基于三维递归搜索的帧率上转换算法研究

发布时间：2017-10-15 13:49

  本文关键词：基于三维递归搜索的帧率上转换算法研究

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【摘要】：随着信息技术的飞速发展,图像和视频的通信占据了多媒体信息的主导地位。其中,以高清电视、远程教育、视频会议为主要内容的移动终端视频业务得到广泛普及与应用。自20世纪70年代,帧率上转换技术就越来越多的被应用在不同帧率视频格式之间的转换、减少视频编码中时间冗余度以及提高平板电视图像质量等实际场景之中。本文根据帧率上转换技术的背景及研究现状,对比并分析了当前帧率上转换算法中存在的不足,提出了基于三维递归搜索(3-D Recursive Search,3DRS)的帧率上转换算法。相比传统算法,该算法精确了运动估计矢量,解决了重叠和空洞问题,避免了遮挡物体产生的光晕效应。本文对两类帧率上转换算法进行了研究。其中,非运动补偿帧率上转换算法计算量小、易实现,在慢速码流中表现良好,但在快速码流中插帧效果不理想;然而,运动补偿帧率上转换算法利用相邻帧运动信息预测中间帧,因此能够较为理想的反映出真实物体运动,所以本文提出的帧率上转换算法采用后者。本文将提出算法分成运动估计、运动矢量后处理和运动补偿三部分,并分别对其进行讨论。在本文算法的运动估计部分,考虑到单向运动估计的准确性较高但会影响插值结果这一因素,选用前向后向相结合的运动估计,分别产生前向和后向运动估计矢量,并在矢量后处理算法中对其作进一步处理;由于传统块匹配容易产生块效应,因此在估计时采用自适应的可变块方法,对估计不准确的块进行进一步的估计;为了使候选运动矢量更具时空相关性,本文对其选择进行了优化选取;由于在估计时很有可能产生分数精度候选矢量,所以本文对亚像素精度进行了运动估计;为了改进传统3DRS匹配准则判断条件单一的缺点,本文引入梯度概念并提出新的匹配准则。在本文算法的运动矢量后处理和运动补偿部分,为解决上一部分运动估计在插值中出现的重叠和空洞问题,对运动矢量进行映射,得到了双向运动矢量;由于传统中值滤波算法计算方法繁琐,本文对其进行了改进;为了避免了物体因遮挡出现光晕,本文对遮挡情况分成三类并根据其类别进行自适应插值。实验中,通过观察本文算法与其他传统算法插入帧与原始帧的相似程度可以得出本文的主观质量是最佳的;将本文算法与其他传统算法在不同码流序列上产生的峰值信噪比曲线、结构相似性曲线以及运动矢量场的一致性曲线作对比,并分别计算它们的峰值信噪比和结构相似性平均值,得出本文算法的客观性能也是最佳的。最终证明,本文提出算法的综合性能优于传统的帧平均算法、3DRS算法和全搜索法。
【关键词】：帧率上转换 运动估计运动补偿 三维递归搜索 前向后向运动估计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;TN919.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 视频帧率转换技术的研究现状11-13
• 1.3 视频帧率转换技术文献综述的简析13-14
• 1.4 本文的研究内容14-16
• 第2章 帧率上转换算法16-29
• 2.1 引言16-18
• 2.2 非运动补偿帧率上转换18-20
• 2.2.1 插入黑帧法18
• 2.2.2 帧重复法18-19
• 2.2.3 帧平均法19
• 2.2.4 下拉变换法19-20
• 2.2.5 插入平滑帧法20
• 2.3 运动补偿帧率上转换中的运动估计20-25
• 2.3.1 基于随机场算法20
• 2.3.2 基于光流场算法20-21
• 2.3.3 像素递归法21-22
• 2.3.4 三维递归搜索算法22-25
• 2.4 运动补偿帧率上转换中的运动矢量后处理25-28
• 2.4.1 矢量中值滤波算法25
• 2.4.2 块腐蚀算法25-26
• 2.4.3 重叠块运动补偿算法26-27
• 2.4.4 自适应重叠块运动补偿算法27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 改进的帧率上转换算法29-47
• 3.1 引言29-30
• 3.2 改进的运动估计算法30-39
• 3.2.1 前向和后向相结合的运动估计30-31
• 3.2.2 自适应可变块运动估计31-33
• 3.2.3 候选运动矢量的优化选取33-35
• 3.2.4 亚像素精度像素值的选取35-36
• 3.2.5 改进的三维递归搜索匹配准则36-38
• 3.2.6 前向后向相结合运动估计的具体实现38-39
• 3.3 改进的运动矢量后处理和运动补偿算法39-45
• 3.3.1 运动矢量场映射39-42
• 3.3.2 运动矢量异常值的剔除42-43
• 3.3.3 遮挡检测及自适应运动补偿算法43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 改进的帧率上转换算法与传统算法对比分析47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 帧率上转换算法的评价47-49
• 4.3 改进的帧率上转换算法与传统算法对比分析49-54
• 4.4 本章小结54-56
• 结论56-58
• 参考文献58-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 姜肇海;胡园园;司丹丹;干宗良;;一种改进的三维递归搜索帧率上转换算法[J];电视技术;2014年13期

2 张磊;支t$;王慈;;基于双向运动补偿的帧速率上变换算法[J];计算机工程;2010年17期

3 韩振雷;;电影影像转换为电视节目其帧率下拉变换技术[J];现代电影技术;2010年03期

4 罗宁,方向忠,张文军;便于硬件实现的视频格式转换算法的研究[J];红外与激光工程;2003年04期

5 文俊,刘重庆,刘晓松;视频标准帧速率上变换的自适应运动补偿方案[J];数据采集与处理;2003年02期

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本文编号：1037495