专利名称：一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法
技术领域：
本发明涉及一种数字视频信号转换方法，特别是一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法。
背景技术：
不同帧速率的数字视频信号相互转换时需要进行视频标准转换，为解决不同视频标准间帧速率的矛盾，帧速率上转换算法尤为重要。它的主要功能是根据两帧或多帧数字视频图像来插值生成中间运动状态的帧，从而把原有视频源的帧速率提高到新的显示屏刷新率。
帧速率上转换算法主要分为两类。一类为利用已存在的视频帧直接进行线性组合来插值生成中间的新帧。其主要特点是没有考虑帧内物体的运动情况，当帧内物体运动幅度较大时，将两帧直接线性组合而插值得到的新帧的质量会变得很差，运动物体边缘易出现模糊现象，尤其当帧内运动物体消失或帧内出现新的运动物体时，由于在相邻帧中没有对应信息，将该相邻两帧线性插值会造成严重的模糊失真。
另一类为运动补偿内插算法，即先通过运动估计得到平滑的运动矢量，然后再利用得到的运动矢量来进行运动补偿来插值生成新帧。基于运动补偿内插算法的实现有两个主要过程运动估计和运动补偿。在视频流中任选一帧(除第一帧和在最后一帧)作为当前帧，其相邻前一帧为参考帧。运动估计其基本思想是将当前帧和参考帧划分为许多互不重叠的宏块，并假定宏块内所有像素均做相同的平动，在当前帧中选择某一个宏块为当前宏块，然后在参考帧中一定的搜索范围内根据某种匹配准则找出与当前帧中此宏块最相似的块，即匹配块。对于在参考帧中搜索当前宏块对应的最佳匹配宏块的方法，主要可分为全搜索算法和各种快速搜索算法。全搜索算法是对搜索范围内的每一个像素点进行匹配运算， 从而得到一个全局最优的运动矢量，因此全搜索算法是搜索精度最高的算法。发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法。即通过比较当前帧中宏块与参考帧中匹配宏块的SAD (Sum of Absolute Difference，绝对误差和)值大小，调整参数的取值来改变当前帧和参考帧在插值生成新帧中所占比重；并检测生成的插值帧的性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法，实施步骤如下 1)对于需要进行帧速率上转换的数字视频信号源，信号处理技术一般处理的是其YUV 彩色空间，而不是RGB彩色空间，这是因为RGB要求三个独立的视频信号同时传输，而对于 YUV信号来说，Y表示亮度信号，U、V表示色度信号，各个像素的Y、U、V三个空间的协方差相同，若计算出了灰度信息Y的协方差，则可得到U、V空间的协方差。这样不仅降低了计算的复杂度，而且使得信号进行传输时不需传输三路信号，只需传输Y信号即可。因此，在进行运动估计和运动补偿之前，我们要先将图像从RGB格式转换为YUV格式。
2)采用基于块匹配的运动估计方法，把运动图像的每一帧分为许多互不重叠的宏块，并假设每个宏块中所有像素做相同的平动，即拥有相同的位移量，对每个宏块单独计算其运动矢量；搜索每个宏块最为相似的宏块作为匹配块；得到比较精确且平滑的运动矢量，减少对运动补偿插值带来的边缘模糊现象。
3)将当前帧和参考帧划分为许多互不重叠的8*8像素的宏块，在参考帧中通过全搜索方法搜索满足SAD匹配准则的当前宏块对应的匹配宏块，然后计算当前宏块的运动矢量和与匹配宏块的像素绝对误差和SAD值；其中SAD匹配准则为
权利要求
1.一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法，其特征在于，实施步骤如下1)对于需要进行帧速率上转换的数字视频信号源，先将图像从RGB格式转换为YUV格式；2)采用基于块匹配的运动估计方法，把运动图像的每一帧分为许多互不重叠的宏块， 并假设每个宏块中所有像素做相同的平动，即拥有相同的位移量，对每个宏块单独计算其运动矢量；搜索每个宏块最为相似的宏块作为匹配块；得到比较精确且平滑的运动矢量， 减少对运动补偿插值带来的边缘模糊现象；3)将当前帧和参考帧划分为许多互不重叠的8*8像素的宏块，在参考帧中通过全搜索方法搜索满足SAD匹配准则的当前宏块对应的匹配宏块，然后计算当前宏块的运动矢量和与匹配宏块的像素绝对误差和SAD值；插值帧内对应宏块的像素定义为 0,7) = [CXl(X0^v0) + O2( ,. )]0<^<1 ； GW0) , (J11J1)分别为当前帧和参考帧中对应宏块的像素，通过比较当前帧中宏块与参考帧中匹配宏块的SAD值大小， 调整碍，^的取值来改变当前帧和参考帧在插值生成新帧中所占比重若物体运动不明显，宏块运动很小，此时SAD值很小，当前帧在插值生成新帧中所占比重较大，可将当前帧的宏块看作插值帧中对应宏块，此时取珥=1 ,碍=0 ,则插值帧内对应宏块的像素定义为
2.根据权利要求1所示的一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法，其特征在于， 所述SAD匹配准则，其公式为
3.根据权利要求1所示的一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法，其特征在于， 所述峰值信噪比PSNR计算公式为
全文摘要
本发明设计一种基于运动补偿的数字视频信号转换方法，实施步骤如下对于需要进行帧速率上转换的数字视频信号源，先将图像从RGB格式转换为YUV格式；采用基于块匹配的运动估计方法，把运动图像的每一帧分为许多互不重叠的宏块，搜索每个宏块最为相似的宏块作为匹配块；在参考帧中通过全搜索方法搜索满足SAD匹配准则的当前宏块对应的匹配宏块，然后计算当前宏块的运动矢量和与匹配宏块的像素绝对误差和SAD值；将图像由YUV格式转换为原来的RGB格式，检测生成的插值帧的性能，本发明方法考虑了该相邻两帧中物体的运动信息，插值生成的新帧能够很好地反映帧内物体的运动轨迹，插值生成的新帧质量较好，可有效的避免单种运动补偿算法带来的模糊效应。
文档编号H04N7/01GK102523419SQ20111045727
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者杨胜齐, 林梅, 陈学伟, 陈春春 申请人:上海大学