[发明专利]基于运动补偿的1/4像素精度视频图像去隔行方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及视频图像隔行扫描格式至逐行扫描格式的转换，可用于隔行扫描图像至逐行扫描图像的去隔行处理，是近年来视频图像去隔行的研究热点之一。

背景技术

目前随着各种新型显示设备、新的电视广播格式的发展，在视频领域存在大量不同的格式标准。为了实现不同格式视频信号间的交流，视频格式转变不可或缺。当今电视广播系统中，绝大部分视频信号源采用隔行扫描，此方式可以减少带宽需求，但会引起爬行、画面闪烁、边缘模糊及锯齿现象。去隔行技术是格式转换的一项关键技术，也是其他格式转换技术的基础。所谓“去隔行”，即从隔行扫描格式向逐行扫描格式的转换。

为了克服隔行图像转换为逐行图像时带来的模糊、锯齿等现象，人们提出了许多不同的去隔行方法，按照去隔行技术发展的时间顺序，依次为：线性去隔行方法，包括空域线性滤波、时域线性滤波、时空域线性滤波；非线性去隔行方法，包括基于边缘自适应的去隔行方法、基于中值滤波的去隔行方法、基于运动自适应的去隔行方法；基于运动补偿的去隔行方法，为目前最先进的去隔行方法。

运动补偿去隔行方法有两个重要的过程：运动估计与运动补偿。对于视频图像序列，相邻帧与帧之间存在着较强的相关性，运动估计就是对多帧之间的运动信息的估计。运动补偿是根据运动估计的结果做插值运算。运动估计和运动补偿被广泛应用于数字视频处理中。例如H.261，H.263，H.264和MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4压缩标准中，都用到了运动估计与运动补偿。在去隔行视频处理中，运动估计应用前后场的运动信息，得到运动矢量MV，然后沿着运动轨迹进行插值来重构帧。一般来说，如果得到的运动矢量足够准确，运动补偿方法将得到最好的去隔行效果。这种去隔行方法能够很好地保持图像的垂直清晰度。

运动估计是运动补偿方法的基础，也是运动补偿去隔行方法最重要的一步。目前已经有多种运动估计方法，常用的有块匹配法，贝叶斯运动估计等。块匹配法是最常用的一种运动估计方法，其基本思想是将图像划分成N×N个固定大小、互不重叠的图像块，并假设子块内所有像素均具有相同的运动参数，即每个子块的运动为刚体平移，对每块分别进行处理。当前场的N×N个子块在参考场对应的子块邻域窗口内根据一定的匹配准则搜索到与之最匹配的子块，当前子块与匹配块在二维平面上的位移即为运动估计得到的运动矢量。块匹配运动估计的优势在于计算简单、计算量小和硬件实现简单，精度与复杂度方面有较好的折衷。

运动补偿是根据运动估计得到的运动矢量所描述的运动轨迹进行图像插值，这样就相当于将一个运动序列虚拟地变成一个静止序列，因此也就可以利用静止图像插值的方法处理运动图像。常用的运动补偿有前向运动补偿、后向运动补偿、双向运动补偿和多假设运动补偿等方法。

目前，基于运动估计和运动补偿的去隔行方法主要由整像素运动估计、运动补偿构成。其中运动估计采用整像素块匹配快速运动估计方法，运动补偿采用的是双向运动补偿方式，这种方法的不足之处是：整像素运动估计搜索范围内的运动矢量位移都是整像素级别的，如果视频序列中物体存在分数像素级运动，现有的整像素运动估计搜索精度不足，无法准确得到真实运动的运动矢量，只能在整像素级搜索范围内寻找相对最优的匹配块，从而导致明显的块效应，对隔行视频图像去隔行处理效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出基于运动估计与运动补偿的1/4像素精度块匹配图像去隔行方法，以提高块匹配运动估计的搜索准确度，提高隔行视频图像去隔行处理效果。

为实现上述目的，本发明技术方案包括如下步骤：

(1)读入一个大小为352×288的raw格式的100场的实际隔行视频序列，选取一个插值场和两个参考场，其中选取的参考场为插值场的前向场和后向场；

(2)在前向和后向参考场的整像素点之间产生半像素点：

应用相邻整像素点进行内插得到半像素点，其中内插方式为应用一个六阶有限冲击响应滤波器对相邻整像素点进行加权，滤波器权值为：

(1/32,-5/32,5/8,5/8,-5/32,1/32)；

(3)在得到所有的半像素位置像素点后，由邻近整像素点和半像素点进行线性插补，得到1/4像素位置的像素点；

(4)运用有效的三步搜索法E3SS对参考场整像素、1/2像素、1/4像素位置进行块匹配运动估计，寻找绝对误差和SAD最小的最佳匹配块，当位移矢量为(i,j)时，绝对误差和SAD定义如下：