基于運(yùn)動(dòng)信息的視頻幀率提升方法研究.pdf

1、3D超高清電視的日益普及與發(fā)展帶動(dòng)了人們對高幀率視頻的需求。幀率提升（Frame Rate Up-conversion，F(xiàn)RUC）作為一種獲取高幀率視頻且可實(shí)現(xiàn)視頻間幀率轉(zhuǎn)換的視頻后處理技術(shù)，逐漸引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注并成為研究熱點(diǎn)。
　　幀率提升是一種利用連續(xù)兩幀之間的時(shí)域相關(guān)性獲得內(nèi)插幀，然后插入原始兩幀之間以達(dá)到增加幀率目的的技術(shù)。視頻的幀率越高，它的觀影效果也就越好，同時(shí)代表著畫面中的動(dòng)作越流暢，細(xì)節(jié)越細(xì)膩。由于視頻幀率提升多樣

2、化的應(yīng)用，F(xiàn)RUC技術(shù)在數(shù)字多媒體領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)學(xué)術(shù)界也研究出了各種各樣的FRUC算法，其中應(yīng)用最為廣泛的是基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腇RUC算法。該算法引入了運(yùn)動(dòng)信息，可以很好地保證內(nèi)插幀處于原運(yùn)動(dòng)軌跡上，但同時(shí)也會(huì)帶來一些問題，如塊效應(yīng)、模糊、遮擋等。
　　本論文在2D視頻上展開研究，對基于塊匹配的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償類幀率提升過程中的關(guān)鍵技術(shù):運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)矢量后處理和雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插幀做了深入的研究探討并提出有效可行的解決方案。論文的

3、主要研究內(nèi)容可總結(jié)歸納為以下三點(diǎn):
　　1.提出一種基于四重運(yùn)動(dòng)矢量后處理的FRUC算法。通過采用混合運(yùn)動(dòng)估計(jì)法即將前向、后向及雙向運(yùn)動(dòng)估計(jì)相結(jié)合，避免遮擋和重疊等問題的發(fā)生;為了提高運(yùn)動(dòng)矢量的精確性，前后向運(yùn)動(dòng)矢量場的異常值將被檢測并通過基于先驗(yàn)信息的修正算法對其進(jìn)行修正，然后采用矢量外插和加權(quán)求和的方法對雙向運(yùn)動(dòng)矢量場進(jìn)行矢量平滑;此外，通過基于塊匹配率和階梯型策略的雙向運(yùn)動(dòng)矢量選擇和判定方法實(shí)現(xiàn)單向矢量場向雙向矢量場的精確轉(zhuǎn)

4、換。該算法可以提高運(yùn)動(dòng)矢量的精確度，得到質(zhì)量高、效果好的內(nèi)插幀。
　　2.提出一種基于時(shí)空域的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插幀算法。在運(yùn)動(dòng)估計(jì)中加入預(yù)處理和紋理信息，既減少了計(jì)算量又提高了運(yùn)動(dòng)矢量的精確度;然后對修正后的矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，將其分為三種塊類型;最后對不同類型的塊基于時(shí)空域的精準(zhǔn)信息采用不同的補(bǔ)償插幀算法，最終得到高質(zhì)量的內(nèi)插幀，有效減少了塊效應(yīng)和模糊現(xiàn)象。
　　3.在常見的二倍幀率提升基礎(chǔ)上，提出一種基于運(yùn)動(dòng)信息的非整數(shù)倍F

5、RUC算法，該算法可以實(shí)現(xiàn)任意分?jǐn)?shù)倍數(shù)的幀率上轉(zhuǎn)換。所提算法充分利用運(yùn)動(dòng)信息選擇物體運(yùn)動(dòng)最快的地方作為待插入幀的位置，并采用雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法獲得該處的內(nèi)插幀，有效消除了幀率提升后的視頻中常見的模糊和運(yùn)動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)為了提高待插入幀位置判定的準(zhǔn)確性，該算法設(shè)計(jì)了基于幀間相關(guān)度和幀間運(yùn)動(dòng)速度的插幀位置判定方法，并采用了新的場景檢測方法。該算法相對于其他傳統(tǒng)算法，提升后的視頻具有明顯的質(zhì)量改善，獲得較好的視覺效果。
　　本論文提出的幀