專利名稱：采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字電視集成電路視頻處理領(lǐng)域，具體講是涉及采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置。
背景技術(shù)：
早期的電視由于技術(shù)水平的限制，基于視頻傳輸帶寬和畫(huà)質(zhì)的折中考慮，采用隔行掃描的方式，使每幅畫(huà)面的信息總量減為原來(lái)的一半，而人眼視覺(jué)暫留效應(yīng)使得觀看到的兩場(chǎng)圖像模糊成一幀圖像，從而得到了相對(duì)平滑的視覺(jué)效果。但是隨著大屏幕電視以及高清晰電視的逐步實(shí)用化，由隔行掃描所帶來(lái)的行間閃爍，場(chǎng)間閃爍以及爬行現(xiàn)象越來(lái)越明顯，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。為了抑制和消除傳統(tǒng)電視的缺陷，隔行轉(zhuǎn)逐行技術(shù)得到廣泛的研究。
去隔行處理是從隔行掃描到逐行掃描的格式變換處理。其基本原理是根據(jù)像素在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，通過(guò)數(shù)字處理的方法生成空缺位置的像素點(diǎn)(插補(bǔ)像素)，連同原始像素，重構(gòu)整個(gè)幀圖像。它可以有效地提高畫(huà)面的垂直清晰度，消除行間閃爍和爬行現(xiàn)象，在很大程度上改善電視圖像的顯示效果。
去隔行方案，主要可以分為線性算法、非線性算法、運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法。線性算法主要有行復(fù)制、行平均、場(chǎng)復(fù)制、場(chǎng)平均等。場(chǎng)內(nèi)濾波會(huì)帶來(lái)垂直清晰度的降低，場(chǎng)間濾波會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)模糊和運(yùn)動(dòng)鋸齒，因此，無(wú)法在運(yùn)動(dòng)和靜止的兩種情況下都獲得較理想的去隔行效果。非線性算法主要有邊沿保護(hù)插值去隔行算法、中值濾波等算法。它的主要缺點(diǎn)是會(huì)降低垂直清晰度，引起圖像模糊，但是很強(qiáng)的適應(yīng)性和很低的硬件成本使它運(yùn)用非常廣泛。運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法是根據(jù)運(yùn)動(dòng)信息來(lái)調(diào)整去隔行策略，在不同的區(qū)域采用適合該區(qū)域的算法，它可以消除運(yùn)動(dòng)鋸齒，提高圖像的垂直清晰度，但是需要逐點(diǎn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，受噪聲影響太大，使得運(yùn)動(dòng)檢測(cè)不準(zhǔn)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法是通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)(如塊匹配，光流法等)，求得運(yùn)動(dòng)位移矢量，在運(yùn)動(dòng)軌跡上進(jìn)行插值。由這種方法還原出的圖像能夠很好地保持原圖象的垂直清晰度，但是它要求估算出的運(yùn)動(dòng)矢量必須準(zhǔn)確可靠，消耗硬件資源較大，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，因此在實(shí)際應(yīng)用中采用的較少。

發(fā)明內(nèi)容
雖然在眾多去隔行算法中，運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法的轉(zhuǎn)換效果并不是最優(yōu)的，且由于一些最優(yōu)算法的芯片實(shí)現(xiàn)往往需要很高的代價(jià)。為克服現(xiàn)有技術(shù)的前述不足，本發(fā)明的目的是提供一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置和方法，彌補(bǔ)和消除運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法受噪聲影響大和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，既可以保持圖像的空間特性又可以保持圖像的垂直細(xì)節(jié)，同時(shí)不需要進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)信息估算，可以改善去隔行效果，大大降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高設(shè)計(jì)的可靠性，易于硬件實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，所述裝置包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元一個(gè)用于存儲(chǔ)視頻信號(hào)隔行掃描的三個(gè)連續(xù)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元；
權(quán)值計(jì)算單元用于計(jì)算視頻圖像的運(yùn)動(dòng)程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元檢測(cè)包含在與要插入當(dāng)前場(chǎng)的像素所相鄰的當(dāng)前場(chǎng)的像素值中的邊緣方向，并且通過(guò)方向數(shù)據(jù)使用相鄰像素值和要插值像素在先前場(chǎng)及后續(xù)場(chǎng)的對(duì)應(yīng)像素值來(lái)計(jì)算第一個(gè)插值；混合中值濾波插值單元分別計(jì)算出三點(diǎn)中值濾波和七點(diǎn)中值濾波的插值，計(jì)算行平均插值，取三個(gè)插值的平均值作為第二個(gè)插值；插值輸出單元通過(guò)使用運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值來(lái)混合前述第一個(gè)和第二個(gè)插值，輸出混合值。
其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括按特定格式預(yù)先存放前一場(chǎng)和當(dāng)前場(chǎng)的視頻圖像數(shù)據(jù)、將后一場(chǎng)的視頻圖像數(shù)據(jù)從信號(hào)源經(jīng)濾波降噪后存回的SDRAM。
權(quán)值計(jì)算單元包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元首先需要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中讀入前一場(chǎng)和后一場(chǎng)兩場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)計(jì)算所需的部分圖像亮度信息，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)計(jì)算，通過(guò)一預(yù)定搜索區(qū)域單元，計(jì)算搜索區(qū)內(nèi)的絕對(duì)差值的和，基于此值確定該預(yù)定搜索區(qū)域的運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值；運(yùn)動(dòng)等級(jí)判斷單元基于絕對(duì)差值的和的值與運(yùn)動(dòng)等級(jí)閾值的關(guān)系，通過(guò)查找表確定其運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值。
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的預(yù)定搜索區(qū)域是以當(dāng)前場(chǎng)待插補(bǔ)像素第i行第j列P(i，j，t)為中心，在先前場(chǎng)和后續(xù)場(chǎng)找到要插值的像素的對(duì)應(yīng)像素P(i，j，t-1)和P(i，j，t+1)，分別以對(duì)應(yīng)像素P(i，j，t-1)和P(i，j，t+1)為中心，搜索框大小為N×N，N為搜索框點(diǎn)數(shù)，來(lái)確定的區(qū)域計(jì)算該預(yù)定搜索區(qū)域的絕對(duì)差值的和的值，作為搜索區(qū)的運(yùn)動(dòng)信息，該裝置包括列絕對(duì)差值的和緩存單元存儲(chǔ)由列絕對(duì)差值的和計(jì)算單元所計(jì)算出的列絕對(duì)差值的和；搜索區(qū)絕對(duì)差值的和計(jì)算單元將列絕對(duì)差值的和緩存單元中的列絕對(duì)差值的和值相加以計(jì)算出搜索區(qū)的絕對(duì)差值的和值；列絕對(duì)差值的和計(jì)算單元用于計(jì)算預(yù)定搜索區(qū)域內(nèi)的列絕對(duì)差值的和。
運(yùn)動(dòng)等級(jí)判斷單元比較絕對(duì)差值的值與兩個(gè)運(yùn)動(dòng)等級(jí)閾值的大小關(guān)系，確定絕對(duì)差值和所在區(qū)間，在查找表中得出運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值，該裝置包括用以存儲(chǔ)判決結(jié)果的判決結(jié)果存儲(chǔ)器。
所述的基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元裝置，包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；檢測(cè)邊界方向單元對(duì)多個(gè)方向的邊界變化進(jìn)行估算，確定相關(guān)性最大的方向；時(shí)空中值濾波計(jì)算單元沿相關(guān)性最大的方向進(jìn)行計(jì)算，再通過(guò)中值濾波得到基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值。
混合中值濾波插值單元包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；行平均插值單元用以計(jì)算待插值點(diǎn)的上下行對(duì)應(yīng)像素的平均值；三點(diǎn)中值濾波單元用以計(jì)算三點(diǎn)中值濾波的插值；七點(diǎn)中值濾波單元用以計(jì)算七點(diǎn)中值濾波的插值；比較單元用以上三個(gè)單元所計(jì)算出來(lái)的插值，通過(guò)中值濾波的方法確定混合中值濾波插值的最后結(jié)果。
插值輸出單元包括高通濾波插值單元用以將混合中值濾波插值單元所得的插值結(jié)果乘以運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值α；低通濾波插值單元用以將基于方向的時(shí)空中值濾波插值單元所得的插值結(jié)果乘以(1-α)；權(quán)值混合單元將以上兩個(gè)插值結(jié)果相加即得最終插值。
本發(fā)明提供的可以帶來(lái)如下效果采用前后場(chǎng)相應(yīng)區(qū)域的絕對(duì)差之和檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，采用自適應(yīng)加權(quán)中值濾波插補(bǔ)像素的去隔行方法，彌補(bǔ)和消除了運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法受噪聲影響大和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，而結(jié)合了上述算法的優(yōu)點(diǎn)，既可以保持圖像的空間特性又可以保持圖像的垂直細(xì)節(jié)，同時(shí)不需要進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)信息估算，可以改善去隔行效果，大大降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高設(shè)計(jì)的可靠性，易于硬件實(shí)現(xiàn)。


圖1是去隔行裝置總體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。
圖2是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)。
圖3是權(quán)值計(jì)算單元結(jié)構(gòu)圖。
圖4是基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元結(jié)構(gòu)圖；圖5是混合中值濾波插值單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為更好的說(shuō)明本發(fā)明，首先將各算法詳細(xì)介紹如下1線性濾波算怯最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代末，具有簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，仍在計(jì)算機(jī)圖形顯示領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用。其基本思想是，各場(chǎng)中需要補(bǔ)齊的像素點(diǎn)等于它的若干相鄰點(diǎn)的加權(quán)和。用公式表達(dá)為F0(x,n)=F(x,n),(x2mod2=nmod2)ΣkF1(x·+kuy,n+m)h(k,m),(others)(k,m∈{...,-1,0,1,...},(k+m)mod2=1)]]>其中，uy＝(0，Δx2)為垂直方向上的單位向量，h(k，m)為加權(quán)系數(shù)。n＝(...-2，-1，0，1，2...)為當(dāng)前場(chǎng)的序號(hào)，m為參與當(dāng)前場(chǎng)隔行轉(zhuǎn)逐行運(yùn)算的相鄰場(chǎng)序號(hào)。從上式可以看到，線性濾波的相鄰點(diǎn)包括兩類，即同一場(chǎng)上的相鄰像素(空間相鄰點(diǎn))以及相鄰場(chǎng)上的像素(時(shí)間相鄰點(diǎn))。對(duì)于相鄰點(diǎn)的分類就引出了三種不同的濾波器類型空間濾波(Spatial Filtering)，時(shí)間濾波(Temporal Filtering)，以及時(shí)-空濾波(Spatial-Temporal Filtering)。
1.1空間濾波(Spatial Filtering)所謂空間濾波，就是在求取未知點(diǎn)的時(shí)候只使用同一場(chǎng)內(nèi)相鄰點(diǎn)的信息。最簡(jiǎn)單的空間濾波就是掃描線重復(fù)(Line Repetition)，即一場(chǎng)中未知的像素點(diǎn)直接取它上面相鄰點(diǎn)的值。如果用上述公式的形式來(lái)表示的話，那就是取h(-1，0)＝1，而其它所有的h(k，m)都為0。一種稍微復(fù)雜一點(diǎn)的形式為線平均(Line Averaging)，即未知的像素點(diǎn)等于其上下兩個(gè)相鄰己知的點(diǎn)的值的平均。即h(-1，0)＝h(1，0)＝0.5，而其他所有的h(k，m)都為0。空間濾波有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即它們?cè)跁r(shí)間頻率方向上是全通的，這說(shuō)明使用空間濾波器不會(huì)造成視頻運(yùn)動(dòng)信息上的損失。但是，由于其頻譜在垂直方向上的低通形狀，使得視頻信號(hào)在垂直方向上的一些高頻分量被抑制，從而降低了圖像在垂直方向上的清晰度。
1.2時(shí)間濾波(Temporal Filtering)與空間濾波正好相反，時(shí)間濾波器就是使用所有相鄰場(chǎng)內(nèi)的點(diǎn)來(lái)求取當(dāng)前場(chǎng)的未知像素。最簡(jiǎn)單的時(shí)間濾波就是場(chǎng)重復(fù)(Field Repetition)，即一場(chǎng)中未知的像素點(diǎn)用上一場(chǎng)對(duì)應(yīng)的已知像素值來(lái)代替。如果用上述公式的形式來(lái)表示的話，我們?nèi)(0，-1)＝1，而其他所有的h(k，m)都為0。如果視頻中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的話，這一濾波器就是最優(yōu)濾波器。
時(shí)間濾波器在垂直方向上是全通的，回此不會(huì)造成圖像垂直清晰度上的損失，但其在時(shí)間頻率上的頻譜的衰降，會(huì)造成視頻運(yùn)動(dòng)信息的損失。
1.3時(shí)空濾波(Spatial-Temporal Filtering)所謂時(shí)空濾波，就是在計(jì)算像素點(diǎn)的值的時(shí)候綜合考慮空間鄰點(diǎn)與時(shí)間鄰點(diǎn)。從理論上說(shuō)，如果視頻信號(hào)滿足采樣定理，即其頻譜沒(méi)有混疊的話，那么使用時(shí)空濾波器就能完美地從隔行信號(hào)恢復(fù)出逐行信號(hào)。一個(gè)常用的時(shí)空濾波器的系數(shù)為18h(k,m)=1,8,8,1,(k=-3,-1,1,3)∩(m=0)-5,10,-5,(k=-2,0,2)∩(m=0)0(others)]]>2.非線性算法根據(jù)上一小節(jié)的討論，我們知道在沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的情況下，時(shí)間濾波器的性能最好。而在有運(yùn)動(dòng)，但沒(méi)有過(guò)多的垂直細(xì)節(jié)的情況下，空間濾波的效果最好。為取得更好的效果，在本發(fā)明中將兩者結(jié)合起來(lái)，根據(jù)情況有選擇地使用時(shí)間濾波或空間濾彼。
3.運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法(Motion-Adaptive Algorithms)運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法就是根據(jù)上述思想發(fā)展起來(lái)的。顧名思義，運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法需要一個(gè)檢測(cè)圖像中是否存在運(yùn)動(dòng)的模塊，稱為運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊(Motion Detector)。其輸入就是視頻信號(hào)的一個(gè)固定區(qū)域，而其輸出則是一個(gè)概率值α，表明該區(qū)域存在運(yùn)動(dòng)的可能性大小。當(dāng)然，它的輸出也可以簡(jiǎn)化為一個(gè)二進(jìn)制的結(jié)果，即有無(wú)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的算法有許多，在這里只是給出運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法生效所必需滿足的條件◆相對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)，噪聲必須足夠??；◆信號(hào)中的低頻部分的能量必須大于噪聲與頻率混疊部分。
◆視頻中的物體大小必須大于像素點(diǎn)的大小。
假設(shè)針對(duì)靜止圖像的最優(yōu)濾波器輸出值為fst(x，n)，而針對(duì)活動(dòng)圖像的最優(yōu)濾波器輸出值為fmot(x，n)，而運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器給出的結(jié)果，即運(yùn)動(dòng)的概率值為α，則最終的自適應(yīng)濾波器為F0(x,n)=F(x,n),(x2mod2=nmod2)fst(x,n)(1-α)+fmot(x,n)α,(others)]]>
由上式可見(jiàn)，當(dāng)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)的可能性恨大時(shí)，結(jié)果將會(huì)傾向于采用運(yùn)動(dòng)最優(yōu)濾波器，反之則會(huì)傾向于靜止最優(yōu)濾波器，從而達(dá)到了自適應(yīng)的目的。
4.中值濾波算法(Median Filtering Algorithms)在所有的非線性算法中，中值濾波算法因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而成為很受歡迎的一種算法。它的計(jì)算公式如下F0(x,n)=F(x,n),(x2mod2=nmod2)med(F(x-ux2,n),F(x+ux2,n),F(x,n-1)),(others)]]>其中中值函數(shù)med(A，B，C)定義為med(A,B,C)=A,(B<A<C)∩(C<A<B)B,(A≤B≤C)∩(C≤B≤A)C,(others)]]>中值濾波算法實(shí)質(zhì)上包含著運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)的思想、這是因?yàn)槿绻麍D像區(qū)域是靜止的，則F(x，n-1)的值很有可能處在當(dāng)前場(chǎng)上下兩個(gè)像素點(diǎn)值的中間，此時(shí)根據(jù)中值函數(shù)的定義，F(xiàn)0(x，n)直接等于F(x，n-1)；反之，若圖像區(qū)域存在運(yùn)動(dòng)，則前后兩場(chǎng)之間的變化會(huì)較大，導(dǎo)致F(x，n-1)與處在當(dāng)前場(chǎng)的F(x-ux2，n)和F(x+ux2，n)差較遠(yuǎn)。此時(shí)，通過(guò)中值函數(shù)，最后相當(dāng)于切換到場(chǎng)平均濾波。
主要符號(hào)說(shuō)明P(i，j，n)在第n場(chǎng)內(nèi)坐標(biāo)為(i，j)的像素點(diǎn)；f(i，j，n)在第n場(chǎng)內(nèi)坐標(biāo)為(i，j)的像素點(diǎn)的值；D預(yù)定搜索框區(qū)域中像素點(diǎn)的集合；SAD絕對(duì)差之和；N搜索框內(nèi)一列像素點(diǎn)的總數(shù)，N＞1；α運(yùn)動(dòng)權(quán)值系數(shù)；th1，th2用于計(jì)算權(quán)值的兩個(gè)預(yù)定經(jīng)驗(yàn)閾值；A經(jīng)基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元計(jì)算后的第一個(gè)插值；B經(jīng)混合中值濾波插值單元計(jì)算后的第二個(gè)插值。
本發(fā)明是主要采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)來(lái)進(jìn)行加權(quán)中值濾波的裝置和方法，達(dá)到快速自適應(yīng)地進(jìn)行各行內(nèi)插像素。附圖1表明了本裝置的總體結(jié)構(gòu)圖。
人眼對(duì)亮度信號(hào)的細(xì)節(jié)比較敏感，而對(duì)色度信號(hào)的細(xì)節(jié)并不敏感。根據(jù)此特性，數(shù)字視頻信號(hào)多采用YUV4∶2∶2的格式(即亮色分離，色度信號(hào)的信息量?jī)H為亮度信號(hào)的一半)。在去隔行模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們也考慮了此方面的問(wèn)題對(duì)Y信號(hào)做運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法處理，得到細(xì)節(jié)豐富的亮度圖像；而對(duì)U、V信號(hào)只做簡(jiǎn)單的行復(fù)制算法處理，得到垂直細(xì)節(jié)有損失的色度圖像。這樣可以顯著降低去隔行處理的運(yùn)算量，大幅節(jié)省該模塊的硬件開(kāi)銷，同時(shí)得到主觀效果幾乎一致的完美逐行圖像。實(shí)施方法如下
步驟1如圖2所示，將順序輸入的視頻前一場(chǎng)、當(dāng)前場(chǎng)和下一場(chǎng)數(shù)據(jù)，以行為單位，存入SDRAM相應(yīng)的邏輯行中，通過(guò)總線管理器將SDRAM中前一場(chǎng)、當(dāng)前場(chǎng)和下一場(chǎng)相應(yīng)行的數(shù)據(jù)取出并暫存到片內(nèi)RAM中，ram1、ram2和ram3在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)存入ram1a、ram2a和ram3a中，而此時(shí)存入ram1、ram2和ram3中數(shù)據(jù)為新行的數(shù)據(jù)，這樣最終實(shí)現(xiàn)ram1和ram1a、ram2和ram2a、ram3和ram3a同時(shí)輸出前一場(chǎng)、當(dāng)前場(chǎng)和下一場(chǎng)中相鄰的兩行數(shù)據(jù)，以供核心算法部分的運(yùn)算。
步驟2如圖3所示，從搜索框的左邊開(kāi)始，按列一次取先前場(chǎng)內(nèi)預(yù)定搜索框中的像素點(diǎn)的值和后續(xù)場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的值，存入數(shù)據(jù)緩存器中。依照以下公式計(jì)算幾組相應(yīng)像素對(duì)的絕對(duì)插值的和SAD＝∑{(i，j)∈D}|f(i，j，n-1)-f(i，j，n+1)|即先取先前場(chǎng)內(nèi)位于 列的N個(gè)像素點(diǎn)和后續(xù)場(chǎng)內(nèi)位于 列的N個(gè)像素點(diǎn)，將2N個(gè)像素點(diǎn)按對(duì)應(yīng)位置組成N個(gè)像素點(diǎn)對(duì)，經(jīng)列SAD計(jì)算單元分別做差，計(jì)算絕對(duì)插值的和，并保存在列SAD緩存中。
取值遍歷整個(gè)預(yù)定搜索框后，將所得的列SAD緩存中的絕對(duì)差值和經(jīng)搜索區(qū)SAD計(jì)算單元相加即為整個(gè)搜索區(qū)域的絕對(duì)差值的和SAD。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)算法，計(jì)算一行插補(bǔ)像素NY(y，t3)所需的6行原始像素也可以理解為需要1行原始像素和N-1行運(yùn)動(dòng)量。其中，N-1行運(yùn)動(dòng)量是運(yùn)算的中間結(jié)果。另外，像素的數(shù)據(jù)量是8bit而運(yùn)動(dòng)量的數(shù)據(jù)量?jī)H為1bit。所以，我們?cè)谄獯鎯?chǔ)設(shè)備內(nèi)開(kāi)辟一塊較小的空間存儲(chǔ)N-1行運(yùn)動(dòng)量。這樣做不但可以節(jié)省片外存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)空間，更重要的是運(yùn)動(dòng)量的存儲(chǔ)可以避免不必要的重復(fù)運(yùn)算。在計(jì)算行插補(bǔ)像素時(shí)，所需的N行運(yùn)動(dòng)量有N-1行可以直接從片外存儲(chǔ)設(shè)備讀入，另外的1行運(yùn)動(dòng)量由2行原始像素算出。同時(shí)，新算出的1行運(yùn)動(dòng)量被送往片外存儲(chǔ)設(shè)備，更新對(duì)應(yīng)位置的運(yùn)動(dòng)量數(shù)據(jù)，以備后用。
步驟3如圖3所示，建立運(yùn)動(dòng)程度與運(yùn)動(dòng)權(quán)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)細(xì)節(jié)豐富程度，進(jìn)行歸一化處理，將加權(quán)系數(shù)α按以下公式計(jì)算后存入查找表中 且滿足0＜th1＜th2＜255N2。
將第二步得到的整個(gè)搜索區(qū)域的絕對(duì)差值的和SAD與查找表對(duì)比，找到對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)權(quán)值系數(shù)，存入判決結(jié)果存儲(chǔ)器中。
步驟4計(jì)算第一個(gè)插值A(chǔ)，即基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值。如圖4所示步驟a、檢測(cè)邊緣方向。
對(duì)當(dāng)前場(chǎng)待插入點(diǎn)的空域內(nèi)的五個(gè)方向的變化進(jìn)行估算。
以待插值像素點(diǎn)為中心，取3×5窗口內(nèi)的像素為原始數(shù)據(jù)，這些像素中隱含著待插值像素點(diǎn)的邊緣信息。將圖像可能的邊緣方向劃分為15°、45°、90°、135°和165°五個(gè)角度，基于這五個(gè)方向檢測(cè)圖像在此處的邊緣情況，即計(jì)算五個(gè)方向的像素對(duì)的絕對(duì)差值，找到絕對(duì)差值的最小方向作為邊緣保持方向。取邊緣保持方向上的像素對(duì)的均值作為定向?yàn)V波的一個(gè)值。
步驟b、將步驟a所得的像素對(duì)的均值加上待插值點(diǎn)在當(dāng)前場(chǎng)相鄰的上下兩個(gè)像素點(diǎn)，先前場(chǎng)和后續(xù)場(chǎng)中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)共五個(gè)像素點(diǎn)的值去中值濾波作為第一個(gè)插值的結(jié)果。
5.計(jì)算第二個(gè)插值B，即混合中值濾波插值。如圖5所示步驟a、分別計(jì)算行平均插值、三點(diǎn)中值濾波插值和七點(diǎn)中值濾波的插值。
步驟i、計(jì)算行平均插值。
取待插值點(diǎn)在當(dāng)前場(chǎng)的相鄰的上下兩個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算其均值。
步驟ii、計(jì)算三點(diǎn)中值濾波插值。
取當(dāng)前場(chǎng)待插值點(diǎn)的相鄰的上下兩個(gè)像素點(diǎn)和前一場(chǎng)中與待插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，共三個(gè)點(diǎn)計(jì)算三點(diǎn)中值濾波插值；步驟iii、計(jì)算七點(diǎn)中值濾波插值。
取當(dāng)前場(chǎng)待插值點(diǎn)的相鄰的上掃描線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)及其左右相鄰兩個(gè)像素點(diǎn)和插值點(diǎn)相鄰的下掃描線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)及其左右相鄰兩個(gè)像素點(diǎn)，加上前一場(chǎng)中與待插值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，共七個(gè)點(diǎn)計(jì)算七點(diǎn)中值濾波插值；步驟b、計(jì)算混合中值濾波將步驟a中計(jì)算的行平均插值、三點(diǎn)中值濾波插值和七點(diǎn)中值濾波的插值進(jìn)行中值濾波作為混合中值濾波的結(jié)果。
6.輸出插值像素點(diǎn)。將步驟4中所得的第一個(gè)插值和第二個(gè)插值，分別乘上步驟3所得的運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值。使用下述公式f(i，j，n)＝(1-α)*A+α*Bf(i，j，n)即是待插值像素點(diǎn)的最終結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，所述裝置包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元一個(gè)用于存儲(chǔ)視頻信號(hào)隔行掃描的三個(gè)連續(xù)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元；權(quán)值計(jì)算單元用于計(jì)算視頻圖像的運(yùn)動(dòng)程度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元檢測(cè)包含在與要插入當(dāng)前場(chǎng)的像素所相鄰的當(dāng)前場(chǎng)的像素值中的邊緣方向，并且通過(guò)方向數(shù)據(jù)使用相鄰像素值和要插值像素在先前場(chǎng)及后續(xù)場(chǎng)的對(duì)應(yīng)像素值來(lái)計(jì)算第一個(gè)插值；混合中值濾波插值單元分別計(jì)算出三點(diǎn)中值濾波和七點(diǎn)中值濾波的插值，計(jì)算行平均插值，取三個(gè)插值的平均值作為第二個(gè)插值；插值輸出單元通過(guò)使用運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值來(lái)混合前述第一個(gè)和第二個(gè)插值，輸出混合值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括按特定格式預(yù)先存放前一場(chǎng)和當(dāng)前場(chǎng)的視頻圖像數(shù)據(jù)、將后一場(chǎng)的視頻圖像數(shù)據(jù)從信號(hào)源經(jīng)濾波降噪后存回的SDRAM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，權(quán)值計(jì)算單元包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元首先需要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中讀入前一場(chǎng)和后一場(chǎng)兩場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)計(jì)算所需的部分圖像亮度信息，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)計(jì)算，通過(guò)一預(yù)定搜索區(qū)域單元，計(jì)算搜索區(qū)內(nèi)的絕對(duì)差值的和，基于此值確定該預(yù)定搜索區(qū)域的運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值；運(yùn)動(dòng)等級(jí)判斷單元基于絕對(duì)差值的和的值與運(yùn)動(dòng)等級(jí)閾值的關(guān)系，通過(guò)查找表確定其運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的預(yù)定搜索區(qū)域是以當(dāng)前場(chǎng)待插補(bǔ)像素第i行第j列P(i，j，t)為中心，在先前場(chǎng)和后續(xù)場(chǎng)找到要插值的像素的對(duì)應(yīng)像素P(i，j，t-1)和P(i，j，t+1)，分別以對(duì)應(yīng)像素P(i，j，t-1)和P(i，j，t+1)為中心，搜索框大小為N×N，N為搜索框點(diǎn)數(shù)，來(lái)確定的區(qū)域計(jì)算該預(yù)定搜索區(qū)域的絕對(duì)差值的和的值，作為搜索區(qū)的運(yùn)動(dòng)信息，該裝置包括列絕對(duì)差值的和緩存單元存儲(chǔ)由列絕對(duì)差值的和計(jì)算單元所計(jì)算出的列絕對(duì)差值的和；搜索區(qū)絕對(duì)差值的和計(jì)算單元將列絕對(duì)差值的和緩存單元中的列絕對(duì)差值的和值相加以計(jì)算出搜索區(qū)的絕對(duì)差值的和值；列絕對(duì)差值的和計(jì)算單元用于計(jì)算預(yù)定搜索區(qū)域內(nèi)的列絕對(duì)差值的和。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，運(yùn)動(dòng)等級(jí)判斷單元比較絕對(duì)差值的值與兩個(gè)運(yùn)動(dòng)等級(jí)閾值的大小關(guān)系，確定絕對(duì)差值和所在區(qū)間，在查找表中得出運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值，該裝置包括用以存儲(chǔ)判決結(jié)果的判決結(jié)果存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，所述的基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元裝置，包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；檢測(cè)邊界方向單元對(duì)多個(gè)方向的邊界變化進(jìn)行估算，確定相關(guān)性最大的方向；時(shí)空中值濾波計(jì)算單元沿相關(guān)性最大的方向進(jìn)行計(jì)算，再通過(guò)中值濾波得到基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，混合中值濾波插值單元包括數(shù)據(jù)緩存器用以存儲(chǔ)用于計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)；行平均插值單元用以計(jì)算待插值點(diǎn)的上下行對(duì)應(yīng)像素的平均值；三點(diǎn)中值濾波單元用以計(jì)算三點(diǎn)中值濾波的插值；七點(diǎn)中值濾波單元用以計(jì)算七點(diǎn)中值濾波的插值；比較單元用以上三個(gè)單元所計(jì)算出來(lái)的插值，通過(guò)中值濾波的方法確定混合中值濾波插值的最后結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，其特征是，插值輸出單元包括高通濾波插值單元用以將混合中值濾波插值單元所得的插值結(jié)果乘以運(yùn)動(dòng)信息權(quán)值α；低通濾波插值單元用以將基于方向的時(shí)空中值濾波插值單元所得的插值結(jié)果乘以(1-α)；權(quán)值混合單元將以上兩個(gè)插值結(jié)果相加即得最終插值。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字電視集成電路視頻處理領(lǐng)域，具體講是涉及采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置。為提供一種采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自適應(yīng)加權(quán)濾波的去隔行裝置，既可以保持圖像的空間特性又可以保持圖像的垂直細(xì)節(jié)，同時(shí)不需要進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)信息估算，可以改善去隔行效果，大大降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高設(shè)計(jì)的可靠性，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，裝置包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、權(quán)值計(jì)算單元、基于邊緣保持的時(shí)空中值濾波插值單元、混合中值濾波插值單元、插值輸出單元構(gòu)成。本發(fā)明主要應(yīng)用于數(shù)字視頻信號(hào)處理。
文檔編號(hào)H04N7/01GK101014086SQ200710056678
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者史再峰, 解曉東, 姚素英, 劉杰, 趙毅強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)