基于运动估计与运动补偿的去隔行算法及实现

摘要

传统模拟电视的隔行扫描方式引起的彩色爬行、画面闪烁和图像快速运动时产生的边缘模糊及锯齿等现象越来越不能满足人们对于高质量电视图像的需要。同时，大量隔行存储的视频资源即使在数字电视时代也存在再次利用的问题。因此，模拟电视的隔行扫描到逐行扫描的转换即去隔行技术是很有意义的。
　　 由于电视信号处理的实时性要求，早期的去隔行技术采用了计算量小、易于硬件实现的基于非运动补偿的算法。随着芯片运算速度的提高和存储器容量的扩大，基于运动估计与运动补偿的去隔行算法才被应用于消费类的电视产品中。
　　 本文在经典的钻石搜索法的基础上，充分利用图像序列的中心交叉偏置特性，提出了改进的钻石搜索法，进一步减少搜索所需要的点数。并且与一些比较成熟的自适应技术结合，实现了搜索起点预测、搜索模式确定、提前终止阈值确定，进一步提高了去隔行算法的准确性与效率。通过引入FIFO与乒乓操作，并且对存储结构进行合理布局，极大提升存储系统的读写效率，为算法的实时实现提供条件。针对运动估计与运动补偿算法的大运算量，采用并行结构运算，并为此专门设计了输入缓存、输出缓存、SAD计算矩阵、运动补偿运算矩阵等结构，大大节约了运算时间。为了能够保证一定的精度并兼顾运算速度，运动补偿采用了自创的亚半像素精度插值。通过模块划分以及松散的接口设计，使得运动估计的核心算法与其它模块彼此独立，便于其作为一个IP核复用，通过Design Compiler及Astro等IC设计工具，得到了较为实用的门级网表以及实现版图。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节 课题背景

1.1.1 隔行扫描的缺点

1.1.2 隔行转逐行的意义

1.1.3 去隔行算法概述

第二节 论文的主要工作和论文结构

第三节 论文的创新点

第二章 基于非运动补偿的去隔行算法

第一节 线性算法

2.1.1 空间滤波SF

2.1.2 时间滤波TF

2.1.3 时空滤波STF

第二节 非线性算法

2.2.1 中值滤波算法

2.2.2 运动自适应算法

第三章 基于运动估计与运动补偿的去隔行算法

第一节 块匹配算法原理

第二节 块匹配算法中的关键问题

3.2.1 分块大小

3.2.2 块匹配准则

3.2.3 搜索窗大小

3.2.4 像素精度

第三节 典型的基于块匹配的运动估计算法

3.3.1 全搜索法(FS)

3.3.2 三步搜索法(TSS)

3.3.3 四步搜索法(FSS)

第四节 钻石搜索法

3.4.1 运动矢量的交叉中心偏置分布特性

3.4.2 基于运动矢量交叉中心偏置分布特性的钻石搜索法

第五节 运动补偿

3.5.1 运动补偿方式

3.5.2 重叠块运动补偿

第四章 改进的基于运动估计与运动补偿的去隔行算法

第一节 搜索起点预测技术

4.1.1 搜索起点预测的基本原理

4.1.2 搜索起点的预测方法

4.1.3 本文的搜索起点预测方法

第二节 自适应搜索模式选择

4.2.1 自适应搜索模式的基本原理

4.2.2 搜索模式的预测方法

第三节 提前终止技术

4.3.1 提前终止技术的基本原理

4.3.2 提前终止阈值的预测方法

第四节 改进的自适应的钻石搜索法

4.4.1 改进的搜索模板

4.4.2 与自适应技术结合的改进的钻石搜索法

第五节 采用亚半像素精度的平移合成运动补偿

第五章 基于运动估计与运动补偿的去隔行算法的硬件实现

第一节 视频格式预处理与后处理

5.1.1 视频格式预处理

5.1.2 视频格式后处理

第二节 存储管理系统的设计与实现

5.2.1 整个系统的存储需求

5.2.2 读入FIFO与读出FIFO的设计与使用

5.2.3 SSRAM的存储安排

5.2.4 算法模块的缓存设计

5.2.5 存储控制器模块的设计

第三节 运动估计与运动补偿算法模块的计算部分的实现

5.3.1 SAD计算模块

5.3.2 运动补偿算法模块

第四节 运动估计与运动补偿算法模块的算法实现部分

5.4.1 算法的前期处理

5.4.2 算法的主控状态机

5.4.3 算法的后期处理

5.4.4 算法的IP封装

第五节 去隔行算法的FPGA硬件实现与结果分析

5.5.1 去隔行算法的FPGA硬件实现及软件仿真

5.5.2 去隔行算法的结果分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、学术论文与研究成果