CN100459693C - 一种运动补偿插帧装置及插帧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运动补偿插帧装置，包括互相连接的物体/显露区运动矢量插值器和遮挡区运动矢量插值器，并且均与运动矢量计数器和运动矢量插值缓存器相连接，运动矢量计数器和运动矢量插值缓存器还连接有视频数据插值器。本发明还涉及运动补偿插帧方法，包括：物体/显露区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的物体区和显露区运动矢量的信息；运动矢量计数器记录穿过每个被插像素运动矢量的个数，遮挡区运动矢量终止位置的击中标志位置1；遮挡区运动矢量插值器获取穿过被插值像素遮挡区运动矢量信息；运动矢量计数器记录穿过每个被插像素的运动矢量的总个数；视频数据插值器根据运动矢量插值缓存器的信息计算插值像素的视频数据。

Description

一种运动补偿插帧装置及插帧方法

技术领域

本发明涉及一种运动补偿插帧装置及插帧方法，尤其是一种可以用于解决遮挡问题的运动补偿插帧装置及插帧方法。

背景技术

显示设备显示图像的质量在很大程度上取决于扫描模式和图像的刷新率，传统的显示设备的扫描模式是隔行扫描，其图像的刷新率一般为60场/秒。

为了提高图像的质量现有的方法大多是采用逐行扫描和提高刷新率，提高刷新率的方法即进行插帧，通常采用的插帧装置和插帧方法是利用缓存器来重复前一帧图像。因此，插入的帧和前一帧的图像是完全相同的，对于静止图像，因为每一帧的画面均相同，因此这种方法对于提高静止图像的质量效果很好，而且非常简单就可以实现，但是对于运动图像的处理却有很多问题，即会出现运动物体的“闪烁”现象，使得人眼非常容易疲劳。而且现在的显示设备向大尺度化和高亮度化的方向发展，对于这些显示设备就更加凸现“闪烁”的问题。

另一种运动补偿插帧装置和插帧方法是基于运动分割的运动估计补偿装置及其方法，这种插帧装置和方法虽然可以解决“闪烁”的问题，但是会使得插入的帧无法逐点完成，并且虽然这种装置和方法可以有效提高运动物体的插值效果，但是由于无法获得遮挡/显露区像素的运动矢量，因此无法改善遮挡/显露区的插帧效果，即无法很好的对遮挡区进行估计和处理，所以插入帧的效果仍然不理想。

并且现有的运动补偿插帧装置和插帧方法均无法实现对于任意时间点的插帧。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动补偿插帧装置和插帧方法，可以实现任意时间点的逐点插帧，而且可以有效处理遮挡区的插值。

为实现上述目的，本发明提供了一种运动补偿插帧装置，包括：

一物体/显露区运动矢量插值器，用于获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息；

一遮挡区运动矢量插值器，与所述物体/显露区运动矢量插值器相连接，用于获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的信息；

一运动矢量计数器，与所述物体/显露区运动矢量插值器和遮挡区运动矢量插值器相连接，用于记录穿过同一被插像素的运动矢量的个数；

一运动矢量插值缓存器，与所述物体/显露区运动矢量插值器和遮挡区运动矢量插值器相连接，用于记录穿过被插值像素的所有物体区、显露区和遮挡区运动矢量的相关信息；

一视频数据插值器，与所述运动矢量计数器和运动矢量插值缓存器相连接，用于计算插值像素的视频数据。

本发明还提供了一种运动补偿插帧方法，包括以下步骤：

步骤1、物体/显露区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤2、所述运动矢量计数器记录上述步骤1中穿过每个被插像素的运动矢量的个数，遮挡区运动矢量终止位置的击中标志位置1；

步骤3、遮挡区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤4、所述运动矢量计数器记录上述步骤1和步骤3中穿过每个被插像素的运动矢量的总个数；

步骤5、视频数据插值器根据运动矢量插值缓存器的信息计算插值像素的视频数据。

所述步骤1具体为：

步骤11、物体/显露区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和，该被插帧的时间的下一帧时刻的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出物体区和显露区运动矢量穿过的位置，以及最近的整数像素点的坐标；

步骤12、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有物体区和显露区运动矢量的相关信息，包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型，该运动矢量的起始位置和终止位置。

所述步骤3具体为：

步骤31、遮挡区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和，击中标志位为1的该插帧时刻的前一帧时刻的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出遮挡区运动矢量穿过的位置以及最近的整数像素点的坐标；

步骤32、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有遮挡区运动矢量的相关信息；包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型、该运动矢量的起始位置和终止位置。

步骤5具体为：

步骤51、视频数据插值器读取运动矢量插值缓存器内运动矢量的信息，并计算每个像素点的视频数据；

步骤52、视频数据插值器将插值成功的像素的置信度标志位置1。

所述步骤51具体为：

步骤511、视频数据插值器计算每个穿过被插像素的运动向量插出的YUV值；

步骤512、根据矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离计算出权重；

步骤513、根据所述矢量对应的权重与像素YUV值得到被插值像素的YUV的值。

因此，本发明具有以下优点：

1、实现了任意时间点的插帧，即在任意相邻两帧之间插入多帧，提高了刷新率。

2、实现了对于遮挡区的插值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的运动补偿插帧方法遮挡区和显露区插值的原理图。

图2为本发明的运动补偿插帧装置的结构示意图。

图3为本发明的运动补偿插帧方法一实施例的流程图。

图4为本发明的运动补偿插帧方法另一实施例的流程图。

图5为本发明的运动补偿插帧方法计算视频数据的流程图。

图6为本发明的运动补偿插帧方法计算视频数据的示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明遮挡区和显露区插值的原理图。所谓遮挡区就是在前一时刻存在，在下一时刻被运动物体遮挡的背景区域，而显露区就是在前一时刻被运动物体遮挡，而在下一时刻由于物体运动而显露出来的背景区域。如图1所示，A、B和C区域为运动物体的背景区域，从T-3时刻到T-1时刻，由于运动物体D的运动，背景区域B被D遮挡，因此B便成为遮挡区，而从T-1时刻到T+1时刻，由于运动物体D的运动，背景区域A被D遮挡，因此A便成为遮挡区，而本来被遮挡的背景区域C区显露出来，C便成为显露区，从T+1时刻到T+3时刻，又由于D的运动，背景区域B区也显露出来，B区又成为了显露区。

如果在T时刻插入一帧，在此时刻A区的运动矢量是不存在的，但是T-3时刻到T-1时刻的A区运动矢量是可知的，在假设背景区域不变的情况下，认为T-1时刻到T+1时刻的运动矢量等于T-3时刻到T-1时刻的运动矢量。同理，此时刻C区的运动矢量是不存在的，T+1时刻到T+3时刻的C区运动矢量是可知的，在假设背景区域不变的情况下，认为T-1时刻到T+1时刻的运动矢量等于T+1时刻到T+3时刻的运动矢量。

如图2所示，为本发明运动补偿插帧装置的结构示意图，包括物体/显露区运动矢量插值器1、运动矢量计数器2、遮挡区运动矢量插值器3、运动矢量插值缓存器4和视频数据插值器5，物体/显露区运动矢量插值器1和遮挡区运动矢量插值器3相连接，并且均与运动矢量计数器2和运动矢量插值缓存器4相联接，运动矢量计数器2和运动矢量插值缓存器4与视频数据插值器5相连接。

各个部件功能如下：

物体/显露区运动矢量插值器，用于获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息；

运动矢量计数器，用于记录穿过同一被插像素的运动矢量的个数；

遮挡区运动矢量插值器，用于获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的信息；

运动矢量插值缓存器，用于记录穿过被插值像素的所有物体区、显露区和遮挡区运动矢量的相关信息；

视频数据插值器，用于计算插值像素的视频数据。

如图3所示，为本发明运动补偿插帧方法的流程图，具体步骤如下：

步骤101、物体/显露区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤102、运动矢量计数器记录上述步骤101中穿过每个被插像素的运动矢量的个数，遮挡区运动矢量终止位置的击中标志位置1；

步骤103、遮挡区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的相关信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤104、运动矢量计数器记录步骤103中穿过每个被插像素的运动矢量的个数；

步骤105、视频数据插值器根据运动矢量插值缓存器的信息计算插值像素的视频数据。

由此实现了对于遮挡区的插值。

如图4所示，为本发明运动补偿插帧方法另一实施例的流程图，具体步骤如下：

步骤201、物体/显露区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和该被插帧的时间的下一帧时刻T+1的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出物体区和显露区运动矢量穿过的位置，以及最近的整数像素点的坐标；

物体区和显露区运动矢量穿过的位置＝T+1帧到T-1帧的运动矢量×插帧的时间位置系数，该系数在0～1之间由插帧的时刻而定，此位置即为被插帧的坐标，为非整数坐标；插帧时刻可以任意选择，是因为本方法采用查表的方式实现，理论上只要寄存器内的表无限大，就可以实现任一时刻插值，并且可以在任意相邻两帧之间插入多帧，提高了刷新率；

步骤202、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有物体区和显露区运动矢量的相关信息，包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型(物体区，遮挡区或显露区)，该运动矢量的起始位置和终止位置；

这些信息用于计算被插帧像素的视频数据；

步骤203、运动矢量计数器记录上述穿过同一被插像素的运动矢量的个数；

步骤204、遮挡区运动矢量终止位置的击中标志位置1；

表示T+1(被插帧的时间的下一帧时刻)的运动矢量的终止位置在T-1上，如果T-1上的像素没有被T+1的运动矢量击中，则该像素属遮挡区，会在以后的步骤中进一步处理；

步骤211、遮挡区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和击中标志位为1的该插帧时刻的前一帧时刻的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出遮挡区运动矢量穿过的位置以及最近的整数像素点的坐标；

遮挡区运动矢量穿过的位置＝-(T-1帧到T-3帧的运动矢量)×(1-插帧的时间位置系数)，该系数在0～1之间由插帧的时刻而定，此位置即为被插帧的坐标，为非整数坐标；

步骤212、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有遮挡区运动矢量的相关信息；包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型(物体区、遮挡区或显露区)、该运动矢量的起始位置和终止位置；

这些信息在步骤3来计算被插像素的视频信息；

步骤213、运动矢量计数器记录上述穿过同一被插像素的运动矢量的个数；

步骤221、视频数据插值器读取运动矢量插值缓存器内运动矢量的信息，并计算每个像素点的视频数据；

计算像素点的视频数据的方法很多，例如图5所示，视频数据插值器读取运动矢量插值缓存器内运动矢量的相关信息，并计算每个像素点的视频数据，

步骤2210、计算每个穿过被插像素的运动向量插出的YUV值，该计算对不同区域有不同处理；

对于物体区的插值像素YUV值＝(T+1时刻的YUV值+T-1时刻的YUV值)/2；显露区的插值像素YUV值＝T+1时刻的YUV值；遮挡区的插值像素YUV值＝T-1时刻的YUV值；

步骤2211、根据矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离计算权重；参见图6所示；

DSum＝D1+D2+…+DN

W1＝(1-D1)/(N-DSum)

W2＝(1-D2)/(N-DSum)

…

Wn＝(1-Dn)/(N-DSum)

其中N表示计数器记录的穿过该点的矢量个数；W1，W2，…，Wn表示各矢量的权重；D1，D2，…，Dn表示各矢量穿过位置距整数点的距离；DSum表示距离和；

步骤2212、最后得到被插值像素的YUV的值，被插像素YUV值＝W1*YUV1+W2*YUV2+…+Wn*YUVn。

步骤222、视频数据插值器将插值成功的像素的置信度标志位置1，该标志位说明相对应的像素已经插值成功。

由此，本发明实现了任意时间点的插帧，即在任意相邻两帧之间插入多帧，提高了刷新率，并且实现了对于遮挡区的插值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1、一种运动补偿插帧装置，其中包括：

一物体/显露区运动矢量插值器，用于获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息；

一遮挡区运动矢量插值器，与所述物体/显露区运动矢量插值器相连接，用于获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的信息；

一运动矢量计数器，与所述物体/显露区运动矢量插值器和遮挡区运动矢量插值器相连接，用于记录穿过同一被插像素的运动矢量的个数；

一运动矢量插值缓存器，与所述物体/显露区运动矢量插值器和遮挡区运动矢量插值器相连接，用于记录穿过被插值像素的所有物体区、显露区和遮挡区运动矢量的相关信息；

一视频数据插值器，与所述运动矢量计数器和运动矢量插值缓存器相连接，用于计算插值像素的视频数据。

2、一种基于上述权利要求1的运动补偿插帧方法，其中包括以下步骤：

步骤1、物体/显露区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的物体区和显露区的运动矢量的信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤2、所述运动矢量计数器记录上述步骤1中穿过每个被插像素的运动矢量的个数，遮挡区运动矢量终止位置的击中标志位置1；

步骤3、遮挡区运动矢量插值器获取穿过被插值像素的遮挡区运动矢量的信息，并发送与运动矢量插值缓存器；

步骤4、所述运动矢量计数器记录上述步骤1和步骤3中穿过每个被插像素的运动矢量的总个数；

步骤5、视频数据插值器根据运动矢量插值缓存器的信息计算插值像素的视频数据。

3、根据权利要求2所述的运动补偿插帧方法，其中所述步骤1具体为：

步骤11、物体/显露区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和该被插帧的时间的下一帧时刻的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出物体区和显露区运动矢量穿过的位置，以及最近的整数像素点的坐标；

步骤12、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有物体区和显露区运动矢量的相关信息，包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型，该运动矢量的起始位置和终止位置。

4、根据权利要求2或3所述的运动补偿插帧方法，其中所述步骤3具体为：

步骤31、遮挡区运动矢量插值器读取被插帧的时间位置和击中标志位为1的该插帧时刻的前一帧时刻的运动矢量，并根据这个时刻的运动矢量计算出遮挡区运动矢量穿过的位置以及最近的整数像素点的坐标；

步骤32、运动矢量插值缓存器记录穿过被插值像素的所有遮挡区运动矢量的相关信息，包括该矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离、该矢量所属的区域类型、该运动矢量的起始位置和终止位置。

5、根据权利要求2或3所述的运动补偿插帧方法，其中所述步骤5具体为：

步骤51、视频数据插值器读取运动矢量插值缓存器内运动矢量的信息，并计算每个像素点的视频数据；

步骤52、视频数据插值器将插值成功的像素的置信度标志位置1。

6、根据权利要求5所述的运动补偿插帧方法，其中所述步骤51具体为：

步骤511、视频数据插值器计算每个穿过被插像素的运动向量插出的YUV值；

步骤512、根据矢量实际穿过位置与最近的整数像素点的距离计算出权重；

步骤513、根据所述矢量对应的权重与像素YUV值得到被插值像素的YUV的值。

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