内部模块
• E. 浮点仿真模型中子系统Subsystem2内部模块
• F. 帧频提升算法的Simulink系统定点仿真模型
• G. 改进的帧频提升算法的Simulink仿真模型