[发明专利]一种应用于视频帧速率上转换的插值帧生成方法

权利要求书

1.一种应用于视频帧速率上转换的插值帧生成方法，其特征在于，包括：

步骤一：对于输入的两帧I₀和I₁，以快速块匹配算法计算运动向量场其中的每个元素对应I₀中的一个图像块，以向量的形式给出该块与其在I₁中的最佳匹配块之间的相对偏移；

步骤二：根据如下的可靠性准则判断中的各个运动向量是否可靠，

(1)空间域运动一致性准则：按下式计算B_m，n块与其四邻域块运动向量差值的最大值

Δ_max=max{|v_x(m，n)-v_x(m+i，n+j)|+|v_y(m，n)-v_y(m+i，n+j)|}

其中i，j=0，±1，且|i|≠|j|，若Δ_max小于一个预先设定的阈值，则判定B_m，n块位于运动一致区域，其运动向量可靠，否则不可靠，可靠的块，跳过后续准则(2)和(3)的判断；

(2)前后向运动向量一致性准则：设I₀帧中左上角坐标为(m，n)的块B_m，n的运动向量为(v_x，v_y)，在I₁帧以(m+v_x，n+v_y)为左上角坐标，取大小与B_m，n相同的图像块，寻找该块在I₀帧中的最佳匹配，且计算两者之间的相对偏移(u_x，u_y)，若下式成立，则(v_x，v_y)是B_m，n块的可靠的运动向量，否则该运动向量不可靠：

|v_x+u_x|+|v_y+u_y|≤T_mv

其中T_mv是一个由实验确定的阈值，对于未被判定为不可靠的块，以准则(3)作进一步的判断；

(3)匹配误差准则：设定r为不可靠的块在所有块中所占的比例，且认为不可靠块的匹配误差将大于其它的部分，由此确定一个关于匹配误差的阈值，若B_p，q块的匹配误差小于该阈值，则对应的运动向量被判定为可靠，否则为不可靠；

使用(2)和(3)准则判断的某一块，当两个准则同时判定其为可靠，才作出肯定的判断，若有一个准则判定其为不可靠，则作出否定的判断；

步骤三：运动向量场作分辨率提升处理，形成运动向量场若的某块具有可靠的运动向量，则中与其对应的四个子块复制该运动向量，若B_m，n块的运动向量不可靠，由其分裂而成的子块，以其邻域块的运动向量构成候选向量集，由候选运动向量确定初始搜索位置，在一个较小的搜索范围内作进一步的块匹配搜索；

步骤四：采用中可靠的运动向量，以运动补偿的形式构建插值帧，以计数图C记录补偿所得图像的像素和输入图像I₀中像素的对应关系，若C(m，n)=1，则根据运动向量，直接从输入帧复制像素值到插值帧的(m，n)像素，若C(m，n)==0，则将(m，n)归为空洞区域，C(m，n)>1，则归为重叠区域，将空洞和重叠区域的像素值置为“NULL”，同时，假设运动物体在相邻帧的时间间隔内沿运动轨迹作平滑运动，由参与补偿的块以及插值帧与输入帧之间的时间差值Δt，确定补偿所得块的运动向量；

步骤五：以块扫描的形式从上到下、从左到右扫描插值图像，若块B_p，q包含了值为NULL的像素，则该像素的值以多候选时间域加权滤波的方式计算。

2.如权利要求1所述的应用于帧速率上转换的插值帧生成方法，其特征在于，所述步骤五以I₁为当前帧，它的前一帧I₀和后一帧I₂作参考帧，对插值帧中值为NULL的像素作时间域加权滤波运算，具体地，设块B_p，q中像素(p，q)的值为NULL，对其的处理包含如下步骤：

(1)以B_p，q3×3邻域内的运动向量构成候选运动向量集；

(2)对于候选向量集中的向量(v_x，v_y)，以B_p，q所在位置为基准，(v_x，v_y)为偏移量确定B_p，q在I₁中的对应块以为当前块，I₂为参考图像，(2v_x，2v_y)为候选向量确定初始搜索位置，在一个较小的范围内寻找最佳匹配，记I₂中的最佳匹配块为以为当前块，I₀为参考图像，(-2v_x，-2v_y)为候选向量确定初始搜索位置，在一个较小的范围内寻找最佳匹配，记I₀中的最佳匹配块为由此，对于每个候选向量，将产生两对匹配块：和和

(3)计算上述匹配块之间的匹配误差为：

D=12N(Σ(m,n)∈Λ|Bp,q(0)(m,n)-Bp,q(1)(m,n)|+Σ(m,n)∈Λ|Bp,q(1)(m,n)-Bp,q(2)(m,n)|)]]>

其中(m，n)表示图像块支撑域Λ的所有像素，N是块内的像素数目；

(4)B_p，q块中值为NULL的像素(p，q)，由位于块中对应位置的像素参与滤波计算，按下式确定对应第r个候选向量的权值

w(r)=S1+D(r)]]>

其中

S=(Σz11+D(z))-1]]>

D(z)是第z个候选向量所产生的匹配误差；

(5)以加权和的形式计算插值帧中NULL像素的值：

IΔt(p,q)=ΣLw(r)g(p,q;vx(r),vy(r))]]>

其中L代表候选向量的数目，(v_x(r)，v_y(r))是第r个候选向量，g(p，q；v_x(r)，v_y(r))是由向量(v_x，v_y)确定的块中与待插值像素对应的像素值。