高清视频去隔行处理系统的关键技术研究

论文摘要

随着计算机技术、通讯技术以及超大规模集成电路技术的进步和相互融合,电视行业正在经历一场由模拟电视全面向数字电视转换的发展过程。由于数字电视巨大的市场潜力,作为数字电视系统核心的数字视频图像后处理芯片及相关技术的研发,成为了行业关注和竞争的焦点。对于高清晰度数字电视来说,视频后处理技术中最为重要的部分就是视频信号的去隔行处理功能,但已有的去隔行算法已经无法适应高清视频图像处理高性能、低成本的要求,因此本文针对高清数字电视应用进行了去隔行处理关键技术的深入研究。本文是天津市重大科技攻关计划项目“视频信号处理芯片的研发”课题的延伸,并与晶宝利公司合作进行高清数字电视后处理芯片的产品化开发。本文提出了结合电影模式处理和图像预降噪的高清视频去隔行处理系统,其主要创新点为去隔行插值、电影模式处理和隔行图像预降噪等三方面关键技术的新型算法研究。本文提出了基于全局统计和边缘平滑滤波的新型视频去隔行图像插值技术。该技术采用全局统计运动检测技术获取运动信息,同时结合边缘平滑滤波的场内相关性插值技术,进行高清视频图像自适应插值计算。实验结果表明,该技术的算法复杂度适当,对动态和静止图像都有较好的处理效果。文章提出了一种新型全格式电影模式处理技术。该技术利用逐像素的帧、场变化统计以及基于高斯分类的电影模式状态识别对电影模式源进行检测和处理。在实现方法上采用软硬件协同处理的方式,节省硬件资源占用的同时保证了处理模式的可更新性。实验结果表明,该技术可以有效识别各种电影模式序列以及影视混合图像并进行处理,图像还原结果得到有效保证。本文还提出了隔行图像自适应预降噪技术。该技术根据去隔行插值处理的数据结构,利用噪声的概率分布特征进行统计和分析,有针对性的采用场内滤波和场间滤波相结合的自适应降噪处理方法,有效的降低了常见高斯噪声和椒盐噪声的影响,提升了图像质量。最后,论文给出了高清视频去隔行处理系统的芯片架构和功能模块设计,并且定义了模块间的时序关系。仿真测试结果显示本系统设计满足高清视频处理时序要求,整体系统资源占用适当,适合于高清数字电视视频后处理芯片的实时应用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 数字电视现状
• 1.1.2 视频后处理芯片简介
• 1.1.3 课题意义
• 1.2 本文的创新点
• 1.3 主要内容安排
• 第2章 高清视频去隔行处理系统概述
• 2.1 去隔行处理基础
• 2.1.1 隔行与逐行视频的基本概念
• 2.1.2 高清隔行视频可能导致的图像问题
• 2.1.3 去隔行处理的空间域与频率域相关性
• 2.2 高清视频去隔行处理系统
• 第3章 去隔行插值技术
• 3.1 去隔行插值方法概述
• 3.1.1 线性方法
• 3.1.2 非线性方法
• 3.1.3 基于运动补偿的去隔行算法
• 3.2 新型高清视频运动自适应插值技术
• 3.2.1 图像数据对应关系
• 3.2.2 结合全局运动统计的运动检测
• 3.2.3 结合边缘平滑滤波处理的场内插值
• 3.2.4 场间插值
• 3.2.5 自适应插值处理
• 3.2.6 色度插值
• 3.3 实验测试
• 3.3.1 客观数据比较
• 3.3.2 主观图像测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 电影模式处理技术
• 4.1 电影模式处理概述
• 4.1.1 电影模式3-2 序列
• 4.1.2 电影模式2-2 序列
• 4.1.3 其它电影模式序列
• 4.2 全格式电影模式处理技术
• 4.2.1 电影模式参考信息统计单元
• 4.2.2 电影模式状态识别单元
• 4.2.3 逐点状态分类单元
• 4.2.4 算法测试和分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 隔行视频的预降噪技术
• 5.1 降噪技术概述
• 5.1.1 噪声特点和模型
• 5.1.2 基本降噪方法
• 5.2 隔行图像预降噪处理技术
• 5.2.1 噪声功率统计
• 5.2.2 噪声分类
• 5.2.3 噪声标志判断
• 5.2.4 自适应降噪处理
• 5.2.5 算法测试
• 5.3 本章小结
• 第6章 去隔行系统的芯片设计研究
• 6.1 系统架构
• 6.2 功能模块设计
• 6.2.1 彩色空间转换
• 6.2.2 去隔行插值单元
• 6.2.3 电影模式处理单元
• 6.2.4 预降噪单元
• 6.3 接口关系及时序
• 6.4 实验结果
• 6.4.1 资源代价分析
• 6.4.2 ASIC设计测试
• 6.4.3 FPGA设计测试
• 6.4.4 仿真测试
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢