張昱天

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

數(shù)字電視后視頻處理芯片中相關算法研究

張昱天

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

針對當前應用ELA算法，判斷隔行視頻圖像的邊沿信息方向存在的缺點，提出了一種改進型ELA運動自適應邊沿插值去隔行算法。利用MATLAB軟件進行仿真分析，結果表明，改進型ELA自適應邊沿去插值去隔行算法效果良好，改善了應用其他去隔行算法產生的鋸齒效應。

去隔行算法；ELA；邊沿信息

對于視頻后處理芯片而言，其圖像處理主要包括去隔行、降噪及圖像縮放3部分。去隔行算法是視頻格式轉換中十分重要的技術，但其也給電視系統(tǒng)帶來很多問題，如爬行、行間閃爍和鋸齒效應。

近年來，學術界提出了多種去隔行算法，去隔行技術主要分為3類：運動補償、運動自適應[1]及線性濾波。3類方法各有優(yōu)缺點，應用最多的是運動自適應方法。在隔行視頻信號的插補過程中應用運動自適應去隔行算法時，為了使圖像的靜止區(qū)域和運動區(qū)域都獲得良好的插補效果， 則需對視頻信號進行運動檢測，估算出圖像的運動信息，然后選擇相應的去隔行算法。本文提出的運動自適應方法是一種新型運動自適應方法，利用改良運動檢測[2]和借鑒視頻信號處理中場內插值ELA(Edge-based Line Average)算法思想改良邊沿自適應插值，從而改善了畫面鋸齒效應。

1 去隔行算法的基本原理

圖1 去隔行算法原理

圖像在處理的過程中需要對其進行采樣，如果將隔行掃描看作時空二次采樣，則隔行信號轉變成逐行信號的去隔行過程就是相反過程。去隔行算法原理如圖1所示。

去隔行實質就是對“場”進行轉換，使其成為“幀”，即為隔行電視信號的奇/偶場運用各種技術產生其缺少的偶/奇場信息,使之成為1幀完整信號。正式的去隔行可以用式1表示:

(1)

完全靜止時的圖像頻譜，只需簡單的時域濾波器就可完成去隔行的過程；但是對于運動圖像的頻譜來說，如果只使用簡單的行平均和行復制，去隔行的效果不理想，會產生閃爍和鋸齒效應等不良視覺現(xiàn)象。去隔行算法中應用最多的算法就是運動自適應去隔行算法。

2 改進的運動自適應去隔行算法

2.1 運動檢測算法

運動自適應方法的實質是對待插像素所在區(qū)域進行分區(qū)，通過運動檢測將其分為靜止區(qū)域、慢速運動區(qū)域及運動區(qū)域。自適應方法處理圖像的效果直接受到運動檢測結果的影響，運動檢測方法越完善，其運動自適應達到的效果越理想。

文中運動檢測算法的中心為待插像素點，其組成的單元塊包含周圍及本身的14個點，比較此單元塊和相鄰時刻單元塊的像素值，得到的單元塊的運動情況可以代表中心待插像素的運動情況。由于2場相鄰的奇偶場并不能組成2個完整的單元塊，因此，需要組合不同時刻的相鄰4場數(shù)據(jù)，得到2個完整的5×3單元塊，取差求和，得到1個量值MAD。MAD值和閾值Tmax、Tmin進行比較，得到中心待插像素的運動情況。連續(xù)4場的單元塊如圖2所示。

圖2 連續(xù)4場的單元塊

通過計算t和t-2場的i-1行與i+1行對應的像素差與t+1和t-1場的i行對應的像素差，獲得MAD值。MAD值的計算如下：

(2)

設定閾值Tmax與Tmin，比較它們和MAD值的大小，如果MAD值小于閾值Tmin，則待插像素的運動狀態(tài)為靜止；如果Tmax值小于MAD值，則待插像素的運動狀態(tài)為快速運動；如果MAD值在Tmax和Tmin的區(qū)間內，則待插像素的運動狀態(tài)為慢速運動。待插像素的運動狀態(tài)用MD表示，其公式如下：

(3)

2.2 自適應插值算法

由于運動物體邊緣處存在比較明顯的場效應，因此為了插值效果更好，不僅需要檢測運動像素點，還需要對運動物體的邊沿進行檢測和濾波處理，有效消除場效應。進行濾波處理時，應根據(jù)像素點位置設計濾波器。

對于運動圖像來說，在時間差上，同一場的信號要比不同場小，此時選擇場內插值較好；因此本文提出了一種改進型ELA運動自適應邊沿插值算法。該算法主要包含如下3步：1)邊沿檢測；2)提高水平邊沿檢測能力；3)一致性邊沿方向估計水平。該算法的基本原理如圖3所示，檢測的像素塊大小為5×3。

圖3 改進型自適應邊沿差值算法圖

(4)

然后判別待插值點是否在處于物體的水平邊沿。計算一類絕對差和的公式如下：

y-1)|+|Fn(x+m-2,y+1)-Fn(x+m,y+

1)|)/2

(5)

若有：

(6)

則說明物體存在水平邊沿，否則，則說明待插值點處于其他邊沿。插值點的計算按照3點中值濾波法進行：

Fn(x,y)=median[Fn-1(x,y),Fn(x,y-1),Fn(x,y+1)]

(7)

2類向量的計算如下：

(8)

(9)

式8和式9中，i和j是待插值點(x,y)相對于上下2行的水平位移。需定義一類相關性函數(shù)，如式10所示：

(10)

選擇diff(i,j)中的最小偏差min[diff(i,j)]表示其最有匹配的方向相關性。此時，插值方向由i和j確定，插值點的計算如下：

(11)

本文提出的改進型ELA運動自適應邊沿插值去隔行算法中，使用了相鄰場信息，并根據(jù)中值濾波算法[3]進行濾波，提升了垂直清晰度，并在檢測斜線邊沿時，給出了更多一致性的邊緣方向估計，提高了自適應插值的準確度。

3 仿真結果及分析

應用改進的算法在軟件MATLAB[4]中進行仿真得出，改進型的ELA運動自適應邊沿插值去隔行算法很穩(wěn)定，得到的插值效果較好，邊沿更清晰。和一般基于邊沿的去隔行算法的效果進行比較(見圖4和圖5)，一般邊沿去隔行算法圖像的輪廓不夠清晰，插值方向選擇錯誤，細線部分存在斷裂現(xiàn)象；而本文提出的算法，插值方向選擇最優(yōu)，插值效果更好，圖像輪廓更加清晰，畫面更加完美。對于視頻序列來說，避免了出現(xiàn)鋸齒效應現(xiàn)象，解決了閃爍問題。

圖4 原始算法處理效果圖 圖5 改進算法處理效果圖

4 結語

本文設計的改進型ELA運動自適應邊沿插值去隔行算法，先進行運動檢測，判別圖像處于運動區(qū)域還是靜止區(qū)域，然后對插值方向進行判斷，并結合濾波設計，得到的插值圖像更為清晰，避免了視頻圖像出現(xiàn)鋸齒效應現(xiàn)象，解決了閃爍的問題。

[1] 劉政林,劉菊,鄒雪城,等.一種新型運動自適應去隔行算法[J].微處理機,2008(6):116-118.

[2] 普玉偉，葉兵，曾德瑞，等.一種運動自適應去隔行技術及其VLSI結構[J].電視技術,2011(21):40-44.

[3] 王曉凱,李鋒.改進的自適應中值濾波[J].計算機工程與應用,2010,46(3):175-176，218.

[4] 韋煒.常用圖像邊緣檢測方法及Matlab研究[J].現(xiàn)代電子技術,2011(4):91-94.

責任編輯馬彤

TheResearchofCorrelationAlgorithmintheDigitalTVVideoPost-ProeessChip

ZHANG Yutian

(Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

By judging interlaced video image edge direction information for the shortcomings of the current ELA algorithm, we propose a improved ELA motion adaptive edge interpolation deinterlacing algorithm. Analyzed by MATLAB software simulation，the results show that the improved ELA deinterlacing algorithm has good effect interlacing, and improved application sawtooth effect produced by other deinterlacing algorithms.

deinterlacing algorithm，ELA，edge Information

TP 37

：A

張昱天(1992-)，男，碩士研究生，主要從事高頻電子電路和數(shù)字信號處理等方面的研究。

2015-02-03