[发明专利]一种适用于缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换方法

说明书

本发明公开了一种适用于缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换方法，其根据该类视频帧信号的内容特征分三个阶段完成缩放系数、平移系数、明暗变化参数的估计，最后进行基于缩放和明暗变化的运动补偿实现帧率上采样。本发明对缩放系数、平移系数、明暗变化等参数的估计较传统的基于块匹配运动矢量估计补偿法有显著的预测精度提升，处理速度较基于全搜索、三步搜索、菱形搜素的块匹配运动估计补偿法有大幅度提高。

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种适用于缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换方法。

背景技术

数字视频以其独具的实时性、形象性和直观性被视为提供新闻、体育、娱乐、教育和信息的主要方式之一。高清晰度电视、科学实验以及特技制作等等要求视频的帧率不断提高达到高速和超高速。

帧率上变换算法作为视频后处理模块中的重要技术，在实际应用中有着不可替代的作用。该技术通过在原始视频序列中插入预测帧来提高视频信号的时间分辨率。在传输网络带宽有限的情况下该技术可以实现低比特率的高清视频显示；在高清晰度电视领域，尤其是液晶电视，播放视频时常出现鬼影和运动模糊等现象，当画面中存在快速运动的物体时，这种现象更严重。而简单的提高显示视频的帧率可显著减少这些现象，提高画面质量。在视频非线性处理尤其是特技处理领域，帧率上变换可以实现甚至超高速摄像机(1000帧/秒)的拍摄效果，实现视频的艺术特写、还原人眼忽略的细节部分为体育比赛、侦探和各种科学实验提供可视依据。

目前常用的帧率上变换方法有帧平均、帧重复以及基于块匹配的多种搜索机制的运动矢量补偿法。其中基于块匹配的运动矢量补偿法复杂度最高效果最好。根据运动矢量的类型，运动矢量补偿方法可以分为两种：

一种为基于单向运动矢量场的运动补偿，其中基于单向运动矢量场的运动补偿算法可以获得更好的插值效果，但需要额外解决重叠和空洞问题，大大增加了整个算法的计算复杂度。该方法目前仍无法解决遮挡暴露区域的插值问题。

另一种是基于双向运动矢量的运动补偿则不存在重叠和空洞问题，且获得的内插帧的质量也较高。但该方法在相似背景对插值的影响下，容易出现模糊和块效应。

但是帧平均、帧重复方法处理具有缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换质量很差；基于视频块的运动矢量补偿法处理该类视频时由于未知缩放参数和明暗变化参数，盲目搜索整像素、1/2像素、1/4像素、1/8像素精度的最佳匹配块，使得计算复杂度高、处理速度慢且质量仍然不尽人意。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种适用于缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换方法解决了现有方法处理具有缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换质量差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种适用于缩放运动和明暗变化的视频帧率上变换方法，其包括以下步骤：

S1、读取待处理视频流中相邻两帧视频图像，搜索该相邻两帧视频图像的所有特征点，并为每个特征点生成一个特征矢量；

S2、根据特征矢量对原始视频流中相邻两帧视频图像的特征点进行匹配，得到相邻两帧之间的特征匹配对的坐标；

S3、根据特征匹配对的坐标计算视频帧图像每个区域的缩放系数和平移系数；

S4、根据缩放系数和平移系数对视频帧图像的每个区域进行缩放平移运动补偿，得到预测帧；

S5、获取连续两帧视频图像的帧间商，根据帧间商和相匹配的特征点的像素值获取明暗变化参数，并判断明暗变化参数是否等于1，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S6；

S6、根据明暗变化参数调整预测帧的像素值得到上变换插入帧，将上变换插入帧插入与其对应的连续两帧视频图像之间，进入步骤S8；