基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法及系统，该方法包括：对输入的同极性场图像cf和p2之间进行3DRS运动估计进行第一次搜索得到收敛的当前场cf的同极性场运动矢量场；对图像p2'和p1之间进行3DRS运动估计进行第二次搜索，使其收敛于真实运动矢量，得到当前插值场p1的异极性场运动矢量场；根据异极性场的运动矢量投影到参考帧p2'上，找到与当前块匹配最好的参考块像素对当前补偿插值场p1进行运动补偿去隔行，输出当前去隔行结果，本发明专利技术不仅可克服现有运动估计存在的计算复杂度高和收敛速度慢问题，且可解决现有同极性场重复帧场景的去隔行闪烁以及异极性场运动矢量在时间域中不一致导致去隔行出现错误、锯齿、羽化问题。

【技术实现步骤摘要】
基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法及系统
本专利技术涉及视频图像处理领域，特别是涉及一种基于双极性场的3DRS(3-DimensionRecursiveSearch，三维递归搜索)运动估计的运动补偿去隔行方法及系统。
技术介绍
基于隔行扫描(InterlacedScanning)的视频信号的传统电视系统从20世纪30年代出现到现在已经沿用了数十年，现在大部分的视频系统主要都以PAL(PhaseAlterationLine,逐行倒相)，NTSC(NationalTelevisionStandardsCommittee，国家电视标准委员会)制式来记录或者转换视频。隔行扫描技术就是把每一帧图像分割为顶场(TopField)和底场(BottomField)进行隔行显示场图像，隔行扫描的行扫描频率为逐行扫描频率的一半，视频信号的频谱以及传送视频信号的信道带宽也是逐行扫描的一半。由于视觉暂留效应，人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧图像，这就在主观认为图像质量下降不多的情况下，有效的增加了信道的利用率，由于早期通信技术不发达，为了节省有限的带宽，在传统的模拟信号电视中普遍采用隔行扫描的技术。但是，隔行扫描有一些缺点：运动物体模糊、边界闪烁、羽化、画面抖动、斜边有锯齿等缺陷现象。随着数字电视和高清晰度电视技术的发展和成熟以及人们对视频质量要求的逐步提高，逐行扫描方式已经成为数字电视扫描方式的首选方案，当前新型的平板显示终端也都是支持逐行扫描的显示器件。但是在此之前遗留了大量的以隔行扫描方式记录的视频文件，因此就需要将其转换为逐行扫描的视频文件，去隔行技术就是将隔行扫描信号转换为逐行扫描信号的一种视频格式转换技术。目前，去隔行技术主要分为三大类：基于空域2D插值技术的去隔行、基于时域2D插值技术的去隔行以及基于时空域3D插值技术的去隔行。空域2D插值就是通过场内信息还原待处理像素点；时域2D插值就是利用不同场之间的相关性还原图像；时空域3D插值就是综合利用场间和场内信息进行插值，其算法主要有：内容自适应、运动自适应和运动补偿等算法，其中运动补偿算法能很好的保留运动物体的时域和空域细节，是目前最先进的去隔行算法。一方面，很多视频处理技术中都会用到运动估计(MotionEstimation)来寻找正确的运动矢量(MotionVector)，比如MPEG-2视频帧间预测编码中的运动补偿，以及去隔行处理当中的运动补偿去隔行。所谓运动估计，是寻找与当前处理的块匹配(BlockMatch)最好的参考块。目前采用最多的是全搜索(FS)，另外还有三步法(TSS)，四步法(FSS)，钻石法(DS)，多层金字塔3DRS等快速算法。但是这些算法都有缺陷，全搜索计算复杂度太高；三步法(TSS)，四步法(FSS)，钻石法(DS)收敛速度慢；而多层金字塔3DRS计算复杂度高，需要多层反复搜索才能达到一定的收敛速度。另一方面，目前市场上的运动补偿去隔行方法，首先在同极性场(连续相邻的顶场-顶场或者底场-底场)内做的运动估计计算出当前场的运动矢量场，然后再根据当前场的运动矢量映射到参考场中的像素作为当前场的去隔行的运动补偿插值像素，但是，该方法存在一个致命的问题：通常相邻两场(异极性场)之间的运动是不一致的，不能简单的通过同极性场运动进行运动补偿，容易造成补偿错误，比如：同极性场间是重复帧(repeatframe)，异极性场间有运动，此时通过同极性场运动估计出的运动矢量(即0Mv矢量)进行异极性场补偿插值去隔行，会导致去隔行图像效果闪烁，羽化等图像缺陷，从而导致人眼观看此类图像会感到不舒服，视觉疲劳。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法及系统，以解决现有技术中的同极性场重复帧场景的去隔行闪烁问题现象，以及同极性场运动矢量和异极性场运动矢量在时间域中不一致导致去隔行出现错误、锯齿、羽化问题现象。本专利技术之另一目的在于提供一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法及系统，以克服现有运动估计技术存在的计算复杂度高和收敛速度慢的问题。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，包括如下步骤：步骤一，对输入的同极性场图像cf和p2之间进行3DRS运动估计进行第一次搜索得到收敛的当前场cf的同极性场运动矢量场，其中，cf表示当前场图像，p2表示运动估计的参考场图像；步骤二，对图像p2'和p1之间进行3DRS运动估计进行第二次搜索，进一步精确运动矢量搜索，使其收敛于真实运动矢量，得到当前插值场p1的异极性场运动矢量场，其中p1表示当前输入的场图像，p2'为异极性场运动估计的参考帧图像；步骤三，根据异极性场的运动矢量投影到参考帧p2'上，找到与当前块匹配最好的参考块像素对当前补偿插值场p1进行运动补偿去隔行，输出当前去隔行结果。优选地，步骤一进一步包括如下步骤：对输入的场图像cf按照图像块单元切分，其中cf为当前场图像；将输入的p1场块运动矢量作为当前场的时域候选矢量，以切分的图像块为基本单位和p2场图像信号为参考场，基于空域、时域、0Mv、随机运动候选矢量的多类候选矢量选取和优化进行同极性场3DRS运动估计，其中p1表示前一场图像，p2表示前前场图像；输出当前场cf的同极性块运动矢量场。优选地，所述同极性场3DRS运动估计进一步包括如下步骤：步骤S2.1，根据切分的当前图像块cfblk的块空间位置坐标，进行空域候选矢量，时域候选矢量，0Mv候选矢量以及随机运动候选矢量的多类候选矢量选择；步骤S2.2，计算各候选矢量的SAD值；步骤S2.3，根据各候选矢量的SAD值计算各候选矢量的惩罚量；步骤S2.4，根据各候选矢量的SAD值与各候选矢量的惩罚量选择最优候选矢量；步骤S2.5，根据选择的最优候选矢量计算自适应搜索步长因子；步骤S2.6，根据更新候选基矢量和自适应搜索步长因子选择最优更新候选矢量，并将其输出到当前场的块运动矢量缓存中作为下一个图像块的空域候选矢量、邻域候选矢量和下一图像场的时域候选矢量。优选地，于步骤S2.2中，根据当前图像块cfblk的位置，以及空域候选矢量、时域候选矢量、0Mv候选矢量、随机运动候选矢量的运动大小，分别将其投影到同极性场p2上，得到对应的图像块记为p2blk，分别计算其对应图像块与前图像块cfblk的时域距离，符号记为SAD。优选地，步骤2.3进一步包括：根据各候选矢量的类型分别计算各自的惩罚因子；计算各候选矢量同当前块的邻域运动矢量的距离；根据各惩罚因子及各候选矢量与当前块的邻域运动矢量的距离分别计算各候选矢量的惩罚量。优选地，步骤S2.4进一步包括：根据计算获得的各候选矢量的SAD以及各候选矢量的惩罚量，计算得到各候选矢量对应的图像块匹配值SADP；根据各候选矢量约束后的SADP值，选择最优的候选矢量。优选地，于步骤S2.5，更新搜索步长因子计算公式如下：β＝max[1,min(βmax,λ·SADmin)]其中，λ为步长因子的预设系数，βmax为步长因子的预设最大阈值，β表示自适应搜索步长因子，SADmin为最优候选矢量。优选地，步骤2.6进一步包括：根据更新候选基矢量和自适应搜索步长因子，计算出更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，包括如下步骤：步骤一，对输入的同极性场图像cf和p2之间进行3DRS运动估计进行第一次搜索得到收敛的当前场cf的同极性场运动矢量场，其中，cf表示当前场图像，p2表示运动估计的参考场图像；步骤二，对图像p2'和p1之间进行3DRS运动估计进行第二次搜索，进一步精确运动矢量搜索，使其收敛于真实运动矢量，得到当前插值场p1的异极性场运动矢量场，其中p1表示当前输入的场图像，p2'为异极性场运动估计的参考帧图像；步骤三，根据异极性场的运动矢量投影到参考帧p2'上，找到与当前块匹配最好的参考块像素对当前补偿插值场p1进行运动补偿去隔行，输出当前去隔行结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，包括如下步骤：步骤一，对输入的同极性场图像cf和p2之间进行3DRS运动估计进行第一次搜索得到收敛的当前场cf的同极性场运动矢量场，其中，cf表示当前场图像，p2表示运动估计的参考场图像；步骤二，对图像p2'和p1之间进行3DRS运动估计进行第二次搜索，进一步精确运动矢量搜索，使其收敛于真实运动矢量，得到当前插值场p1的异极性场运动矢量场，其中p1表示当前输入的场图像，p2'为异极性场运动估计的参考帧图像；步骤三，根据异极性场的运动矢量投影到参考帧p2'上，找到与当前块匹配最好的参考块像素对当前补偿插值场p1进行运动补偿去隔行，输出当前去隔行结果。2.如权利要求1所述的基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，其特征在于，步骤一进一步包括如下步骤：对输入的场图像cf按照图像块单元切分，其中cf为当前场图像；将输入的p1场块运动矢量作为当前场的时域候选矢量，以切分的图像块为基本单位和p2场图像信号为参考场，基于空域、时域、0Mv、随机运动候选矢量的多类候选矢量选取和优化进行同极性场3DRS运动估计，其中p1表示前一场图像，p2表示前前场图像；输出当前场cf的同极性块运动矢量场。3.如权利要求2所述的基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，其特征在于，所述同极性场3DRS运动估计进一步包括如下步骤：步骤S2.1，根据切分的当前图像块cfblk的块空间位置坐标，进行空域候选矢量，时域候选矢量，0Mv候选矢量以及随机运动候选矢量的多类候选矢量选择；步骤S2.2，计算各候选矢量的SAD值；步骤S2.3，根据各候选矢量的SAD值计算各候选矢量的惩罚量；步骤S2.4，根据各候选矢量的SAD值与各候选矢量的惩罚量选择最优候选矢量；步骤S2.5，根据选择的最优候选矢量计算自适应搜索步长因子；步骤S2.6，根据更新候选基矢量和自适应搜索步长因子选择最优更新候选矢量，并将其输出到当前场的块运动矢量缓存中作为下一个图像块的空域候选矢量、邻域候选矢量和下一图像场的时域候选矢量。4.如权利要求3所述的基于双极性场的运动估计的运动补偿去隔行方法，其特征在于，于步骤S2.2中，根据当前图像块cfblk的位置，以及空域候选矢量、时域候选矢量、0Mv候选矢量、随机运动候选矢量的运动大小，分别将其投影到同极性场p2上，得到对应的图像块记为p2blk，分别计算其对应图像块与前图像块cfblk的时域距离，符号记为SAD。5.如权利要求3所述的基于双极性场的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，查毓水，林江，王洪剑，
申请(专利权)人：上海通途半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31