RU2393540C2 - Method for increased resolution of digital video sequence - Google Patents

Method for increased resolution of digital video sequence Download PDF

Info

Publication number
RU2393540C2
RU2393540C2 RU2008123269/09A RU2008123269A RU2393540C2 RU 2393540 C2 RU2393540 C2 RU 2393540C2 RU 2008123269/09 A RU2008123269/09 A RU 2008123269/09A RU 2008123269 A RU2008123269 A RU 2008123269A RU 2393540 C2 RU2393540 C2 RU 2393540C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pixel
interpolation
pixels
value
image
Prior art date
Application number
RU2008123269/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008123269A (en
Inventor
Оксана Васильевна ДЖОСАН (RU)
Оксана Васильевна ДЖОСАН
Михаил Наумович Мишуровский (RU)
Михаил Наумович Мишуровский
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2008123269/09A priority Critical patent/RU2393540C2/en
Publication of RU2008123269A publication Critical patent/RU2008123269A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2393540C2 publication Critical patent/RU2393540C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: method for increasing dimension of digital image provides for frame-by-frame processing of video sequence. Besides each pixel of frame is processed taking into account information on the pixel itself and on local area around it, performing the following operations simultaneously: directions of borders in this pixel are identified. Frequency characteristics of processed section are identified. Type of interpolation applied to this pixel is identified. Interpolated value of pixel is calculated on the basis of data on frequency characteristics of processed section and directions of borders. Operation of borders improvement is executed by results of pixel value interpolation. Effect of multiplication is removed by means of final processing with application of function that adapts to proportions of interpolation.
EFFECT: increased dimension of image four and more times without considerable distortions.
8 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам обработки видеоданных, а более конкретно к способам увеличения размерности видеопоследовательностей.The invention relates to methods for processing video data, and more particularly to methods for increasing the dimensionality of video sequences.

Проблема увеличения размерности изображений является особенно актуальной в телевидении с высокой четкостью (HDTV). Известно несколько эффективных способов решения проблемы увеличения разрешения изображений, однако возникают сложности с их применением и адаптацией к видеопоследовательностям, когда необходимо учитывать временные характеристики видеопоследовательности. В известных способах чаще всего используют интерполяцию, основанную лишь на пространственных характеристиках видеопоследовательности.The problem of increasing the dimensionality of images is especially relevant in high definition television (HDTV). There are several effective ways to solve the problem of increasing the resolution of images, but there are difficulties with their application and adaptation to video sequences, when it is necessary to take into account the temporal characteristics of the video sequence. In known methods, interpolation is most often used, based only on the spatial characteristics of the video sequence.

В одном из таких интерполяционных подходов используется метод вейвлет-анализа, который является основой для большого числа алгоритмов видеокодирования и декодирования. В процессе повышения размерности вейвлеты используются следующим образом. Изображение разлагают с помощью вейвлет, преобразования. Затем каждый набор коэффициентов уточняется для удвоения размера входящего изображения и применяется обратное вейвлет-преобразование.One of these interpolation approaches uses the wavelet analysis method, which is the basis for a large number of video coding and decoding algorithms. In the process of increasing the dimension, wavelets are used as follows. Image decompose using wavelet transform. Then, each set of coefficients is refined to double the size of the incoming image and the inverse wavelet transform is applied.

Одно из удачных решений описано в патенте США №7116836 [1]. В описанном техническом решении получают данные изображения, идентифицирующие множество пикселей изображения, и на основе этих данных формируется иерархическая структура по признаку степени четкости (разрешения). Затем вычисляют выходные (исходящие) значения для принадлежащих изображению пикселей путем распространения значений пикселей, вычисленных на уровнях низкого разрешения такой иерархии, на более высокие уровни разрешения с последующим уточнением распространенных таким образом значений пикселей на уровнях с более высоким разрешением. Основным недостатком такого способа является его высокая вычислительная сложность и трудности с аппаратной реализацией.One of the successful solutions is described in US patent No. 7116836 [1]. In the described technical solution, image data identifying a plurality of image pixels is obtained, and based on these data, a hierarchical structure is formed based on the degree of sharpness (resolution). Then, the output (outgoing) values for the pixels belonging to the image are calculated by extending the pixel values calculated at the low resolution levels of such a hierarchy to higher resolution levels, followed by the refinement of the pixel values thus distributed at the higher resolution levels. The main disadvantage of this method is its high computational complexity and difficulties with hardware implementation.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте РФ №2310911 [2], где предложен способ увеличения размерности изображения, основанный на построении карты направлений границ на изображении. Эту карту направлений краев обрабатывают с помощью морфологических операций для удаления ложных направлений и сокращения числа возможных искажений. Интерполяция каждого пикселя изображения осуществляется в три этапа: первые два осуществляют вдоль координатных осей изображения, и третий образует некоторый угол с координатными осями изображения, причем этот угол зависит от значения на карте направления границ. Этот способ позволяет подавлять ступенчатость границ (jaggies), в отличие от обычной бикубической интерполяции. Последующее повышение четкости заключается в улучшении локального контраста на основе кривой преобразования яркости, при этом результирующее повышение четкости зависит от степени сглаженности кривой. Основной недостаток такого способа заключается в проявлении эффекта мультипликации на интерполированном изображении. Еще одна проблема заключается в появлении ложных текстур в высокочастотных областях.Closest to the claimed invention is a technical solution described in the patent of the Russian Federation No. 2310911 [2], where a method for increasing the dimension of the image, based on the construction of a map of the directions of the borders on the image. This map of the directions of the edges is processed using morphological operations to remove false directions and reduce the number of possible distortions. Interpolation of each image pixel is carried out in three stages: the first two are carried out along the coordinate axes of the image, and the third forms a certain angle with the coordinate axes of the image, and this angle depends on the value on the map of the direction of the boundaries. This method allows you to suppress jaggies, in contrast to conventional bicubic interpolation. A subsequent sharpening is to improve local contrast based on the brightness conversion curve, with the resulting sharpening depending on the degree of smoothness of the curve. The main disadvantage of this method is the manifestation of the effect of the animation on the interpolated image. Another problem is the appearance of false textures in high-frequency areas.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке такого способа интерполяции видеопоследовательности, который обеспечил бы увеличение размера изображения в четыре и более раз без заметных искажений.The problem to which the invention is directed is to develop such a method for interpolating a video sequence that would provide an increase in image size four or more times without noticeable distortion.

Поставленная задача решена за счет разработки нового способа, который предусматривает использование покадровой обработки видеопоследовательности, причем каждый пиксель кадра обрабатывают с учетом информации о самом пикселе и о локальной области вокруг него, выполняя при этом следующие операции:The problem is solved by developing a new method, which involves the use of frame-by-frame processing of a video sequence, and each pixel in the frame is processed taking into account information about the pixel itself and the local area around it, performing the following operations:

- определяют направления границ в этом пикселе;- determine the direction of the borders in this pixel;

- определяют частотные характеристики обрабатываемого участка;- determine the frequency characteristics of the treated area;

- определяют тип интерполяции, применимый к данному пикселю;- determine the type of interpolation applicable to the given pixel;

- вычисляют интерполированное значение пикселя на основе данных о частотных характеристиках обрабатываемого участка и направлениях границ;- calculate the interpolated pixel value based on the data on the frequency characteristics of the processed area and the directions of the borders;

- выполняют по результатам интерполяции значения пикселя операцию по улучшению границ;- perform an operation to improve the boundaries based on the results of interpolation of the pixel value;

- устраняют эффект мультипликации путем дополнительной обработки с применением функции, адаптирующейся к пропорциям интерполяции.- eliminate the effect of multiplication by additional processing using a function that adapts to the proportions of the interpolation.

При реализации заявляемого способа важно, чтобы частотные характеристики обрабатываемого участка определяли с помощью вейвлетов, причем вейвлет 5-3 используют для вычисления частотной характеристики участка, после чего тип участка определяют на основании пороговых значений.When implementing the proposed method, it is important that the frequency characteristics of the processed area was determined using wavelets, and wavelet 5-3 is used to calculate the frequency response of the area, after which the type of area is determined based on threshold values.

При реализации заявляемого способа важно, чтобы применяли один из двух видов интерполяции, а именно в случае, если обрабатываемый участок не является высокочастотным, то применяют интерполяцию на основе триангуляции с сохранением границ, если участок является высокочастотным, то применяют бикубическую интерполяцию. В промежуточной области между низкочастотными и высокочастотными участками применяют способ взвешенной суммы триангуляционной интерполяции и бикубической свертки.When implementing the proposed method, it is important that one of the two types of interpolation is used, namely, if the processed section is not high-frequency, then interpolation based on triangulation with preservation of boundaries is used, if the section is high-frequency, then bicubic interpolation is used. In the intermediate region between the low-frequency and high-frequency sections, the method of the weighted sum of triangulation interpolation and bicubic convolution is used.

При реализации заявляемого способа целесообразно применять дополнительную обработку для предотвращения эффекта размытия (сглаживания) границ, заключающуюся в том, что используют функцию, адаптирующуюся к пропорции интерполяции. Это устраняет эффект мультипликации и обеспечивает естественность видеопоследовательности с увеличенной размерностью даже при сильном увеличении (четырех - пятикратном).When implementing the proposed method, it is advisable to apply additional processing to prevent the effect of blurring (smoothing) of the boundaries, namely, that they use a function that adapts to the proportion of interpolation. This eliminates the effect of animation and ensures the naturalness of the video sequence with increased dimension, even at high magnification (four to five times).

По-существу, заявляемый способ предусматривает использование для увеличения размерности видеопоследовательностей комбинации вейвлета и триангуляционного способа интерполяции с сохранением границ. При этом основным достоинством заявляемого способа является получение хорошего визуального качества обработанной видеопоследовательности, особенно в приложении к телевещанию и любительским видеофильмам. Кроме того, заявляемый способ отличается низкими требованиями к вычислительным ресурсам, обеспечивает сохранение границ и четкость мелких деталей изображения, препятствует появлению искажений и мерцаний (flickering) и эффекта мультипликации.Essentially, the inventive method provides for the use of a combination of a wavelet and a triangulation interpolation method with preserving borders to increase the dimensionality of video sequences. In this case, the main advantage of the proposed method is to obtain a good visual quality of the processed video sequence, especially in the application to broadcasting and amateur videos. In addition, the inventive method is characterized by low requirements for computing resources, ensures the preservation of borders and the clarity of small image details, prevents the appearance of distortion and flickering (flickering) and the effect of animation.

Далее заявляемый способ поясняется с привлечением графических материалов.Further, the claimed method is illustrated with the use of graphic materials.

Фиг.1 - Блок-схема основных этапов алгоритма согласно изобретению.Figure 1 - Block diagram of the main steps of the algorithm according to the invention.

Фиг.2 - Схема определения типа интерполяции пикселя.Figure 2 - Scheme for determining the type of pixel interpolation.

Фиг.3 - Схема определения типа направления.Figure 3 - Diagram for determining the type of direction.

Заявляемое изобретение обеспечивает увеличение размерности видеопоследовательности без заметных искажений за счет применения вейвлет-анализа и интерполяции изображений методом триангуляции с сохранением границ.The claimed invention provides an increase in the dimension of the video sequence without noticeable distortion due to the use of wavelet analysis and image interpolation by the method of triangulation with preserving borders.

Предполагается, что видеопоследовательность имеет формат YCbCr. Эту видеопоследовательность обрабатывают кадр за кадром (покадровая обработка), при этом каждый кадр рассматривается как набор пикселей, и каждый пиксель обрабатывают с использованием информации о соседних пикселях, т.е. о пикселях, расположенных на участке, окружающем обрабатываемый пиксель.The video sequence is assumed to be in the YCbCr format. This video sequence is processed frame by frame (frame-by-frame processing), wherein each frame is considered as a set of pixels, and each pixel is processed using information about neighboring pixels, i.e. about pixels located in the area surrounding the processed pixel.

Основные этапы заявляемого способа показаны на Фиг.1.The main steps of the proposed method are shown in figure 1.

На шаге 101 определяют частотный тип участка с помощью вейвлетов и определения направления границ. Вейвлет 5-3 применяют в горизонтальном и вертикальном направлениях для вычисления числа, соответствующего частотности. Затем применяют пороговый принцип для определения типа участка. Также на этом шаге определяется направление границы в данном пикселе, используя значение производных по направлениям. Также определяют принадлежность пикселя к «шахматной» области. Далее по этим значениям выбирают тип интерполяции.In step 101, the frequency type of the region is determined using wavelets and determining the direction of the boundaries. Wavelet 5-3 is used in the horizontal and vertical directions to calculate the number corresponding to the frequency. Then apply the threshold principle to determine the type of site. Also at this step, the direction of the border in a given pixel is determined using the value of the derivatives in the directions. Also, the pixel belongs to the "chess" area. Then, according to these values, the type of interpolation is selected.

После этого вычисляют интерполированное значение пикселя на основе информации о частотности участка изображения и границах в этом пикселе (шаг 102). Для повышения размерности используют два типа интерполяции, а именно для низкочастотного участка применяют метод триангуляции с сохранением границ, для высокочастотных участков применяют бикубическую интерполяцию (свертку). В промежуточной области между низкочастотными и высокочастотными участками применяют способ взвешенной суммы триангуляционной интерполяции и бикубической свертки.After that, the interpolated pixel value is calculated based on the information about the frequency of the image section and the boundaries in this pixel (step 102). To increase the dimension, two types of interpolation are used, namely, the triangulation method with preserving the boundaries is used for the low-frequency section, bicubic interpolation (convolution) is used for high-frequency sections. In the intermediate region between the low-frequency and high-frequency sections, the method of the weighted sum of triangulation interpolation and bicubic convolution is used.

Для предотвращения размывания границ вслед за интерполяцией выполняют дополнительную операцию по улучшению границ (шаг 103). Эту дополнительную операцию выполняют на основе функции, адаптирующейся к пропорции интерполяции для предотвращения проявлений эффекта мультипликации.To prevent blurring of the borders after interpolation, an additional operation to improve the boundaries is performed (step 103). This additional operation is performed based on a function that adapts to the proportion of interpolation to prevent manifestations of the multiplier effect.

Более детально шаг 101 представлен на Фиг.2. На шаге 201 вычисляют горизонтальную производную для пикселей исходного изображения. Эту производную вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения (1), как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в вертикальном направлении:

Figure 00000001
In more detail, step 101 is shown in FIG. In step 201, the horizontal derivative for the pixels of the original image is calculated. This derivative is calculated based on the relation (1) below, as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the vertical direction:
Figure 00000001

где IY(i,j) - значение канала Y текущего пикселя.where I Y (i, j) is the value of channel Y of the current pixel.

На шаге 202 вычисляют вертикальную производную для пикселей исходного изображения. Эту производную вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения (2), как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в горизонтальном направлении:In step 202, the vertical derivative for the pixels of the original image is calculated. This derivative is calculated based on the relation (2) below, as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the horizontal direction:

Figure 00000002
Figure 00000002

где IY(i,j) - текущий пиксель.where I Y (i, j) is the current pixel.

На шаге 203 вычисляют производную в направлении второстепенной диагонали для пикселей исходного изображения. Эту производную вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения (3) как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в направлении второстепенной диагонали:In step 203, the derivative in the secondary diagonal direction for the pixels of the original image is calculated. This derivative is calculated based on the relation (3) below as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the direction of the secondary diagonal:

Figure 00000003
Figure 00000003

где IY(i,j) - текущий пиксель.where I Y (i, j) is the current pixel.

На шаге 204 вычисляют производную в направлении главной диагонали для пикселей исходного изображения. Эту производную вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения (4), как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в направлении главной диагонали:At step 204, the derivative in the direction of the main diagonal for the pixels of the original image is calculated. This derivative is calculated based on the relation (4) below, as the average value of the differences between the pixels that are adjacent in the direction of the main diagonal:

Figure 00000004
Figure 00000004

где IY(i,j) - текущий пиксель.where I Y (i, j) is the current pixel.

На шаге 205 для текущего пикселя вычисляют поддиапазон НН вейвлета 5-3. Значение вейвлета вычисляют на основе следующего соотношения:In step 205, a sub-band of the LV wavelet 5-3 is calculated for the current pixel. The wavelet value is calculated based on the following relationship:

Figure 00000005
Figure 00000005

Это значение характеризует частотный тип участка, которому принадлежит обрабатываемый пиксель: если это значение велико, то данный пиксель принадлежит участку высокой частотности. На шаге 206 дополнительно проверяют для каждого из цветовых каналов, принадлежит ли данный пиксель к области «шахматная доска»:This value characterizes the frequency type of the region to which the pixel being processed belongs: if this value is large, then this pixel belongs to the high frequency region. At step 206, it is additionally checked for each of the color channels whether the given pixel belongs to the “chessboard” area:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Т является каналом, T∈{Y,Cb,Cr}.where T is a channel, T∈ {Y, Cb, Cr}.

Figure 00000007
Figure 00000007

где Т является каналом, T∈{Y,Cb,Cr}.where T is a channel, T∈ {Y, Cb, Cr}.

Тогда, если AT<CHESS_TR и Вт<CHESS_TR, где Т - по меньшей мере, один из каналов, и CHESS_TR является пороговым значением для всех частотных областей, и

Figure 00000008
CHESS_UP_TR, то данный пиксель считается принадлежащим области «шахматная доска», т.е. интерполируется как пиксель высокочастотной области.Then, if A T <CHESS_TR and W <CHESS_TR, where T is at least one of the channels, and CHESS_TR is a threshold value for all frequency domains, and
Figure 00000008
CHESS_UP_TR, then this pixel is considered to belong to the “chessboard” area, i.e. interpolated as a pixel in the high frequency region.

На шаге 207 вычисляют наиболее вероятное направление этого пикселя. Определение направления состоит из двух частей: определение направления (direction) и определение поднаправления (sub-direction). Шаг 207 детально представлен на Фиг.3. На шаге 301 находят минимум производных для определения основного направления M=min {Dx, Dy, Dd1, Dd2}. Затем на шаге 302 в зависимости от найденного минимума устанавливают соответствующее направление (например, при M==Dx dir=0). На шаге 303 вычисляют четыре условия:At step 207, the most probable direction of this pixel is calculated. The definition of direction consists of two parts: the definition of direction (direction) and the definition of sub-direction. Step 207 is presented in detail in FIG. 3. At step 301, a minimum of derivatives is found to determine the main direction M = min {D x , D y , D d1 , D d2 }. Then, at step 302, depending on the found minimum, the corresponding direction is established (for example, with M == D x dir = 0). At step 303, four conditions are calculated:

Figure 00000009
&&
Figure 00000010
Figure 00000009
&&
Figure 00000010

Figure 00000011
&&
Figure 00000012
Figure 00000011
&&
Figure 00000012

Figure 00000013
&&
Figure 00000014
Figure 00000013
&&
Figure 00000014

Figure 00000015
&&
Figure 00000016
Figure 00000015
&&
Figure 00000016

Эти условия связаны с уточнением направления. SUB_DIR_TR является предопределенным (т.е. заданным) пороговым значением, используемым для вычисления разности между двумя производными. Затем на шаге 304 проверяют, выполнено ли какое-либо из условий Ci. Если это так, то одно из направлений изменяют на поднаправление. На шаге 305 проверяют, не превышает ли число возможных поднаправлений единицу, т.е. выполнено больше одного условия. Если это так, то выбирают поднаправление, где разница абсолютных значений двух производных является меньшей. После этого шага обрабатываемому пикселю приписывают одно из возможных восьми направлений границ.These conditions are associated with the specification of the direction. SUB_DIR_TR is a predetermined (i.e., given) threshold value used to calculate the difference between two derivatives. Then, in step 304, it is checked whether any of the conditions C i is fulfilled. If so, then one of the directions is changed to a subdirection. At step 305, it is checked whether the number of possible sub-directions exceeds one, i.e. more than one condition is met. If so, then choose a sub-direction, where the difference in the absolute values of the two derivatives is less. After this step, one of the eight possible border directions is assigned to the pixel being processed.

На шаге 208 определяют, какой тип (type) интерполяции следует применить к данному пикселю. На входе этого шага представлены три значения: возможное направление границы, вейвлет - значение и «шахматное» значение. Типу интерполяции пикселя присваивают индекс 8, если вейвлет - значение меньше, чем предопределенные пороговые значения, или если пиксель принадлежит «шахматной» области. В ином случае типу интерполяции присваивают индекс, равный номеру направления границы пикселя.At step 208, it is determined which type of interpolation should be applied to the given pixel. At the input of this step, three values are presented: the possible direction of the boundary, the wavelet value and the “chess” value. The pixel interpolation type is assigned index 8 if the wavelet is less than the predetermined threshold values, or if the pixel belongs to the checkerboard region. Otherwise, the interpolation type is assigned an index equal to the direction number of the pixel border.

После определения типа интерполяции пикселя выполняют интерполяцию значения пикселя на основе триангуляции и выявленного типа интерполяции пикселя, шаг 102. Если тип интерполяции - 8, то пиксель интерполируют с использованием простого бикубического ядра свертки.After determining the type of pixel interpolation, the pixel value is interpolated based on the triangulation and the detected pixel interpolation type, step 102. If the interpolation type is 8, then the pixel is interpolated using a simple bicubic convolution kernel.

Если тип интерполяции меньше восьми, то интерполяцию выполняют с использованием следующих математических выражений:If the type of interpolation is less than eight, then the interpolation is performed using the following mathematical expressions:

Figure 00000017
Figure 00000017

где Δs,1 и Δ2 определены с помощью нижеследующих формул.where Δ s, 1 and Δ 2 are determined using the following formulas.

Пусть δx - расстояние от текущего пикселя до ближайшего левого ряда (колонки) исходного изображения, при этом расстояние между двумя ближайшими рядами (колонками) исходного изображения принимают за единицу. Пусть δy - расстояние от текущего пикселя до ближайшей верхней строки исходного изображения, при этом расстояние между двумя ближайшими строками исходного изображения принимают за единицу:Let δ x be the distance from the current pixel to the nearest left row (column) of the original image, while the distance between the two nearest rows (columns) of the original image is taken as unity. Let δ y be the distance from the current pixel to the nearest top line of the original image, while the distance between the two nearest lines of the original image is taken as unity:

Figure 00000018
Figure 00000018

где ys,k определяют с помощью нижеследующей формулы, где I(i,j) - ближайший к интерполированному пикселю левый-верхний пиксель исходного изображения:where y s, k is determined using the following formula, where I (i, j) is the left-top pixel of the source image closest to the interpolated pixel:

Figure 00000019
Figure 00000019

где параметры (parameter) ts,k и ps,k принимаются с использованием нижеследующей таблицы:where the parameters (parameter) t s, k and p s, k are taken using the following table:

Tyre/ParameterTire / parameter 1one 22 3(δyx)3 (δ yx ) 3(δy≥δx)3 (δ y ≥δ x ) 4(δyx≤1)4 (δ y + δ x ≤1) 4(δyx>1)4 (δ y + δ x > 1) 55 66 77 88 t1,1 t 1,1 00 -1-one -1-one 00 -1-one 1one 00 00 -1-one -1-one t1,2 t 1,2 00 00 00 00 00 1one 00 00 00 00 t1,3 t 1,3 00 1one 1one 00 1one 1one 00 00 1one 1one t1,4 t 1.4 00 22 22 00 22 1one 00 00 22 22 t2,1 t 2,1 1one -1-one 1one -1-one 00 -1-one 1one 1one -1-one -1-one t2,2 t 2.2 1one 00 1one 00 00 00 1one 1one 00 00 t2,3 t 2,3 1one 1one 1one 1one 00 1one 1one 1one 1one 1one t2,4 t 2,4 1one 22 1one 22 00 22 1one 1one 22 22 p1,1 p 1,1 -1-one 00 00 -1-one 00 -1-one -1-one -1-one 00 00 p1,2 p 1,2 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 p1,3 p 1,3 1one 00 00 1one 00 1one 1one 1one 00 00 p1,4 p 1,4 22 00 00 22 00 22 22 22 00 00 p2,1 p 2,1 -1-one 1one -1-one 1one -1-one 1one -1-one -1-one 1one 1one p2,2 p 2.2 00 1one 00 1one 00 1one 00 00 1one 1one p2,3 p 2,3 1one 1one 1one 1one 1one 1one 1one 1one 1one 1one p2,4 p 2,4 22 1one 22 1one 22 1one 22 22 1one 1one

Out - значение текущего интерполированного пикселя результирующего изображения.Out - value of the current interpolated pixel of the resulting image.

По завершении интерполяции выполняют дополнительную обработку - шаг 103. На первом этапе определяют значение параметра мультипликации для предотвращения появления такого эффекта на изображении. Этот параметр зависит от пропорции (степени) R увеличения размерности в следующем соотношении:Upon completion of the interpolation, additional processing is performed - step 103. At the first stage, the value of the animation parameter is determined to prevent such an effect from appearing on the image. This parameter depends on the proportion (degree) R of the increase in dimension in the following ratio:

Figure 00000020
Figure 00000020

На этом этапе дополнительной обработки ей подвергают только пиксели Y канала. Находят минимальные и максимальные значения пикселей, расположенных в окрестностях интерполированного пикселя OytY. При этом интерполированный пиксель OytY нормируют к диапазону [0,1]:At this stage of the additional processing, only the Y channel pixels are subjected to it. Find the minimum and maximum values of pixels located in the vicinity of the interpolated pixel Oyt Y. At the same time, the interpolated pixel Oyt Y is normalized to the range [0,1]:

Figure 00000021
Figure 00000021

Затем обработанное значение

Figure 00000022
находят следующим образом:Then processed value
Figure 00000022
found as follows:

Figure 00000023
Figure 00000023

где f является следующей функцией:

Figure 00000024
where f is the following function:
Figure 00000024

Вместо f(x) возможно применение и других видов функций повышения резкости.Instead of f (x), other sharpening functions are also possible.

Таким образом,

Figure 00000022
рассматривают как значение интерполированного пикселя, прошедшего дополнительную обработку и являющегося исходящим пикселем в заявляемом способе увеличения размерности.In this way,
Figure 00000022
considered as the value of the interpolated pixel that has undergone additional processing and is an outgoing pixel in the claimed method of increasing the dimension.

Заявляемое изобретение может найти применение в промышленных установках, на вход которых поступают изображения с низким разрешением. В первую очередь, это цифровое телевидение, в том числе телевидение с высокой четкостью (HDTV), на вход которого поступают видеопоследовательности в стандартном разрешении, требующие качественного увеличения разрешения. Другой областью применения могут быть мобильные устройства с дисплеем, использующие системы сжатия mpeg. При этом заявляемый способ позволяет успешно увеличивать размерность цветовых компонентов при восстановлении формата YCbCr 4:4:4 из форматов YCbCr 4:2:0 или 4:2:2.The claimed invention can find application in industrial installations, the input of which receives images with low resolution. First of all, it is digital television, including high-definition television (HDTV), the input of which receives video sequences in standard resolution, requiring a qualitative increase in resolution. Another application could be display mobile devices using mpeg compression systems. Moreover, the claimed method allows to successfully increase the dimension of color components when restoring the YCbCr 4: 4: 4 format from the YCbCr 4: 2: 0 or 4: 2: 2 formats.

Claims (8)

1. Способ увеличения размерности цифрового изображения, предусматривающий покадровую обработку видеопоследовательности, причем каждый пиксель кадра обрабатывают с учетом информации о самом пикселе и о локальной области вокруг него, выполняя при этом следующие операции:
определяют направления границ в этом пикселе;
определяют частотные характеристики обрабатываемого участка;
определяют тип интерполяции, применимый к данному пикселю;
вычисляют интерполированное значение пикселя на основе данных о частотных характеристиках обрабатываемого участка и направлениях границ;
выполняют по результатам интерполяции значения пикселя операцию по улучшению границ;
устраняют эффект мультипликации путем окончательной обработки с применением функции, адаптирующейся к пропорциям интерполяции.
1. A method of increasing the dimension of a digital image, providing for frame-by-frame processing of a video sequence, each pixel of the frame being processed taking into account information about the pixel itself and the local area around it, performing the following operations:
determine the direction of the borders in this pixel;
determine the frequency characteristics of the treated area;
determine the type of interpolation applicable to a given pixel;
calculating the interpolated pixel value based on data on the frequency characteristics of the treated area and the directions of the borders;
performing an operation to improve boundaries based on the results of interpolation of the pixel value;
eliminate the effect of multiplication by final processing using a function that adapts to the proportions of the interpolation.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тип применимой интерполяции определяют с помощью вейвлетов, определения направления границ в данном пикселе, определения типа участка и определения принадлежности к «шахматной» области, причем в первую очередь вычисляют число, соответствующее частотным характеристикам обрабатываемого участка, с помощью вейвлета 5-3, который применяют в горизонтальном и вертикальном направлениях; определяют направление границ в данном пикселе, используя значение производных по направлениям; определяют тип обрабатываемого участка на основе порогового принципа.2. The method according to claim 1, characterized in that the type of applicable interpolation is determined using wavelets, determining the direction of the boundaries in a given pixel, determining the type of region and determining belonging to the "chess" region, and first of all, calculate the number corresponding to the frequency characteristics of the processed plot using wavelet 5-3, which is used in horizontal and vertical directions; determine the direction of the boundaries in a given pixel using the value of the derivatives in the directions; determine the type of the treated area based on the threshold principle. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для определения направления границ в текущем пикселе используют значения производных, рассчитанные по следующим формулам:
горизонтальную производную для пикселей исходного изображения вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения, как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в вертикальном направлении:
Figure 00000025
- это значение канала Y текущего пикселя;
вертикальную производную для пикселей исходного изображения вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения, как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в горизонтальном направлении:
Figure 00000026
- это текущий пиксель;
производную в направлении второстепенной диагонали для пикселей исходного изображения вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения, как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в направлении второстепенной диагонали:
Figure 00000027
- это текущий пиксель;
производную в направлении главной диагонали для пикселей исходного изображения вычисляют, исходя из нижеприведенного соотношения, как среднее значение разностей между пикселями, которые являются соседними в направлении главной диагонали:
Figure 00000028
- это текущий пиксель.
3. The method according to claim 2, characterized in that to determine the direction of the boundaries in the current pixel, the values of derivatives calculated using the following formulas are used:
the horizontal derivative for the pixels of the original image is calculated based on the relation below, as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the vertical direction:
Figure 00000025
is the value of channel Y of the current pixel;
the vertical derivative for the pixels of the original image is calculated based on the relation below, as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the horizontal direction:
Figure 00000026
is the current pixel;
the derivative in the direction of the secondary diagonal for the pixels of the original image is calculated, based on the ratio below, as the average value of the differences between pixels that are adjacent in the direction of the secondary diagonal:
Figure 00000027
is the current pixel;
the derivative in the direction of the main diagonal for the pixels of the original image is calculated based on the relation below, as the average value of the differences between the pixels that are adjacent in the direction of the main diagonal:
Figure 00000028
is the current pixel.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что определение одного из восьми возможных направлений границы в текущем пикселе выполняют с помощью следующих операций:
находят минимум производных для определения основного направления,
устанавливают в зависимости от найденного минимума соответствующее значение переменной dir, которая обозначает направление границы,
- вычисляют четыре условия:
Figure 00000029
&&
Figure 00000030
;
Figure 00000031
&&
Figure 00000032
;
Figure 00000033
&&
Figure 00000034
;
Figure 00000035
&&
Figure 00000036
,
где SUB_DIR_TR является предопределенным пороговым значением, используемым для вычисления разности между двумя производными, Dx, Dd1 и Dd2 являются производными в горизонтальном направлении и в направлении главной и второстепенной диагоналей соответственно, значение переменной dir вычислено на предыдущем шаге,
изменяют одно из направлений на под-направление, если выполнено какое-либо из условий Ci;
если выполнено больше одного условия, то выбирают под-направление, где разница абсолютных значений двух производных является меньшей.
4. The method according to claim 3, characterized in that the determination of one of eight possible directions of the border in the current pixel is performed using the following operations:
find a minimum of derivatives to determine the main direction,
depending on the found minimum, set the corresponding value of the variable dir, which indicates the direction of the border,
- calculate four conditions:
Figure 00000029
&&
Figure 00000030
;
Figure 00000031
&&
Figure 00000032
;
Figure 00000033
&&
Figure 00000034
;
Figure 00000035
&&
Figure 00000036
,
where SUB_DIR_TR is a predetermined threshold value used to calculate the difference between the two derivatives, D x , D d1 and D d2 are derivatives in the horizontal direction and in the direction of the main and secondary diagonals, respectively, the value of the variable dir is calculated in the previous step,
changing one of the directions to a sub-direction, if any of the conditions C i is fulfilled;
if more than one condition is satisfied, then choose a sub-direction, where the difference in the absolute values of the two derivatives is less.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что для определения частотной характеристики обрабатываемого участка используют вейвлет-преобразование, выполняемое по формуле
Figure 00000037

где Т является каналом, T∈{Y,Cb,Cr}, где Y, Cb и Cr - это цветовые каналы изображения в представлении цветового пространства YCbCr.
5. The method according to claim 2, characterized in that to determine the frequency response of the processed area using wavelet transform, performed by the formula
Figure 00000037

where T is a channel, T∈ {Y, Cb, Cr}, where Y, Cb and Cr are the color channels of the image in the color space representation of YCbCr.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что интерполяцию выполняют с использованием следующих математических выражений:
Figure 00000038
,
где Δs,1 и Δ2 определены с помощью нижеследующих формул, в которых δх - расстояние от текущего пикселя до ближайшего левого ряда (колонки) исходного изображения, при этом расстояние между двумя ближайшими рядами (колонками) исходного изображения принимают за единицу, а δу - расстояние от текущего пикселя до ближайшей верхней строки исходного изображения, при этом расстояние между двумя ближайшими строками исходного изображения принимают за единицу:
Figure 00000039

где dir - направление границы, которое определяют в п.4;
причем ys,k определяют с помощью нижеследующей формулы, где I(i,j) - ближайший к интерполированному пикселю левый-верхний пиксель исходного изображения:
ys,k=I(i+ts,k+ps,k), s=1,2, k=1,…4,
где параметры (parameter) ts,k и ps,k принимают значения с использованием нижеследующей таблицы:
Figure 00000040

Type - обозначает тип интерполяции, применяемый к пикселям изображения;
Out - значение текущего интерполированного пикселя результирующего изображения.
6. The method according to claim 2, characterized in that the interpolation is performed using the following mathematical expressions:
Figure 00000038
,
where Δ s, 1 and Δ 2 are determined using the following formulas in which δ x is the distance from the current pixel to the nearest left row (column) of the original image, while the distance between the two nearest rows (columns) of the original image is taken as unity, and δ у is the distance from the current pixel to the nearest top line of the source image, while the distance between the two nearest lines of the source image is taken as unity:
Figure 00000039

where dir is the direction of the border, which is determined in paragraph 4;
and y s, k is determined using the following formula, where I (i, j) is the left-top pixel of the original image closest to the interpolated pixel:
y s, k = I (i + t s, k + p s, k ), s = 1,2, k = 1, ... 4,
where the parameters (parameter) t s, k and p s, k take values using the following table:
Figure 00000040

Type - indicates the type of interpolation applied to the image pixels;
Out - value of the current interpolated pixel of the resulting image.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на основе частотных характеристик обрабатываемых участков пикселя применяют один из двух типов интерполяции, а именно, в случае, если обрабатываемый участок определен, как низкочастотный, то применяют интерполяцию на основе триангуляции с сохранением границ, а если участок является высокочастотным, то применяют бикубическую интерполяцию, тогда как в промежуточной области между низкочастотными и высокочастотными участками применяют способ взвешенной суммы триангуляционной интерполяции и бикубической свертки.7. The method according to claim 1, characterized in that on the basis of the frequency characteristics of the processed pixel sections, one of two types of interpolation is used, namely, if the processed section is defined as low-frequency, then interpolation based on triangulation with preserving borders is applied, and if the section is high-frequency, then bicubic interpolation is used, while in the intermediate region between the low-frequency and high-frequency sections, the method of the weighted sum of triangulation interpolation and bicubic is used Coy convolution. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительная операция по улучшению границ включает выполнение следующих действий:
определяют значение параметра мультипликации, который зависит от пропорции R увеличения размерности в следующем соотношении:
Figure 00000041

причем на этом этапе обработке подвергают только пиксели Y канала,
находят минимальные и максимальные значения пикселей, расположенных в окрестностях интерполированного пикселя Outy,
интерполированный пиксель Outy нормируют к диапазону [0,1]:
Figure 00000042
, где local_min и lokal_max - это минимальное и максимальное допустимое значение для пикселя изображения.
- находят обработанное значение
Figure 00000022
следующим образом:
Figure 00000043

где f является следующей функцией:
Figure 00000044
8. The method according to claim 1, characterized in that the additional operation to improve the boundaries includes the following steps:
determine the value of the animation parameter, which depends on the proportion R of the increase in dimension in the following ratio:
Figure 00000041

moreover, at this stage, only the channel Y pixels are subjected to processing,
find the minimum and maximum values of pixels located in the vicinity of the interpolated pixel Outy,
Outy interpolated pixel normalize to the range [0,1]:
Figure 00000042
where local_min and lokal_max are the minimum and maximum allowable values for the image pixel.
- find the processed value
Figure 00000022
in the following way:
Figure 00000043

where f is the following function:
Figure 00000044
RU2008123269/09A 2008-06-16 2008-06-16 Method for increased resolution of digital video sequence RU2393540C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123269/09A RU2393540C2 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method for increased resolution of digital video sequence

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123269/09A RU2393540C2 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method for increased resolution of digital video sequence

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008123269A RU2008123269A (en) 2009-12-27
RU2393540C2 true RU2393540C2 (en) 2010-06-27

Family

ID=41642232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008123269/09A RU2393540C2 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method for increased resolution of digital video sequence

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2393540C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6928196B1 (en) * 1999-10-29 2005-08-09 Canon Kabushiki Kaisha Method for kernel selection for image interpolation
US20070081743A1 (en) * 2005-10-08 2007-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Image interpolation apparatus and method thereof
RU2310911C1 (en) * 2006-06-14 2007-11-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method for interpolation of images
RU2006131031A (en) * 2006-08-29 2008-03-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR) METHOD AND DEVICE FOR INCREASING IMAGE RESOLUTION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6928196B1 (en) * 1999-10-29 2005-08-09 Canon Kabushiki Kaisha Method for kernel selection for image interpolation
US20070081743A1 (en) * 2005-10-08 2007-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Image interpolation apparatus and method thereof
RU2310911C1 (en) * 2006-06-14 2007-11-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method for interpolation of images
RU2006131031A (en) * 2006-08-29 2008-03-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR) METHOD AND DEVICE FOR INCREASING IMAGE RESOLUTION

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008123269A (en) 2009-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10424054B2 (en) Low-illumination image processing method and device
US9824424B2 (en) Image amplifying method, image amplifying device, and display apparatus
US10963995B2 (en) Image processing apparatus and image processing method thereof
CN109743473A (en) Video image 3 D noise-reduction method, computer installation and computer readable storage medium
IES20080497A2 (en) Image processing method and apparatus
US9025903B2 (en) Image processing device and image processing method
US9959599B2 (en) System for enhanced images
WO2023273868A1 (en) Image denoising method and apparatus, terminal, and storage medium
KR102182697B1 (en) Apparatus and method for processing image
KR20150129688A (en) creating details in an image with adaptive frequency lifting
KR20150127597A (en) creating details in an image with adaptive frequency strength controlled transform
CN108280836A (en) A kind of image processing method and device
CN104881847A (en) Match video image enhancement method based on wavelet analysis and pseudo-color processing
US20160343113A1 (en) System for enhanced images
JP2013041565A (en) Image processor, image display device, image processing method, computer program, and recording medium
US8265419B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
US9530223B2 (en) Image correction method and image correction device
CN113379631B (en) Image defogging method and device
WO2014102876A1 (en) Image processing device and image processing method
WO2023044653A1 (en) Display device system, and method for adaptively enhancing image quality
CN113838023A (en) A Color Difference Image Quality Evaluation Method
RU2393540C2 (en) Method for increased resolution of digital video sequence
CN105894456B (en) A kind of high dynamic range images contrast mapping method based on normalization layering
CN119697393A (en) Time domain filtering method, device, electronic device and computer program product
JP7627389B2 (en) Noise removal for SDR-HDR local reconstruction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200617