TW201346839A - 基於動態補償之去移動模糊之方法 - Google Patents
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Abstract
一種基於動態補償之去移動模糊之方法，包含以下步驟：(A)計算一當前畫面與對應於一參考畫面中相同位置像素差，以得到多個像素差值；(B)計算該等像素差值的絕對值之總和，以輸出一誤差總值；(C)依據該誤差總值和一第一、二、三門檻值，選擇一第一、二、三處理單元其中一者對該當前、參考畫面間進行內插處理；(D)當該誤差總值小於該第一門檻值且大於該第二門檻值時，該第一處理單元執行一單向補償運算模式；及(E)當該誤差總值小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值時，該第二處理單元執行一雙向補償運算模式。
Description
本發明是有關於一種去移動模糊之方法，特別是指一種基於動態補償之去移動模糊之方法。
隨著科技的發展，顯示技術越來越發達，為了縮小螢幕的體積、減輕重量以及解決耗電等缺點，液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)幾乎已經取代了傳統的陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)螢幕。此外，由於液晶螢幕的尺寸也不斷地增大，為了提升視訊的品質，也逐漸促成了解析度的提高。然而，也因為液晶顯示器的“響應時間長”及“持續型(hold-type)”的驅動方式，加上“人眼視覺暫留”的特性，因此容易造成移動模糊的現象。
為了能夠有效解決影像在高速移動時所產生的移動模糊及增加畫面的流暢度，許多學者們紛紛提出了許多改善移動模糊的方法，例如：加速液晶分子的動作、降低液晶螢幕的響應時間、插黑技術，以及補插畫面技術等。
所謂的補插技術即是在兩畫面之間利用移動補償的技術插入一張補插畫面或插入一張全黑的畫面，以藉此提昇畫面的頻率。由於高品質電視畫面頻率可能是120Hz、240Hz或更高，因此提高畫面頻率(Frame Rate Up-Conversion,FRUC)乃成為目前最常被提出討論的一個研究主題。
然而，在補插畫面的過程中，因目前演算法還不能達到百分之百精確的補償，容易造成反效果，因而補償出錯誤的畫面。此時卻只能將補插畫面的動作關閉，以避免補插畫面錯誤，但也失去了消除移動模糊的功能，因此液晶顯示器所產生移動模糊的問題還是不能夠完全地解決，故有必要尋求一解決之道。
因此，本發明之目的，即在提供一種基於動態補償之去移動模糊之方法。
於是，本發明基於動態補償之去移動模糊之方法，適用於一用以處理一當前畫面及一參考畫面的影像處理裝置，以輸出一內插畫面，該影像處理裝置包括一差值計算單元、一差值統計單元、一運算模式選擇單元、一第一處理單元、一第二處理單元及一第三處理單元，該方法包含下列步驟。
首先，該差值計算單元計算該當前畫面中每一第一像素與對應於每一第一像素位置的參考畫面中每一第二像素之像素差，以得到多個像素差值。
接著，該差值統計單元計算該等像素差值的絕對值之總和，以輸出一誤差總值。
接著，該運算模式選擇單元依據該誤差總值和一第一門檻值、一第二門檻值及一第三門檻值數值之間的關係，選擇該第一處理單元、第二處理單元及第三處理單元的其中一者對該當前畫面及該參考畫面間進行內插處理，其中該第一門檻值大於該第二門檻值，且該第二門檻值大於該第三門檻值。
接著，當該誤差總值小於該第一門檻值且大於該第二門檻值時，則該運算模式選擇單元選擇該第一處理單元，且繼而該第一處理單元以一單向補償運算模式對該當前畫面及參考畫面間進行內插處理，以產生該內插畫面。
當該誤差總值小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值時，則該運算模式選擇單元選擇該第二處理單元，且繼而該第二處理單元以一雙向補償運算模式對該當前畫面及該參考畫面間進行內插處理，以產生該內插畫面。
本發明之功效在於，透過該運算模式選擇單元將該當前畫面與該參考畫面兩張畫面間的該誤差總值與該第一、二、三門檻值進行比較，從第一、二、三處理單元的其中一者，選出最適合用來做內插的補償運算模式，因而解決單獨使用一項補償運算模式無法兼顧各種影像之類型的問題。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1與圖2，為本發明基於動態補償之去移動模糊之方法之較佳實施例，該基於動態補償之去移動模糊之方法係透過一影像處理裝置2來實施。
該影像處理裝置2用以處理一當前畫面(Current Frame)11與一參考畫面(Reference Frame)12，並輸出一內插畫面(Interpolated Frame)13。該影像處理裝置2包括一差值計算單元21、一差值統計單元22、一運算模式選擇單元23元、一第一處理單元24、一第二處理單元25，以及一第三處理單元26。
該差值計算單元21用以接收影像資料為亮度-色度之色彩空間(YUV Color Space)之該當前畫面11與該參考畫面12，其中該當前畫面11與該參考畫面12係解析度為252×288之一訊框(Frame)，且其分別包括多個像素(Pixel)。每一像素具有相對應的像素值，該像素值具有亮度值(Luma)或者色度值(Chroma)，而該差值計算單元21還用以依據該當前畫面11中每一第一像素與對應於每一第一像素相同位置的參考畫面12中每一像素，計算出兩張畫面間的像素差211，繼而將該等像素差211輸出至該差值統計單元22中。
該差值統計單元22用以計算該等像素差211值的絕對值之總和，並將經由計算所得到的一誤差總值221傳送給該運算模式選擇單元23。
該運算模式選擇單元23依據該誤差總值221和一第一門檻值、一第二門檻值及一第三門檻值數值之間的關係，選擇該第一、二、三處理單元(24、25、26)的其中一者對該當前畫面11及該參考畫面12間進行內插處理，其中該第一門檻值大於該第二門檻值，且該第二門檻值大於該第三門檻值。
在本較較佳實施例中，以解析度為252×288之訊框為例，該第一門檻值為90000、該第二門檻值為60000，以及該第三門檻值為10000，其中該等門檻值之數值係正比於該訊框之解析度。
於是，該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221小於該第一門檻值且大於該第二門檻值成立的條件之下，選擇該第一處理單元24，且進而該第一處理單元24以一單向補償運算模式對該當前畫面11及參考畫面12進行處理。
參閱圖3與圖4，該單向補償運算模式係先將該當前畫面11分割成多個大小相同且彼此不重疊的巨區塊(Macro Block,MB)，並經由該當前畫面11中之一巨區塊MBCur與對應於該巨區塊MBCur之座標位置的該參考畫面12在一預定義搜尋範圍(Search Range)內，經由移動估算(Motion Estimation)法去利用區塊比對(Block Matching)的方式在該參考畫面12中搜尋出最相似的一巨區塊MBRef。
在本較佳實施例中，該搜尋範圍係為採用全域搜尋(Full Search)的方式針對該搜尋範圍中各個像素座標位置進行區塊比對，並採用平均絕對值差(Mean Absolute Difference)之運算方式作為相似巨區塊之選擇的依據，該平均絕對值差如以下方程式(1)所示：
其中，
f K ：當前畫面11；
f K-T ：參考畫面12；及
MN：大小為M×N之巨區塊。
舉例來說，如圖3所示，在求出對應於該當前畫面11中之該巨區塊MBCur之參考畫面12中該最相似的巨區塊MBRef後，可直接藉由該巨區塊MBCur及巨區塊MBRef之相對座標位置差去計算出移動向量MV(Motion Vector,MV)，假設該當前畫面11中的巨區塊MBCur座標位置為(x+i,y+j)且該參考畫面12中最相似的巨區塊MBRef座標位置為(x,y)，則該移動向量MV則為(-i,-j)。
參閱圖4，在經由移動估算求出移動向量MV之後，接下來在該單向補償運算模式中係再透過移動補償(Motion Compensation,MC)演算法求出該當前畫面11與該參考畫面12之中間狀態，其中該內插畫面13之巨區塊MBInt為該當前畫面11之巨區塊MBCur與該參考畫面12之巨區塊MBRef所對應的巨區塊，該內插畫面13之巨區塊MBInt係由其移動向量MV除以二所計算出來。
在本較佳實施例中，為了解決該單向補償運算模式過程中容易出現之破洞現象，該內插畫面13係為透過一移動向量表(Motion Vector Map)將該等巨區塊MBInt重新排列重建而來，該內插畫面13亦可表示為：
I：內插畫面13；
x：當前畫面11之水平座標位置；
y：當前畫面11之垂直座標位置；
M V x ：水平移動向量；及
MV y ：垂直移動向量。
此外，參閱圖1與圖5，該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值成立的條件之下，選擇該第二處理單元25，且進而該第二處理單元25以一雙向補償運算模式對該當前畫面11及參考畫面12進行處理。
該雙向補償運算模式包含一前向補償演算法及一後向補償演算法，且該後向補償演算法所執行的程序之細節部分類似於該單向補償運算模式，該後向補償演算法同樣也採用全域搜尋方式去透過移動估算演算法進行區塊的比對，繼而得到移動向量MV，並經由移動補償重建出基於後向補償之內插畫面13。
然而，該前向補償運算模式之作法同樣係先將該參考畫面12分割成多個大小相同且彼此不重疊的巨區塊，並經由該參考畫面12中之巨區塊MBRef在該當前畫面11之全域搜尋範圍中，利用移動估算演算法中以區塊比對的方式，去找出與該參考畫面12中之巨區塊MBRef最相似的該當前畫面11中之巨區塊MBCur，進而推算出移動向量MV，同樣再經由移動補償演算法求出該內插畫面13之巨區塊MBInt，進而可重建出基於前向補償之內插畫面13。
因此，在該雙向補償運算模式下的內插畫面13可由前向補償及後向補償之內插畫面13之計算求得，即如以下方程式(2)所示：
其中，
I：內插畫面13；
x：內插畫面13之水平座標位置；
y：內插畫面13之垂直座標位置；
M V x ：水平移動向量；及
MV y ：垂直移動向量
I(x+,y+,t-1)：基於前向預估之內插畫面13
I(x-,y-,t+1)：基於後向預估之內插畫面13
在本較佳實施例中，為了減少進行該雙向補償運算模式過程中容易出現之區塊效應，則於該前向、後向補償演算法進行區塊比對的時候，採用一基於重疊區塊之移動估計演算法(Overlapped Block-Based Motion Estimation,OBME)，並以以巨區塊內之中心像素不超出原巨區塊之範圍為準則作擴大範圍之比對。
此外，參閱圖1，該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221大於或等於該第一門檻值，或者該誤差總值221小於該第三門檻值成立的條件之下，選擇該第三處理單元26，且進而該第三處理單元26以一畫面重複運算模式對當前畫面11及參考畫面12間進行內插處理，該畫面重複運算模式係以複製該參考畫面12，並由該複製的參考畫面12作為該內插畫面13。
參閱圖1與圖2，本發明之基於動態補償之去移動模糊之方法之較佳實施例，適用於該用以處理該當前畫面11及該參考畫面12的影像處理裝置2，以輸出該內插畫面13。該方法包含下列步驟：
首先，如步驟S31所示，該影像處理裝置2讀取影像序列(圖未示)之亮度-色度(YUV)值。
接著，如步驟S32所示，輸入該當前畫面11與參考畫面12至該影像處理裝置2，其中該當前畫面11為該影像序列中的第k個訊框，而該參考畫面12為該影像序列中的第k-1個訊框。
接著，如步驟S33所示，該差值計算單元21計算該當前畫面11中每一第一像素與對應於每一第一像素位置的參考畫面12中每一第二像素之像素差211，以得到該等像素差211值。
接著，如步驟S34所示，該差值統計單元22計算該等像素差211值的絕對值之總和，以輸出表示該當前畫面11與該參考畫面12兩者間之畫面變化的量化結果之該誤差總值221。
接著，如步驟S35所示，該運算模式選擇單元23依據該誤差總值221和該第一、第二、第三門檻值門檻值之間的數值關係，選擇該第一、二、三處理單元(24、25、26)的其中一者對該當前畫面11及該參考畫面12間進行內插處理，其中該第一門檻值大於一該第二門檻值，且該第二門檻值大於該第三門檻值。
繼而，如步驟S36所示，當該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221小於該第一門檻值且大於該第二門檻值時，表示該當前畫面11與該參考畫面12之間的畫面變化略大，或者光線變化較強烈，因此採用複雜度較低的演算法，則該運算模式選擇單元23選擇該第一處理單元24，且繼而該第一處理單元24以該單向補償運算模式對該當前畫面11及參考畫面12進行處理，以產生該內插畫面13。
或者，如步驟S37所示，當該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值時，表示該當前畫面11為一平緩移動畫面，則該運算模式選擇單元23選擇該第二處理單元25，且繼而該第二處理單元25結合該雙向補償運算模式及該基於重疊區塊之移動估計演算法，對該當前畫面11及參考畫面12進行處理，以產生該內插畫面13。
或者，如步驟S38所示，當該運算模式選擇單元23藉由判定該誤差總值221大於或等於該第一門檻值，或者該誤差總值221小於該第三門檻值時，該第三處理單元26以該畫面重複運算模式對該當前畫面11及該參考畫面12進行處理，並透過該畫面重複運算模式複製該參考畫面12以形成該內插畫面13。
在本較佳實施例中，在該誤差總值221大於或等於該第一門檻值時，表示該當前畫面11為一轉場畫面；且在該誤差總值221小於該第三門檻值時，表示該當前畫面11為一靜態畫面。
繼而，如步驟S39所示，將步驟S36~S38其中一者所產生之該內差畫面輸出，繼而插入到該當前畫面11及參考畫面12之連續兩張畫面中。
如表一所示，為非專利之學術文獻所提出演算法的PSNR值統計；其中，在文獻[1]中所提出的演算法為全域搜尋並採用雙向補償運算之方法，其PSNR值平均約為29.136。而文獻[2]則加入了修正移動向量的作法使PSNR值有些許提高，但效果仍舊有限。而在文獻[3]至[6]中則逐步加入了基於重疊區塊之移動估計演算法和修正移動向量的作法，此作法雖然逐漸提高PSNR值，但演算法複雜度也隨之提高。且利用對稱性動態估測的缺點為，在移動物體與背景顏色相近時，可能會因找不到正確的移動向量而在補插時容易補償出錯誤的畫面。且在文獻[7]中則採用前向補償運算之方法，其PSNR值平均約為29.083。
因此本較佳實施例所提出的架構則為全域搜尋搭配影像序列之變化量輔以該第一、二、三門檻值做為判斷的依據，以做出最精確的自適應性補償。如表一所示，經過比較之後發現，本發明基於動態補償之去移動模糊之方法在各種不同的測試影片中皆能有效提高其PSNR值，且大部分優於各文獻所提之演算法。
表一中所提及的非專利之學術文獻：
[1] S. H. Lee,Y. C. Shin,S. Yang,H. H. Moon,and R. H. Park,“Adaptive motion-compensated interpolation for frame rate up-conversion,”Consumer Electronics,IEEE Transactions on,vol. 48,no. 3,pp. 444-450,2002.
[2] J. Zhang,L. Sun,S. Yang,and Y. Zhong,“Position prediction motion-compensated interpolation for frame rate up-conversion using temporal modeling,”in Image Processing,2005. ICIP 2005. IEEE International Conference on,2005,vol. 1,p. I-53.
[3] T. S. Chong,O. C. Au,W. S. Chau,and T. W. Chan,“Multiple objective frame rate up conversion,”in Multimedia and Expo,2005. ICME 2005. IEEE International Conference on,2005,pp. 253-256.
[4] K. Hilman,H. W. Park,and Y. Kim,“Using motion-compensated frame-rate conversion for the correction of 3: 2 pulldown artifacts in video sequences,”Circuits and Systems for Video Technology,IEEE Transactions on,vol. 10,no. 6,pp. 869-877,2000.
[5] S. H. Lee,O. Kwon,and R. H. Park,“Weighted-adaptive motion-compensated frame rate up-conversion,”Consumer Electronics,IEEE Transactions on,vol. 49,no. 3,pp. 485-492,2003.
[6] Y. T. Yang,Y. S. Tung,and J. L. Wu,“Quality enhancement of frame rate up-converted video by adaptive frame skip and reliable motion extraction,”Circuits and Systems for Video Technology,IEEE Transactions on,vol. 17,no. 12,pp. 1700-1713,2007.
[7] B. W. Jeon,G. I. Lee,S. H. Lee,and R. H. Park,“Coarse-to-fine frame interpolation for frame rate up-conversion using pyramid structure,”Consumer Electronics,IEEE Transactions on,vol. 49,no. 3,pp. 499-508,2003.
綜上所述，由於本較佳實施例透過判斷影像序列中該當前畫面11與該參考畫面12之間的畫面變化量，並引用該第一、二、三門檻值且適時搭配補插技術做自動且正確的補償，因此在考慮不同程度畫面變化所形成的該內插畫面13時可避免習知所造成的問題，繼而減少液晶顯示器上容易產生的移動模糊及降低輸入延遲，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11．．．當前畫面
12．．．參考畫面
13．．．內插畫面
2．．．影像處理裝置
21．．．差值計算單元
211．．．像素差
22．．．差值統計單元
221．．．誤差總值
23．．．運算模式選擇單元
24．．．第一處理單元
25．．．第二處理單元
26．．．第三處理單元
S31~S39．．．步驟
MV．．．移動向量
MBCur．．．當前畫面巨區塊
MBRef．．．參考畫面巨區塊
MBInt．．．內插畫面巨區塊
圖1是一方塊圖，說明用以實施本發明基於動態補償之去移動模糊之方法的較佳實施例之裝置；
圖2是一流程圖，說明本發明基於動態補償之去移動模糊之方法的較佳實施例；
圖3是一示意圖，說明該較佳實施例中一當前畫面之一巨區塊在一參考畫面中的一搜尋範圍內比對出一最相似的巨區塊；
圖4是一示意圖，說明該較佳實施例中之一單向補償運算模式；以及
圖5是一示意圖，說明該較佳實施例中之一雙向補償運算模式。
S31~S39．．．步驟
Claims (10)
- 一種基於動態補償之去移動模糊之方法，適用於一用以處理一當前畫面及一參考畫面的影像處理裝置，以輸出一內插畫面，該影像處理裝置包括一差值計算單元、一差值統計單元、一運算模式選擇單元、一第一處理單元、一第二處理單元及一第三處理單元，該方法包含下列步驟：(A)該差值計算單元計算該當前畫面中每一第一像素與對應於每一第一像素位置的參考畫面中每一第二像素之像素差，以得到多個像素差值；(B)該差值統計單元計算該等像素差值的絕對值之總和，以輸出一誤差總值；(C)該運算模式選擇單元依據該誤差總值和一第一門檻值、一第二門檻值及一第三門檻值數值之間的關係，選擇該第一處理單元、第二處理單元及第三處理單元的其中一者對該當前畫面及該參考畫面間進行內插處理，其中該第一門檻值大於該第二門檻值，且該第二門檻值大於該第三門檻值；(D)當該誤差總值小於該第一門檻值且大於該第二門檻值時，則該運算模式選擇單元選擇該第一處理單元，且繼而該第一處理單元以一單向補償運算模式對該當前畫面及參考畫面間進行內插處理，以產生該內插畫面；及(E)當該誤差總值小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值時，則該運算模式選擇單元選擇該第二處理單元，且繼而該第二處理單元以一雙向補償運算模式對該當前畫面及該參考畫面間進行內插處理，以產生該內插畫面。
- 根據申請專利範圍第1項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中在該步驟(D)中，該第一處理單元在執行該單向補償運算模式過程中係結合一全域搜尋法對該當前畫面及參考畫面間進行內插處理。
- 根據申請專利範圍第1項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中在該步驟(E)中，該第二處理單元在執行該雙向補償運算模式過程中係結合一全域搜尋法對該當前畫面及參考畫面間進行內插處理。
- 根據申請專利範圍第1項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中在該步驟(E)中，該第二處理單元係結合該雙向補償運算模式及一基於重疊區塊之移動估計演算法，對當前畫面及該參考畫面間進行內插處理。
- 根據申請專利範圍第1項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，還包含步驟(F)，當該誤差總值大於或等於該第一門檻值，或者該誤差總值小於該第三門檻值時，該第三處理單元以一畫面重複運算模式於當前畫面及該參考畫面間進行內插處理，並且該畫面重複運算模式透過對該參考畫面進行複製，以產生該內插畫面。
- 根據申請專利範圍第5項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中當該運算模式選擇單元藉由判定該誤差總值大於或等於該第一門檻值時，表示該當前畫面為一轉場畫面。
- 根據申請專利範圍第5項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中當該運算模式選擇單元藉由判定該誤差總值小於或等於該第二門檻值且大於或等於該第三門檻值時，表示該當前畫面為一平緩移動畫面。
- 根據申請專利範圍第5項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中當該運算模式選擇單元藉由判定該誤差總值小於該第三門檻值時，表示該當前畫面為一靜態畫面。
- 根據申請專利範圍第5項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中該當前畫面及該參考畫面的影像資料係為亮度-色度之色彩空間之影像資料。
- 根據申請專利範圍第1項所述之基於動態補償之去移動模糊之方法，其中該當前畫面及該參考畫面的影像資料係為亮度-色度之色彩空間之影像資料。
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| TW101116004A TW201346839A (zh) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | 基於動態補償之去移動模糊之方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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2012
- 2012-05-04 TW TW101116004A patent/TW201346839A/zh not_active IP Right Cessation
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