CN104918054B - 运动补偿去隔行及降噪 - Google Patents

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Abstract

一种用于去隔行一视频信号的视频处理系统，包括一运动估计块、一细化运动估计块和一去隔行器。所述运动估计块为所述视频信号生成整数运动矢量。所述细化运动估计块根据所述生成的整数运动矢量和所述视频信号挑选出的帧生成分数运动矢量。所述去隔行器根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号挑选出的帧生成一输出。

Description

运动补偿去隔行及降噪
本申请已以一个命名为“运动补偿去隔行及降噪”的暂定的专利申请书向其他国家作过优先权申请，申请于2013年10月3日，申请号为61/886595，所述申请通过引用并入本申请中。
技术领域
本申请公开涉及视频处理领域，尤其涉及运动补偿去隔行及降噪隔行视频帧的方法、系统以及装置。
背景技术
去隔行是将隔行视频帧，如常见的模拟电视信号，转换成用于显示的非隔行视频帧的过程。隔行视频帧由依次排列的两个子字段组成，其中字段连续扫描图像传感器的奇数行和偶数行。隔行帧的优点是，它比发送整个图像帧需要更少的传输带宽，这在传输视频数据时是一个关键因素。
当前许多显示系统，例如液晶显示器(“LCD显示器”)、等离子显示屏和其他高清晰度(“HD”)显示器，均采用逐行扫描格式生成显示。在逐行扫描格式中，每一帧的行被连续地显示。因此，隔行视频数据的子字段需要通过去隔行过程被组合成单个帧，以使视频数据可以在逐行扫描格式中被显示。存在几个去隔行技术转换隔行视频为逐行扫描视频。然而，每个技术都有显著缺点。
例如，图1展示出现有技术中通过降噪和去隔行处理视频信号的方法的框图。各种视频格式的视频信号可以具有隔行帧。为了观看该视频信号，在为输出至显示器而解码的过程中将隔行帧去隔行。为了提高输出的去隔行的视频信号的质量，降噪可应用于视频信号的隔行帧以减少噪音和任何其他伪差。
视频信号F(n)的隔行帧和视频信号F(N-2)的噪声降低帧可以被输入到运动估计(“ME”)块10、运动估计块12和三维(“3D”)运动补偿降噪(“MCNR”)块14。对连续的每个整数n，视频信号F(n)可以具有偶数帧或是奇数帧。一个例子是当n＝0、2、4、6、8、10等等，视频帧F(n)都是偶数帧，这意味着每个偶数帧包含视频的偶数行的像素信息。当n＝1、3、5、7、9等等，视频帧F(n)都是奇数帧，这意味着每个奇数帧包含奇数行的象素信息。
所述运动估计块10接收帧数据F(n)和F(N-2)的连续的奇数帧或偶数帧，并且为帧n-1生成运动矢量MV(n-1)。接着，运动矢量MV(n-1)、隔行帧F(n)和隔行帧F(N-2)被输入到降噪块14，该降噪块14生成一噪声降低帧F(n)，并将该噪声降低帧F(n)存储到存储器24中以供后续检索。存储器24可以是用于存储噪声降低帧F(n)的缓冲器、高速缓存或其它存储单元。事实上，前一个噪声降低帧F(N-2)从存储器中被检索出来以输入到ME块10、ME块12和降噪块14中。
前一个噪声降低帧F(N-2)和电流噪声降低帧F(n)被输入到ME块12中以生成运动矢量MV(n-1)。所生成的运动矢量MV(n-1)可进一步使用MV后处理块16后处理，然后将运动矢量MV()存储于存储器26中。该存储器26可以是用于存储运动矢量的缓冲器、高速缓存或其它存储器。
一去隔行器18可以从存储器24和26以及一边缘插值器22中检索运动矢量，并为去隔行器的输出F'(n-k、x、y)混合不同的输入，其中k大于一，且相对于n帧数延迟；x和y是用于显示的像素的坐标位置。基于系统需求，变量k典型地可以为1、2或3，其中k越小，延迟就越小。
这样的系统的问题在于，ME块10和12需要大量的资源来执行ME计算。在本实施例中，需要两个专用的ME块来生成可接受的去隔行帧，其中每个ME块需要大量的行缓冲器。事实上，在图像处理应用中运动估计是最苛刻的计算过程。因此，运动估计引擎对于视频压缩和视频处理的性能非常关键。所以，亟需提供可以减少复杂度和资源使用的隔行视频数据的视频处理的新方法和系统，来生成视频数据的去隔行帧。
发明内容
简要地说，本申请公开涉及一种用于去隔行一视频信号的视频处理系统，包括：一运动估计块，其中，所述运动估计块为所述视频信号生成整数运动矢量；一细化运动估计块，其中，所述细化运动估计块根据所述生成的整数运动矢量生成分数运动矢量，并且选择视频信号的帧；以及一去隔行器，其中，所述去隔行器根据生成的分数运动矢量和视频信号选中的帧生成一输出。
附图说明
本申请公开的上述事项和其他方面可以更好地结合以下实施例的详细描述和附图理解。
图1示出使用两个运动估计引擎应用于隔行视频信号的降噪和去隔行的现有技术的框图。
图2示出处理视频信号流程图。
图3示出对隔行视频信号运用降噪和去隔行的框图。
图4示出用于处理视频信号的视频处理系统的框图。
具体实施方式
在以下具体实施例的详细描述中，参照附图，这些附图形成其一部分，并且通过附图示出具体实施方式。
图2示出处理视频信号的流程图。视频处理器(或其它视频处理设备)可以接收待处理的视频信号31的隔行帧。各种标准的算法可以被应用于为接收的隔行帧32生成运动矢量。例如，一分层块匹配(“HBM”)方法、一相位平面相关(“PPC”)方法，或者其它运动估计算法可以被用于生成基于所接收的隔行帧的运动矢量。接着，根据生成的运动矢量34，使用一临时的低通滤波器(例如一个无限脉冲响应(“IIR”)滤波器)为接收到的隔行帧降低噪声。这些噪声降低帧可以被存储和再利用以在后续使用中由视频解码器进一步计算。所接收的隔行帧之后可以根据生成的运动矢量和噪声降低帧36被去隔行。
图3示出通过降噪和去隔行处理一视频信号的框图。在解码以输出至一显示器的过程中，隔行帧F(n)被去隔行。视频信号F(n)可以具有偶数帧或奇数帧，其中偶数帧和奇数帧的顺序交替。一个例子是当n＝0、2、4、6、8、10等等，视频帧F(n)都是偶数帧，这意味着每个偶数帧包含视频帧的偶数行的像素信息。当n＝1、3、5、7、9等等，视频帧F(n)都是奇数帧，这意味着每个奇数帧包含视频帧的奇数行的象素信息。
视频信号的隔行帧F(n)和视频信号的噪声降低帧F(n-2)可以被输入到一运动估计块40和一个降噪块44。所述运动估计块40接收F(n)和F(n-2)两个连续的奇数帧或偶数帧，这两个连续的奇数帧或偶数帧被使用ME算法生成帧n-1的运动矢量MV(n-1)。所生成的运动矢量MV(n-1)可以使用一个MV后处理块42被进一步后处理，被后处理过的运动矢量MV(n-1)可以被存储于存储器30中以供后续检索。存储器30可以是用于存储运动矢量的缓冲器、高速缓存或其它存储器。
所述运动矢量MV(n-1)、隔行帧F(n)以及隔行帧F(n-2)被输入到降噪块44，该降噪块44可以生成一噪声降低帧F(n)，被存储在一存储器20中以供后续检索。该存储器20可以是供所述噪声降低帧F(n)存储的缓冲器、高速缓存或其它存储器单元。事实上，前一个噪声降低帧F(n-2)被从存储器中检索出来输入到ME块40和降噪块44中。
一种运动补偿去隔行器46可以从存储器30中检索运动矢量MV(n-k)，从存储器20中检索噪声降低帧F(n-k-1)和F(n-k+1)，以及从一个边缘插值器48中检索边缘内插帧Fint(n-k)，为去隔行器的输出F'(n-k，x，y)混合不同的输入，其中k大于一，并且相对于n帧延迟，x和y是用于显示的像素的坐标位置。边缘插值可以基于插值法，包括一个简单的垂直内插的边缘来实现。
图4示出用于处理一视频信号的一个视频处理系统的框图。一种视频处理系统包括一个运动估计引擎100，一去隔行器102，一降噪块92，一用于存储视频数据的存储器94，一运动矢量处理块104以及一用于存储帧的运动矢量MV()的存储器84。
所述MV引擎100包括一ME块80，一细化ME块82以及一多路转接器96。所述ME块80可提供整数运动矢量。所述细化ME块82可以提供细化运动矢量的分数运动矢量。假设框图的输入和去隔行器102的输出之间的延迟为k＝2和n＝0，则视频数据的当前帧是F(0)和一个含噪降低帧F(-2)，也即，两个帧远离F(0)，并且在不同时间段内像素的同一个偶数行或奇数行被输入到ME块80。该ME块80计算当前帧的运动矢量MV(0)并输出计算值到细化ME块82和多路转接器96中。该细化ME块82还接收视频数据的帧F(0)、F(-1)和F(-2)来从当前帧MV(0)生成前一帧的运动矢量MV(-1)。前一帧的运动矢量MV(-1)被输入到多路转接器96和MV后处理块104中。该MV后处理块104进一步细化运动矢量MV(-1)，然后将其存储在存储器84中以供后续使用。
多路转接器96可以被控制以选择任一运动矢量MV(0)或MV(-1)输出到降噪块92。由于用户定义的要求和/或系统需求，整数运动矢量可能是更理想的用于噪声消减92，因而将被挑选出来通过多路转接器96输出。
当前帧F(0)和含噪降低帧F(-2)被输入到降噪块92以生成一噪声降低当前帧F(0)。该噪声降低当前帧F(0)可以被存储于存储器94中以供视频数据后续使用，如同前一帧供后续计算和视频处理(例如去隔行和降噪)。所生成的运动矢量MV(-1)可进一步被MV后处理块104后处理，然后存储于存储器84中以供去隔行器102后续检索。
去隔行器102包括一运动补偿(“MC”)块86、一运动自适应(“MA”)块90和一混合器88。帧F'(-1)、F'(-3)和运动矢量MV(-2)被输入到MC块86以生成运动补偿帧数据MC(-2)。连续的帧数据F'(-1)、F'(-2)和F'(-3)被输入到MA块90以生成运动自适应帧数据MA(-2)。混合器88接收所述帧数据MC(-2)和MA(-2)以生成一去隔行输出di_out(-2)。该混合器88可以判断所述运动补偿帧MC(-2)是否低于一预定义的置信等级，如果是，则该运动自适应帧MA(-2)被用作去隔行输出di_out(-2)；否则，运动补偿帧MC(-2)被用作输出di_out(-2)。此外，其他方法可以被用来混合运动补偿帧和运动自适应帧以生成所述去隔行输出。
虽然本申请公开已经参照某些实施方案进行了描述，但这些公开的实施方式不应该理解为对本申请的限制。相反，本申请公开内容应在其最广泛的意义内被理解和解释，其反映在下面的权利要求中。因此，下述权利要求不仅应当被理解为对本文中所描述的装置、方法以及系统的组合，而且还包括所有对本领域普通技术人员来说是显而易见的改变和修改。

Claims (14)

1.一种用于去隔行一视频信号的视频处理系统，其特征在于，包括：
一运动估计块，其中，所述运动估计块为所述视频信号生成整数运动矢量；
一细化运动估计块，其中，所述细化运动估计块根据所述生成的整数运动矢量和所述视频信号生成分数运动矢量；以及
一去隔行器，其中，所述去隔行器根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号生成一输出；
所述去隔行器包括一运动补偿块、一运动自适应块和一混合器；
所述运动补偿块根据所述生成的分数运动矢量、所述视频信号的一第一噪声降低帧以及所述视频信号的一第三噪声降低帧生成一运动补偿帧，并且，所述运动自适应块根据所述视频信号的所述第一噪声降低帧、所述视频信号的一第二噪声降低帧以及所述视频信号的一第三噪声降低帧生成一运动自适应帧；
所述混合器为所述去隔行器的输出混合所述运动补偿帧和所述运动自适应帧。
2.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，所述整数运动矢量根据所述视频信号的一第二噪声降低帧以及所述视频信号的一特定帧生成。
3.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，所述分数运动矢量根据所述视频信号的一第一噪声降低帧、所述视频信号的一第二噪声降低帧以及所述视频信号的一特定帧生成。
4.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，还包括一降噪块，其中，所述降噪块根据一第二噪声降低帧、特定帧以及从以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中挑选出的一个为特定帧生成一噪声降低帧。
5.根据权利要求4所述的视频处理系统，其特征在于，还包括一多路转接器，其中所述多路转接器选择以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中的一个输出到降噪块。
6.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，所述运动补偿块根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号的某一特定帧生成一运动补偿帧。
7.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，所述运动自适应块根据所述视频信号的某一特定帧生成一运动自适应帧。
8.根据权利要求1所述的视频处理系统，其特征在于，如果所述运动补偿帧低于一预定义的置信等级，则所述运动自适应帧被从所述去隔行器中输出。
9.一种用于去隔行一视频信号的视频处理系统，其特征在于，包括：
一运动估计块，其中，所述运动估计块根据所述视频信号的一第二噪声降低帧和所述视频信号的一特定帧为所述视频信号生成整数运动矢量；
一细化运动估计块，其中，所述细化运动估计块根据所述生成的整数运动矢量、所述视频信号的一第一噪声降低帧、所述视频信号的所述第二噪声降低帧以及所述视频信号的所述特定帧生成分数运动矢量；以及
一去隔行器，其中，所述去隔行器根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号生成一输出；
所述去隔行器包括一运动补偿块、一运动自适应块和一混合器；
所述运动补偿块根据所述生成的分数运动矢量、所述视频信号的一第一噪声降低帧以及所述视频信号的一第三噪声降低帧生成一运动补偿帧，并且，所述运动自适应块根据所述视频信号的所述第一噪声降低帧、所述视频信号的一第二噪声降低帧以及所述视频信号的一第三噪声降低帧生成一运动自适应帧；
所述混合器为所述去隔行器的输出混合所述运动补偿帧和所述运动自适应帧。
10.根据权利要求9所述的视频处理系统，其特征在于，还包括一降噪块和一多路转接器，其中所述降噪块根据一第二噪声降低帧、所述特定帧以及从以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中挑选出的一个为所述特定帧生成一噪声降低帧，并且其中，所述多路转接器选择以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中的一个输出到所述降噪块。
11.根据权利要求9所述的视频处理系统，其特征在于，所述运动补偿块根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号的某一特定帧生成一运动补偿帧。
12.根据权利要求9所述的视频处理系统，其特征在于，所述运动自适应块根据所述视频信号的某一特定帧生成一运动自适应帧。
13.根据权利要求9所述的视频处理系统，其特征在于，如果所述运动补偿帧低于一预定义的置信等级，则所述运动自适应帧被从所述去隔行器中输出。
14.一种用于去隔行一视频信号的视频处理系统，其特征在于，包括：
一运动估计块，其中，所述运动估计块根据所述视频信号的一第二噪声降低帧和所述视频信号的一特定帧为所述视频信号生成整数运动矢量；
一细化运动估计块，其中，所述细化运动估计块根据所述生成的整数运动矢量、所述视频信号的一第一噪声降低帧、所述视频信号的所述第二噪声降低帧以及所述视频信号的特定帧生成分数运动矢量；
一去隔行器，其中，所述去隔行器根据所述生成的分数运动矢量和所述视频信号生成一输出，
其中，所述去隔行器包括一运动补偿块、一运动自适应块和一混合器，
其中，所述运动补偿块根据所述生成的分数运动矢量、所述视频信号的一第一噪声降低帧和所述视频信号的一第三噪声降低帧生成一运动补偿帧，
其中，所述运动自适应块根据所述视频信号的所述第一噪声降低帧、所述视频信号的一第二噪声降低帧和所述视频信号的所述第三噪声降低帧生成一运动自适应帧，
其中，所述运动自适应块根据所述视频信号的某一特定帧生成一运动自适应帧，
其中，所述混合器为所述去隔行器的输出混合所述运动补偿帧和所述运动自适应帧；以及
其中，如果所述运动补偿帧低于一预定义的置信等级，则所述运动自适应帧被从所述去隔行器中输出；
一降噪块，其中，所述降噪块根据一第二噪声降低帧、所述特定帧和从以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中挑选出的一个为所述特定帧生成一噪声降低帧；以及
一多路转接器，其特征在于，所述多路转接器选择以下所述生成的整数运动矢量和所述生成的分数运动矢量中的一个输出到所述降噪块。
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