CN107306346B - 图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备 - Google Patents

图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备，所述方法包括：以待插值场为中心以场为单位获取待处理的图像数据；确定所述图像数据中每个像素点的运动状态；根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。

Description

图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备
技术领域
本发明涉及图像处理技术，尤其是涉及一种图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备。
背景技术
目前，视频均有两种拍摄方式：一种是按帧进行拍摄，一种是按场进行拍摄。而当前的显示设备，基本都是按帧进行播放的，所以当视频拍摄方式是按场拍摄时，播放前必须进行场到帧的转换，才能顺利播放。这种场到帧的变换技术称为去隔行技术。
发明内容
本发明实施例提供了一种图像数据处理方法及装置、播放器、电子设备。
本发明实施例提供的包括：
一种图像数据处理方法，所述方法包括：
以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据；
确定所述图像数据中每个像素点的运动状态；
根据待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
本发明实施例中，所述确定所述图像数据中每个像素点的运动状态，包括：
确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态。
本发明实施例中，所述确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，包括：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
本发明实施例中，所述方法还包括：
frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足作为运动像素点的频率条件：
frm_hf-field_hf>hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。
本发明实施例中，所述确定每个像素点对应的前后帧的差值，包括：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf>>shift；且，
如果move_thr<min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr>max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足作为运动像素点的差值条件：
|abovec-abovel|>move_thr
|currc-currl|>move_thr
|belowc-belowl|>move_thr
其中，curr表示当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点的，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点的。
本发明实施例中，所述确定像素点处于静止状态还是运动状态，包括：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
本发明实施例中，所述根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值，包括：
所述待插值像素点的运动状态为静止状态时，利用当前帧或相邻场的对应像素点替代所述待插值像素点。
本发明实施例中，所述根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值，包括：
所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
本发明实施例中，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点初始窗口区域；
计算所述初始窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述初始窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
本发明实施例中，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，是时以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
本发明实施例中，所述计算每个插值角度的角度能量，包括：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
本发明实施例中，所述对插值效果进行拟合，包括：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数；
利用滤波参数中的第一滤波系数，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用滤波参数中的第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
一种图像数据处理装置，所述装置包括：获取单元、确定单元和插值单元，其中：
获取单元，用于以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据；
确定单元，用于确定所述图像数据中每个像素点的运动状态；
插值单元，用于根据待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
本发明实施例中，所述确定单元，还用于确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态。
本发明实施例中，所述确定单元，还用于：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
本发明实施例中，所述确定单元，还用于在frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足作为运动像素点的频率条件：
frm_hf-field_hf>hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。
本发明实施例中，所述确定单元，还用于：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf>>shift；且，
如果move_thr<min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr>max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足作为运动像素点的差值条件：
|abovec-abovel|>move_thr
|currc-currl|>move_thr
|belowc-belowl|>move_thr
其中，curr表示当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点。
本发明实施例中，所述确定单元，还用于：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
本发明实施例中，所述插值单元，还用于：
在所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
本发明实施例中，所述插值单元，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
计算所述窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
本发明实施例中，所述插值单元，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，是时以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
本发明实施例中，所述插值单元，还用于：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
本发明实施例中，所述插值单元，还用于：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数；
利用滤波参数中的第一滤波系数，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用滤波参数中的第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
一种播放器，所述播放器包括所述的图像数据处理装置。
一种电子设备，所述电子设备中包括播放器，所述播放器包括所述的图像数据处理装置。
本发明实施例的技术方案中，以待插值场为中心以场为单位获取待处理的图像数据；确定所述图像数据中每个像素点的运动状态；根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。本发明实施例根据像素点与周围像素点的关系确定该像素点处于静止状态还是运动状态，并根据像素点的运动状态为待插值的像素点确定插值方式，并对插值范围进行限定，并为插值像素点选取较佳的角度能量进行插值，最后对插值效果进行拟合，从而为待插值像素点计算出较佳的插值像素点，从而提升图像数据的播放效果。
附图说明
图1为本发明实施例的图像数据处理方法的流程图；
图2为本发明实施例的去隔行像素插值算法原理示意图；
图3为本发明实施例的bottom场优先时DataComposer模块的获取图像数据的示意图；
图4为本发明实施例的top场优先时DataComposer模块的获取图像数据的示意图；
图5为本发明实施例的标明了当前像素点及其邻域像素点的示意图；
图6示出了自适应计算插值角度n的基场像素点的示意图；
图7为本发明实施例的插值角度示意图；
图8为本发明实施例的图7中的角度1的差值计算示意图；
图9为本发明实施例以当前像素点为中心的一个3×3的窗口；
图10为本发明实施例以当前像素点为中心的一个3×7的窗口；
图11为本发明实施例的图像数据处理装置的结构组成示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。
图1为本发明实施例的图像数据处理方法的流程图，如图1所示，本示例的图像数据处理方法包括以下步骤：
步骤101，以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据。
本发明实施例中，以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据。一般是以4个场为单位获取待处理的图像数据。
步骤102，确定所述图像数据中每个像素点的运动状态。
具体地，所述确定所述图像数据中每个像素点的运动状态，包括：
确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于所述帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态。
本发明实施例中，所述确定每个像素点在垂直方向上帧高频和场高频之间的差异，包括：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
本发明实施例中，frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足频率条件：
frm_hf-field_hf>hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。本发明实施例中，所谓满足频率条件，即当前像素点满足作为运动像素点的频率条件。
本发明实施例中，所述确定每个像素点对应的前后帧的差值，包括：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf>>shift；且，
如果move_thr<min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr>max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足差值条件：
|abovec-abovel|>move_thr
|currc-currl|>move_thr
|belowc-belowl|>move_thr
其中，curr表示当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点。本发明实施例中，所谓满足差值条件，即当前像素点满足作为运动像素点的差值条件。
本发明实施例中，所述确定像素点处于静止状态还是运动状态，包括：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
步骤103，根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
本发明实施例中，所述根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值，包括：
所述待插值像素点的运动状态为静止状态时，利用当前帧或相邻场的对应像素点替代所述待插值像素点。
所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
本发明实施例中，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
计算所述窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
或者，本发明实施例中，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，是时以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
本发明实施例中，所述计算每个插值角度的角度能量，包括：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
本发明实施例中，所述对插值效果进行拟合，包括：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数，对当前像素点为中心第二设定区域的像素点进行低通滤波运算；
利用第一滤波系数，在水平方向上对每一行像素点进行加权运算；具体为，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
本发明实施例中，滤波系数根据经验值设置，待差值的像素点的插值角度越小，选取强度越大的滤波系数。滤波系数根据像素点的最大像素值为参考设置。
以下通过具体示例，进一步阐明本发明实施例的技术方案的实质。
图2为本发明实施例的去隔行像素插值算法原理示意图，DataComposer模块组织输入图像数据，并将图像数据发送给MovFlg模块和Dit模块。MovFlg模块对每个像素点的运动状态进行判断；像素点的运动状态包括静止和运动两种运动状态，然后将像素点的运动状态的判断结果发送给Dit模块。Dit模块利用输入帧，根据每个像素点的运动状态进行相应的处理，判断为静止的像素点，用当前帧或者相邻场的像素值去替代，而对于运动的像素点去做插值，最终生成输出帧。
以下对上述各处理模块的功能进行介绍。
众多去隔行算法中，都是以帧为单位进行取数，取N帧进行计算，而忽视了场在时间轴上的对称性，这易于产生输出的视频序列一帧好一帧坏。本发明实施例是以待插值场为中心，以场为单位提取图像数据。对于已有的场，称之为基场，则缺失的场为待插值场。
图3为本发明实施例的bottom场优先时DataComposer模块的获取图像数据的示意图，按时间顺序排列场，虚线框圈中的场为基场本示例以4个场为单位获取图像数据为例进行说明。图3(a)中第n帧bottom场为基场，DataComposer模块取第n-1帧的bottom场和top场，以及第n帧的bottom场和top场，图3(b)中第n帧的top场为基场，DataComposer模块取第n-1帧的top场，第n帧的bottom场和top场，以及第n+1帧的bottom场。
图4为本发明实施例的top场优先时DataComposer模块的获取图像数据的示意图。与图3所示的情况类似，这里不再赘述。
本发明实施例的MovFlg模块要判断出每个像素点的运动状态，像素点的运动状态包括运动状态(Motion)和静止状态(Motionless)两种情况。在以往的算法中，判断算法最常用的是利用前后帧的差值做运动状态判断，而忽视了隔行视频流在垂直方向上的频率条件，这会导致实现的成本较高，而且在有噪声的情况下易于出现误判。
对于Motion和Motionless的情况，本发明实施例主要基于两个条件做判断：第一，垂直方向上的频率条件，后面简称频率条件；第二，前后帧对应像素点的差值条件，简称差值条件。
对于隔行视频源，最常出现拉丝或羽化现象。拉丝的特像素点是，在垂直方向上，从帧看是高频分量，从场看是低频分量。图5为本发明实施例的标明了当前像素点及其邻域像素点的示意图，结合图5，下述公式(1)和(2)分别计算了当前像素点的帧高频frm_hf和场高频field_hf。如果帧高频和场高频满足公式(3)，则认为当前像素点满足频率条件，其中hf_thr为频率阈值。
frm_hf＝|2·curr-above-below| (1)
field_hf＝|2·curr-above2-below2| (2)
frm_hf-field_hf>hf_thr (3)
对于运动像素点，前后帧的差异较大；静止像素点，前后帧差异较小。由于噪声的存在，会对判断造成干扰，有可能将运动像素点判断为静止，而静止的像素点判断为运动。因此，阈值的设置极为重要。如公式(4)所示，根据当前像素点的帧高频frm_hf，自适应地设置阈值move_thr。其中，shift为移位数，min_thr和max_thr分别为阈值的下限和上限。
move_thr＝frm_hf>>shift
if(move_thr<min_thr)
move_thr＝min_thr
if(move_thr>max_thr)
move_thr＝max_thr (4)
根据move_thr，对当前像素点及邻域像素点做运动状态判断，如公式(5)所示，其中curr表示当前像素点，above表示上一行的相邻像素点，below表示下一行的相邻像素点，下标c(urr)表示当前帧，l(ast)表示上一帧。如果下述公式(5)中3个式子至少有一个成立，就认为当前像素点满足差值条件。
|abovec-abovel|>move_thr
|currc-currl|>move_thr
|belowc-belowl|>move_thr (5)
根据上面的频率条件和差值条件，可以组合成四种可能的情况：
1)满足频率条件，满足差值条件；
2)不满足频率条件，满足差值条件；
3)满足频率条件，不满足差值条件；
4)既不满足频率条件，也不满足差值条件。
对于情况1)，该像素点判断为Motion；情况2)，查看当前像素点的邻域，如果有较多的像素点都满足差值条件，则判定该像素点为Motion，否则判断为Motionless；对于情况3)，根据周围像素点的运动情况做判断；情况4)，该像素点判断为Motionless。
根据本发明实施例的技术方案，在Dit模块中，对于待插值像素点，如果运动状态是静止，则用当前帧或相邻场的对应像素点去替代。
如果是运动像素点，则按照下面的步骤做处理：
第一步，限定插值角度的范围；
第二步，在上一步限定的范围内，计算每个角度的角度能量，确定最佳插值角度并做插值；
第三步，对插值效果进行拟合，得到最终的像素值。
以下介绍自适应限定插值角度范围的方式。
在本发明实施例的去隔行算法中，需要在若干个角度中确定一个插值角度，如果插值角度太多，容易出现插值方向判断错误的情况，插值角度太少又容易导致出现锯齿。针对这一问题，本发明实施例提出自适应限定插值角度范围的算法。在某一实施例中，最远插值像素点为12，在此范围内做限定。
某一实施例中：
第一步，根据图6，首先计算出黑色方框内4×5窗口内20个像素点的平均值avg，如下述公式(7)所示；
avg＝∑pi/20 (7)
第二步，按照下述公式(8)计算窗口的平均偏差ad，然后计算阈值thres，k为系数，如下述公式(9)所示；
ad＝∑|pi-avg|/20 (8)
thres＝k·ad (9)
第三步，向右寻找最远插值像素点，从第3列像素点开始，找到第一个满足公式(10)的像素点，记录为r；对称地，向左寻找最远插值像素点l。取r和l的最大值作为最远插值像素点，在此范围内做插值方向判断。
|up[r]-avg|>thres or|low[r]-avg|>thres (10)
在另一实施例中：
把参与插值计算的所有像素点划分为若干个集合Xi，做插值的两像素点必须属于同一个集合。如果能量计算最佳的角度不在同一个Xi里面，那么废弃这个角度，选择能量次佳的对应像素点，直到满足插值像素点在同一个集合内。
本发明实施例中，按如下步骤来定义集合X：
第一步，求所有参与像素点的最大max和最小min；
第二步，以min为起始，以(max-min)/N为步长，划分集合Xi，N为所划分的集合的个数；
第三步，将所有像素点按照像素值大小归入相应的集合中。
以下介绍角度能量计算。
为了保证在任意角度上都能得到良好的效果，同时又有较低的实现成本，本算法提出了像素点可跳变的最大8个角度计算，如图7所示，图7中列出了正向POSITIVE的情况，负向NEGATIVE在对称的方向。结合本发明实施例的技术方案，图7中8个角度的计算排布，可以做到5°以上的边缘保持。基于插值角度的范围，确定插值角度。
第一步，计算正向和负向的差值。
图8表示角度1的差值计算示意图，其他角度类似。该图只示出了基场的像素，省略了待插值场，红线表示正向，黑线表示负向。将图8中所有红线连接的两端像素点的差值绝对值求和，作为正向差值pos_diff；将黑线连接的两端像素点的差值绝对值求和，作为负向差值neg_diff，如公式(11)所示。
pos_diff＝∑(|up3[i]-up[k]|+|up[i]-low[k]|+|low[i]-low3[k]|)
neg_diff＝∑(|up3[k]-up[i]|+|up[k]-low[i]|+|low[k]-low3[i]|) (11)
第二步，根据差值计算每个角度的角度能量。
将pos_diff和neg_diff中数值小的方向记录为插值方向，并计算角度能量，如公式(12)所示，其中ratio为加权系数。ratio的设置满足公式(13)，c为比例系数，n为参与角度能量计算的像素点个数。
scale＝c·n (13)
第三步，在若干个角度能量中，选取最大值方向为插值方向，根据正负向，做上下行的两像素点均值插值。
以下介绍插值效果拟合。本发明实施例中，如图6所示，如果插值角度从0到12，说明插值角度越来越小，水平方向为0度。
对于接近水平方向的小角度边缘，插值效果总是会存在锯齿，这是由插值算法本身的局限性所致。为解决这一问题，本发明实施例提出了插值效果拟合算法，该算法对输出帧中每个像素点进行低通滤波，对插值场和基场均进行修正，以得到光滑的边缘。
第一步，记录每一个像素点的插值角度，基场没有做插值角度判断，因此基场的像素点取下一行相邻像素点的插值角度。
第二步，如图9所示，统计当前像素点3×3邻域内所有像素点的最小插值角度。
第三步，根据插值角度确定一组滤波参数，对当前像素点为中心的3×7窗口进行低通滤波运算，如图10所示。表1和表2分别表示水平和垂直滤波系数，index相同的参数作为一组滤波器，表1中col表示列序号，表2中row表示行序号。index从1到7，系数的低通滤波强度逐渐增强，插值角度越小，选取强度越大的滤波系数。先在水平方向上，利用表1分别对每一行像素点做加权和运算，如公式(13)所示，其中，hor_w表示系数，p表示像素值，i和j分别表示行号和列号。再按照公式(14)，利用表2在垂直方向上做加权和运算，得到最终的像素值，其中，ver_w表示垂直滤波系数。
某一实施例中，采用lanczos滤波器系数如下表1所示，表1为水平滤波系数：
表1
表2为垂直滤波系数，如下表所示：
表2
图11为本发明实施例的图像数据处理装置的结构组成示意图，如图11所示，本发明实施例的图像数据处理装置包括：获取单元110、确定单元111和插值单元112，其中：
获取单元110，用于以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据；
确定单元111，用于确定所述图像数据中每个像素点的运动状态；
插值单元112，用于根据待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
本发明实施例中，所述确定单元111，还用于确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态。
本发明实施例的确定单元111，还用于：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
确定单元111，还用于在frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足频率条件：
frm_hf-field_hf>hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。
本发明实施例的确定单元111，还用于：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf>>shift；且，
如果move_thr<min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr>max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足差值条件：
|abovec-abovel|>move_thr
|currc-currl|>move_thr
|belowc-belowl|>move_thr
其中，curr表示当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点。
本发明实施例的确定单元111，还用于：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
本发明实施例的插值单元112，还用于：
在所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
本发明实施例的插值单元112，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
计算所述窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
本发明实施例的插值单元112，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，是时以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
本发明实施例的插值单元112，还用于：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
本发明实施例的插值单元112，还用于：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数；
利用滤波参数中的第一滤波系数，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用滤波参数中的第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
本领域技术人员应当理解，图11所示的图像数据处理装置中的各处理单元的实现功能可参照前述图像数据处理方法的实施例的相关描述而理解。图11所示的图像数据处理装置中的各单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
本发明实施例还记载了一种播放器，所述播放器包括图11所示的图像数据处理装置。
本发明实施例还记载了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备中包括播放器，所述播放器包括图11所示的图像数据处理装置。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种图像数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据；
确定所述图像数据中每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态；
根据待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
2.根据权利要求1所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述确定每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，包括：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
3.根据权利要求2所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足作为运动像素点的频率条件：
frm_hf-field_hf＞hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。
4.根据权利要求2所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述确定每个像素点对应的前后帧的差值，包括：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf＞＞shift；且，
如果move_thr＜min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr＞max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足作为运动像素点的差值条件：
|abovec-abovel|＞move_thr
|currc-currl|＞move_thr
|belowc-belowl|＞move_thr
其中，curr表示当前像素点，currc表示当前帧的当前像素点，currl表示上一帧的当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点。
5.根据权利要求3所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述确定像素点处于静止状态还是运动状态，包括：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
6.根据权利要求5所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值，包括：
所述待插值像素点的运动状态为静止状态时，利用当前帧或相邻场的对应像素点替代所述待插值像素点。
7.根据权利要求1至5任一项所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述根据所述待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值，包括：
所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
8.根据权利要求7所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点初始窗口区域；
计算所述初始窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述初始窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
9.根据权利要求7所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述确定插值角度范围，包括：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，当在同一个集合中时，以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
10.根据权利要求7所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述计算每个插值角度的角度能量，包括：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
11.根据权利要求7所述的图像数据处理方法，其特征在于，所述对插值效果进行拟合，包括：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数；
利用滤波参数中的第一滤波系数，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用滤波参数中的第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
12.一种图像数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元、确定单元和插值单元，其中：
获取单元，用于以待插值场为中心，以场为单位获取待处理的图像数据；
确定单元，用于确定所述图像数据中每个像素点在垂直方向上的帧高频和场高频，以及每个像素点对应的前后帧的差值，基于帧高频和场高频之间的差异以及前后帧的差值，确定像素点处于静止状态还是运动状态；
插值单元，用于根据待插值像素点的运动状态对所述待插值像素点进行插值。
13.根据权利要求12所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述确定单元，还用于：
通过下式计算当前像素点的帧高频值frm_hf：
frm_hf＝|2·curr-above-below|
通过下式计算当前像素点的场高频值field_hf：
field_hf＝|2·curr-above2-below2|
其中，curr表示当前像素点，above表示与当前像素点相邻的上一行的像素点，above2表示位于当前像素点垂直方向的上第二行像素点，below表示与当前像素点相邻的下一行的像素点，below2表示位于当前像素点垂直方向的下第二行像素点。
14.根据权利要求13所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述确定单元，还用于在frm_hf和field_hf满足以下公式时，确定当前像素点满足作为运动像素点的频率条件：
frm_hf-field_hf＞hf_thr
其中，hf_thr为设定的频率阈值。
15.根据权利要求14所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述确定单元，还用于：
根据当前像素点的帧高频frm_hf，设置运动阈值move_thr；其中，move_thr＝frm_hf＞＞shift；且，
如果move_thr＜min_thr，move_thr＝min_thr
如果move_thr＞max_thr，move_thr＝max_thr
其中，shift为像素点的移位数，“>>”表示移位运算，min_thr和max_thr分别为运动阈值的下限和上限；
以下三个公式中至少一个成立时，确定当前像素点满足作为运动像素点的差值条件：
|abovec-abovel|＞move_thr
|currc-currl|＞move_thr
|belowc-belowl|＞move_thr
其中，curr表示当前像素点，currc表示当前帧的当前像素点，currl表示上一帧的当前像素点，abovec表示当前像素点的上一行相邻像素点，abovel表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的上一行相邻像素点，belowc表示当前像素点的下一行相邻像素点，belowl表示前一帧图像数据的当前像素点对应位置的像素点的下一行相邻像素点。
16.根据权利要求15所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述确定单元，还用于：
若当前像素点满足频率条件，且满足差值条件，确定所述当前像素点处于运动状态；
若当前像素点既不满足频率条件，也不满足差值条件，确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点不满足频率条件，但满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态；
若当前像素点满足频率条件，但不满足差值条件，进一步确定所述当前像素点的邻域像素点满足差值条件的像素点的数量是否超出设定阈值，超出时确定所述当前像素点处于运动状态，未超出时确定所述当前像素点处于静止状态。
17.根据权利要求16所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述插值单元，还用于：
在所述待插值像素点的运动状态为运动状态时，确定插值角度的范围；
计算每个插值角度的角度能量，确定最佳插值角度并进行插值；
对插值效果进行拟合，得到最终的插值像素点。
18.根据权利要求17所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述插值单元，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
计算所述窗口区域内像素点灰度等级的平均值，根据所述平均值计算所述窗口区域的像素点的灰度等级平均偏差；
基于所述平均偏差确定偏差阈值，将灰度等级与平均值之差的绝对值小于等于所述偏差阈值的像素点作为插值角度范围内的像素点。
19.根据权利要求17所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述插值单元，还用于：
以所述待插值像素点为中心，确定像素点窗口区域；
确定所述窗口区域中所有像素点的最大灰度等级和最小灰度等级，计算最大灰度等级与最小灰度等级的差值，以所述差值与所划分子集合的数量之商为步长划分集合；
确定能量最佳的像素点是否在同一个集合中，当在同一个集合中时，以最佳的角度做插值，否则选择能量次佳的对应像素点，并以所选择的像素点做插值。
20.根据权利要求17所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述插值单元，还用于：
计算正向和负向的差值；
根据差值计算每个角度的角度能量；
在所计算的角度能量中，选取最大值方向作为插值方向。
21.根据权利要求17所述的图像数据处理装置，其特征在于，所述插值单元，还用于：
记录每一个像素点的插值角度，对于基场的像素点，取下一行相邻像素点的插值角度；
统计以当前像素点为中心的第一设定邻域内所有像素点的最小插值角度；
根据插值角度确定一组滤波参数；
利用滤波参数中的第一滤波系数，在水平方向对当前像素点为中心的第二设定区域内的每一行像素点进行加权运算；
利用滤波参数中的第二滤波系数，在垂直方向上对每一列像素点进行加权运算，得到最终的插值像素点。
22.一种播放器，其特征在于，所述播放器包括权利要求12至21任一项所述的图像数据处理装置。
23.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备中包括播放器，所述播放器包括权利要求12至21任一项所述的图像数据处理装置。
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