CN101442648A - 场内插值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及视频处理技术，具体涉及隔行视频信号向逐行视频转换技术。本发明提供一种考虑更多角度像素相关性来确定插值方向并能消除孤立点噪声的场内插值方法，参考角度取九个方向，分为四个小角度方向与五个邻近方向。在一些像素相关性差距不大的区域，如果选中小角度进行插值的话，可能会给该区域引入噪声点，所以，只要邻近方向的像素相关性达到第一预设值后，就不考虑小角度因素在这个五个邻近方向中选择像素相关性最大的方向进行插值，如考虑小角度还需判断该小角度的补角的方向的像素相关性是否小于第二预设值，如是，选用小角度，如否，在五个邻近方向中选择像素相关性最大的方向进行插值。本发明能够得到光滑边缘、细节无闪烁的插值结果。

Description

场内插值方法
技术领域
本发明涉及视频处理技术，具体涉及隔行视频信号向逐行视频转换技术。
技术背景
由于受到传输带宽的限制，电视台发送的电视信号都不是完整的图像，而是将一个场景分成奇场和偶场两个部分分时发送，这样就产生隔行视频信号。但是随着数字信号处理技术的不断发展和宽屏幕平板电视的出现，人们对电视显示质量的要求越来越高，电视台发送的隔行信号在目前的高端平板电视上显示就会出现严重的屏闪、锯齿等严重问题。去隔行技术正是为了解决隔行视频信号和高端电视之间矛盾产生的。
去隔行算法根据其所用滤波器的种类不同分为线性算法、非线性算法、运动补偿算法和运动自适应算法。线性算法包括行复制、行平均等，去隔行后视频图像模糊并产生严重矩尺；非线性算法包括中值滤波和一些拟和算法；运动补偿算法理论上是效果最好的，但是由于其算法复杂度高，硬件实现成本高等原因还没有成为目前产品的主流方案；而运动自适应算法根据运动检测得到的运动参数来选择场内插值或场间复制，是目前大多消费产品选择的去隔行方案。
现有技术中的场内插值大体可以分为行复制、行平均、基于方向插值等方法，行复制和行平均由于插值效果较差很少使用，基于方向的插值算法大体思路是：首先判断待插值点所在的方向，然后用该方向上相临近的几个像素点加权插值。但是目前的基于方向插值的方法存在以下三个缺陷：
1、方向选取不够，容易产生锯齿；
2、小角度插值由于选取的像素点相距远，容易引入孤立点噪声；
3、细节丰富的图像区域去经过边缘插值后闪烁厉害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种考虑更多角度像素相关性来确定插值方向的场内插值方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，场内插值方法，包括以下步骤：
a、选取待插值点上下两行各9个相邻像素点的像素值，上行9个相邻像素点的像素值从左至右依次为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9，下行9个相邻像素点的像素值从左至右依次为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9；
b、根据过不同方向在上下两行各9个相邻像素点中对应像素点的像素值绝对差和的平均，得到九个方向的像素相关性：
第一方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a7-b1|+|a8-b2|+|a9-b3|)/3
第二方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a6-b3|+|a7-b4|)/2
第三方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a5-b3|+|a6-b4|+|a7-b5|)/3
第四方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a5-b4|+|a6-b5|)/2
第五方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a4-b4|+|a5-b5|+|a6-b6|)/3
第六方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a4-b5|+|a5-b6|)/2
第七方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a3-b5|+|a4-b6|+|a5-b7|)/3
第八方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a3-b6|+|a4-b7|)/2
第九方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a1-b7|+|a2-b8|+|a3-b9|)/3
方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值越大，方向的像素相关性越小；其中，第一方向、第二方向、第八方向、第九方向均为小角度方向；第三方向、第四方向、第五方向、第六方向、第七方向、均为邻近方向；
c、判断邻近方向中最大的像素相关性是否达到第一预设值；若是，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；若否，进入步骤d；
d、在所有九个方向的像素相关性中最大像素相关性所对应的方向是否为邻近方向；若是，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；若否，进入步骤e；
e、选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值。
第一方向至第九方向分别近似为10°、20°、45°、60°、90°、120°、135°、160°、170°。
因为小角度方向(10°、20°、160°、170°)计算像素相关性时选取的像素点相距远，最大的相差六个像素，所以在一些像素相关性差距不大的区域如果选中小角度进行插值的话可能会给该区域引入噪声点，为了尽量避免产生水平边缘的锯齿，所以在这种情况下，只要邻近方向(45°、60°、90°、120°、135°)的像素相关性达到第一预设值后，就不考虑小角度因素在这个五个邻近方向中选择像素相关性最大的方向进行插值。这样做的理论依据是：图像像素灰度的邻域相似性，即离得越近的像素值相似的可能性越大，所以在方向相关性变化不大时采用五个邻近方向中相关性最强的方向进行插值比选用相关性最强的小角度插值的结果更可信，即为五个邻近方向设置高的优先级。
步骤e中如果选中的插值方向为小角度方向，那么还需要进一步判断待插值点用小角度方向插值是否会引入误差：小角度边缘的不能由一个孤立点组成，而必定由几个连续变化的像素点组成，根据图像像素灰度邻域的相似性可知，边缘的变化也是连续的，所以判断按照小角度插值是否合适可以通过判断待插值点所选插值方向与其周围点的插值方向是否相同。所以，进一步的，在步骤e中，先判断待插值点选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向是否与周围点的插值方向相同，如是，选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；如否，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值。比如当前插值点选择了10°作为插值方向，那么判断该点周围是否也有选择10°作为插值方向的像素点，如果有待插值点就按照10°方向插值。
图像细节部分经插值后很容易造成闪烁，所以对图像细节部分进行一次判断滤波，所以进一步的，在步骤a中还需判断待插值点上下两行9组相邻像素点的像素值绝对差大于第二预设值的个数是否大于门限个数；如是，则认为待插值点属于细节丰富的区域，采用行平均插值；若否，则进入步骤b。所述行平均插值即为将待插值点的像素值为上下两点像素值的平均值。或者，选取了插值方向后，还需进入步骤f，判断待插值点上下两行9组相邻像素点的像素值绝对差大于第二预设值的个数是否大于门限个数；如是，采用行平均插值代替原来的基于方向的插值的结果；如否，保留基于方向的插值的结果。
本发明的有益效果是，能够得到光滑边缘、细节无闪烁的插值结果。
附图说明
图1为待插值点和计算其方向的像素相关性所用像素的位置关系示意图。
具体实施方式
1.由待插值点上下两行存在的像素灰度信息(如图1所示，上行9个相邻像素点的灰度值从左至右依次为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9，下行9个相邻像素点的灰度值从左至右依次为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9，待插值点x)计算九个方向的像素相关性，方向的像素相关性通过计算不同方向上对应像素点灰度绝对差和的平均表现，共九个方向，第一方向至第九方向(10°、20°、45°、60°、90°、120°、135°、160°、170°)对应像素点的灰度值绝对差和的平均值分别为p1、p2……p9：
p1：(|a7-b1|+|a8-b2|+|a9-b3|)/3
p2：(|a6-b3|+|a7-b4|)/2
p3：(|a5-b3|+|a6-b4|+|a7-b5|)/3
p4：(|a5-b4|+|a6-b5|)/2
p5：(|a4-b4|+|a5-b5|+|a6-b6|)/3
p6：(|a4-b5|+|a5-b6|)/2
p7：(|a3-b5|+|a4-b6|+|a5-b7|)/3
p8：(|a3-b6|+|a4-b7|)/2
p9：(|a1-b7|+|a2-b8|+|a3-b9|)/3
灰度值绝对差和的平均值越大说明该方向待插值点两端像素点灰度差距越大相关性越弱；相反方向的像素相关性越大。本发明认为九个方向中方向的像素相关性最大的为待插值点所在区域的一个边缘方向，所以插值就按照方向像素相关性最大的方向进行；本实施例直接采用灰度值绝对差和的平均值反应方向的像素相关性；
2.图像像素在邻域内具有相似性，所以当九个方向的像素相关性相差不大时，选取小方向插值的结果不如选取邻近的五个方向插值结果值得信任，所以预设一个邻近方向优先门限T1：
当最邻近的五个方向满足：Min(p3，p4，p5，p6，p7)<T1时，即使小角度方向的相关性比邻近的五方向相关性还要大，也选取五方向中相关性最大的方向进行插值；当条件Min(p3，p4，p5，p6，p7)<T1不能满足时，选取九个方向中相关性最大者为最终的插值方向；
3.当九个方向中相关性最大者属于邻近的五方向，那么就选择该相关性最大的方向进行插值，插值结果为这个方向上几个像素点灰度的加权；
本实施例中每个方向的加权插值方式如下：
10°：(a8+b2+a9+b1)/4
20°：(a7+b4)/2
45°：(a6+b4)/3
60°：(a5+b4+a6+b5)/4
90°：(a5+b5)/2
120°：(a4+b5+a5+b6)/4
135°：(a6+b4)/3
160°：(a4+b7)/2
170°：(a1+b8+a2+b9)/4
当然基于方向的插值算法并不局限于上式，基于方向的插值算法可以是平均、线性或非线性拟和等加权插值方式；
5.当九个方向中相关性最大者是小角度时，判断待插值点所选插值方向与其周围点的插值方向是否相同，如果条件满足就按照选取的小角度进行插值；如果条件不满足，舍弃小角度，用邻近的五方向中相关性最大的方向进行插值；
6.细节保护滤波：分别判断插值点上行或下行中两两相邻像素点灰度值绝对差大于预设值T2的个数，最后判断在一行8组两两相邻像素点的灰度值绝对差中是否至少存在3组像素灰度绝对差大于门限值T3，如果是，则认为属于细节丰富的区域，那么就用行平均代替原来的插值；如果条件不满足，保留原插值结果。当然，细节保护滤波这一步骤也可放在步骤1之前执行，如判断出至少存在3组像素灰度绝对差大于门限值T3，那么就不进行步骤1之后的流程，直接使用行平均插值。
本实施例中所述的优先门限T1、预设值T2、门限值T3，本领域技术人员均可通过常规的实验得到经验值，并通过具体的需求进行调整。

Claims (5)

  1. 【权利要求1】场内插值方法，其特征在于，包括以下步骤：
    a、选取待插值点上下两行各9个相邻像素点的像素值，上行9个相邻像素点的像素值从左至右依次为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9，下行9个相邻像素点的像素值从左至右依次为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9；
    b、根据不同方向在上下两行各9个相邻像素点中对应像素点的像素值绝对差和的平均，得到九个方向的像素相关性：
    第一方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a7-b1|+|a8-b2|+|a9-b3|)/3
    第二方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a6-b3|+|a7-b4|)/2
    第三方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a5-b3|+|a6-b4|+|a7-b5|)/3
    第四方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a5-b4|+|a6-b5|)/2
    第五方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a4-b4|+|a5-b5|+|a6-b6|)/3
    第六方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a4-b5|+|a5-b6|)/2
    第七方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a3-b5|+|a4-b6|+|a5-b7|)/3
    第八方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a3-b6|+|a4-b7|)/2
    第九方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值：(|a1-b7|+|a2-b8|+|a3-b9|)/3
    方向对应像素点的像素值绝对差和的平均值越大，方向的像素相关性越小；其中，第一方向、第二方向、第八方向、第九方向均为小角度方向；第三方向、第四方向、第五方向、第六方向、第七方向、均为邻近方向；
    c、判断邻近方向中最大像素相关性是否达到第一预设值；若是，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；若否，进入步骤d；
    d、在所有九个方向的像素相关性中最大像素相关性所对应的方向是否为邻近方向；若是，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；若否，进入步骤e；
    e、选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述场内插值方法，其特征在于，步骤e中，先判断待插值点选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向是否与周围点的插值方向相同，如是，选用小角度方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值；如否，选用邻近方向中最大像素相关性所对应的方向为插值方向，进行基于方向的插值。
  3. 【权利要求3】如权利要求1或2所述场内插值方法，其特征在于，步骤a中还需判断待插值点上行和/或下行中两两相邻像素点像素值绝对差大于第二预设值的个数是否大于门限个数；如是，采用行平均插值；若否，进入步骤b。
  4. 【权利要求4】如权利要求1或2所述场内插值方法，其特征在于，选取了插值方向后，还需进入步骤f，判断待插值点上行和/或下行中两两相邻像素点像素值绝对差大于第二预设值的个数是否大于门限个数；如是，采用行平均插值代替原来的基于方向的插值的结果；如否，保留基于方向的插值的结果。
  5. 【权利要求5】如权利要求1所述场内插值方法，其特征在于，所述像素值为灰度值。
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