[发明专利]基于SAD和VOD匹配准则的视频数据帧频提升方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术和视频处理技术领域，尤其涉及一种基于SAD和VOD匹配准则的视频数据帧频提升方法。

背景技术

随着人民生活水平的逐渐改善以及数字电视领域的技术提高，人们对数字电视的清晰度和画面尺寸也提出了更高的要求，具体表现为要求更大的显示尺寸、更快的屏幕刷新速度，更绚丽真实的色彩等。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）具有体积轻巧、外形美观等优点，已成为当今世界平板显示器中的主流器件，逐渐替代了老式的CRT显示设备，在数字电视和通讯设备的显示终端中得到广泛的应用。不过液晶面板本身也具有一些缺点，如响应时间长、残影、运动模糊等问题，这些问题随着液晶尺寸的增大而显得更为突出，尤其在显示快速运动场景时尤为严重，其主要原因是液晶显示保持时间较长和响应时间较慢。液晶显示的保持时间长及人眼沿显示运动方向将来自不同位置像素的亮度信号进行积分，产生模糊。

为了解决大尺寸液晶面板在显示快速运动场景时产生的残影、运动模糊等现象，液晶面板制造商和数字电视芯片解决方案提供商从各自的角度付出了很多努力。液晶面板制造商通过液晶材料工艺的提高去尽量降低液晶分子的响应时间，但是响应时间是不可能无限度降低，这种方法也存在着一定的瓶颈；数字电视芯片解决方案提供商通过开发出帧频提升系统提高图像显示频率来降低大屏幕液晶显示器的保持时间。帧频提升（frame rate up conversion，FRUC）通过提高LCD液晶显示屏刷新率的方法，比如从50Hz提高到100Hz，从60Hz提高到120Hz（或者更高），来减少液晶面板的保持时间。

帧频提升（FRUC）也称作时间内插（Temporal interpolation），是视频处理技术中的一个重要分支。提升帧频的方法，有采用重复插帧的方法将每一帧重复一次输入至120Hz面板，但是这样显示效果与60Hz相当，还会出现运动闪烁。也有在两帧之间插入黑帧提高帧频，这样的结果是整体视频显示效果会变暗。为了解决帧频提升技术的这些问题，业界内开始涌现出基于运动估计和运动补偿的帧频提升方法，该方法考虑到了像素点的运动情况，在线性插帧的基础上根据运动估计的结果做出运动补偿，同时兼顾到了静止物体和运动物体，即能消除运动抖动问题又能有效的解决运动物体边缘模糊问题，从而大大提高了插帧效果，因此被广泛采用。基于运动估计和运动补偿的帧频提升方法中，运动估计的准确性以及运动补偿处理的优化是影响内插帧质量的重要因素，因此，如何估计出准确的运动矢量以及如何对运动补偿处理进行优化，成为业界研究者共同努力的方向。

关于运动补偿处理的优化方案，现有技术中已经提供了较多的选择，本领域技术人员都可以根据实际的应用情况来选择适用的运动补偿处理方案，已达到较理想的运动补偿效果。而运动矢量需要根据适宜的运动估计方法和估计判别准则而获得，因此运动矢量的估计准确性对内插帧质量的影响更加直接。

在运动估计方法中，从估计匹配对象上划分，主要分为基于像素匹配、基于块匹配和基于区域匹配的三种运动估计方法。其中，最直接的方法是为每个像素都指定运动矢量，这就是基于像素匹配的运动估计方法，该方法虽然匹配结果准确，但因其需要估计每个像素的运动矢量而计算量非常巨大；基于区域匹配的运动估计方法，是把视频帧中具备相同运动模式的像素点划分在同一个区域，使得在每个区域中的运动可以用一个参数化模型表示，然而，由于事先并不知道哪些像素具有相同的运动模式，因而往往需要利用迭代算法对图像进行分割，这也需要很大的计算量；基于块匹配的运动估计，其基本思想是将视频图像帧分为互不重叠的若干个区块，并假定区块内所有像素点的运动矢量都相同，然后在相邻两视频帧中某一给定搜索范围内根据一定的匹配准则找出最相似的一对匹配区块，根据该最相似的一对匹配区块的相对位置计算出运动位移，即区块的运动矢量；基于区域匹配的运动估计方法在精确性和复杂性之间提供了一个很好的折中，因此应用也最为广泛。从匹配方向上划分，运动估计方法又主要分为单向估计方法和双边估计方法两种。双向运动估计方法因其以待插帧为镜像中心，保证了运动补偿处理时内插帧不会产生重叠和漏洞，从而得到更加普遍的应用。基于块匹配的双向运动估计，则成为了业界内应用普遍、研究较多的运动估计方案。