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帧率上转换技术及其在视频编码中的应用

帧率上转换技术及其在视频编码中的应用

作者：吉秉彧信阳师范学院

学位级别：硕士

帧率上转换(Frame Rate Up-Conversion,FRUC)技术是视频处理技术中研究的热点问题之一。该技术可将视频序列从低帧率提升至高帧率,从而增加视频流畅度,提升视频质量和视觉效果。然而,现有的帧率上转换技术虽然保证了一定质量,但往往会... 详细信息

帧率上转换(Frame Rate Up-Conversion,FRUC)技术是视频处理技术中研究的热点问题之一。该技术可将视频序列从低帧率提升至高帧率,从而增加视频流畅度,提升视频质量和视觉效果。然而,现有的帧率上转换技术虽然保证了一定质量,但往往会耗费大量计算时间,不能很好的兼顾图像质量与运算时间,且如何将FRUC技术应用于重构缺失帧的视频编码中,现有文献缺少相应探讨。针对这些问题,本文提出了两种帧率上转换算法,并探究了FRUC技术在视频编码领域中的应用:(1)提出了一种基于时空相关的多分辨率帧率上转换算法。该算法引入了图像金字塔方法,用以构造多分辨率图像层,利用时空相关性的特征,在顶层图像上执行运动估计算法,降低了时间复杂度。为校正运动矢量场中存在的低精度运动矢量,引入了运动矢量校正技术,在运动矢量场的逐层传递过程中,检测并校正异常运动矢量。通过实验检验,该算法具有耗费时间少与保证精度的优点。(2)提出了一种基于空间预测的帧率上转换算法。该算法将内插帧的图像块分成两类,对第一类待插块执行全搜索运动估计算法,并引入连续消除算法降低时间复杂度。依据空间相关性,计算第二类块的运动矢量,进一步提升了运算效率。这种分类计算运动矢量的方式有效减少了运动估计算法执行的次数,同时,利用空间相关性的特性,保证了图像块具有相对真实的运动矢量。通过实验对比,该方案具有平均单帧处理时间较少的特点。(3)提出了一种FRUC技术在视频编码领域的应用方案,即视频压缩感知编码。相较于传统视频编码方案,该编码方案将FRUC技术与压缩感知理论相结合,在编码端具有采样率低、在解码端具有重建视频帧速度快的技术特点,从而降低了传输码率以及提升了解码效率。通过实验对比,视频压缩感知编码具有较低的率能量失真性能,使其在低能耗环境下更具优势。

关键词：帧率上转换运动估计多分辨率空间相关性视频编码

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帧率上转换中的运动估计算法研究

帧率上转换中的运动估计算法研究

作者：因雅晶西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着高清数字电视和高端多媒体系统的蓬勃发展，现有的视频节目源已不能满足人们的视觉需求。帧率上转换作为一种视频后处理技术，通过在原有视频帧中插入中间帧的方式，将低帧率视频转变成高帧率视频，使得观看者在观看高清数字电视时... 详细信息

随着高清数字电视和高端多媒体系统的蓬勃发展，现有的视频节目源已不能满足人们的视觉需求。帧率上转换作为一种视频后处理技术，通过在原有视频帧中插入中间帧的方式，将低帧率视频转变成高帧率视频，使得观看者在观看高清数字电视时可以观赏到更加自然流畅的运动场景;而且帧率上转换技术可以在解码端恢复在某些传输带宽受限场合下而跳过的视频帧，减小视觉上的停滞感和跳跃感，提供更好的视觉质量。现在大多数帧率上转换采用运动补偿的方法，本文的研究重点是其中的运动估计部分，以确保为后面的插值算法提供真实可靠的运动矢量。首先，考察了在矢量一致性方面有较大优势的三维递归块匹配搜索算法，并以此为基础，提出了一种结合多层搜索的块匹配运动估计算法以提高运动估计的准确性，该算法利用多层策略将可能的运动矢量场逐级精确到真实的运动矢量场，再结合收敛性判断，可以自适应的退出多层搜索，不仅加快了收敛速度，而且保证了运动矢量场的平滑性。其次，由于在遮挡区域求得的运动矢量不准确，本文提出了一种矢量场后处理方法，利用前向预测与后向预测得到的运动矢量场，得到遮挡区域及运动矢量不准确标记图，再根据空间相关性及匹配残差对不准确运动矢量进行校正，得到修正后的运动矢量场，在此基础上再进行矢量中值滤波，最终得到准确平滑的运动矢量场。实验结果表明，本文提出的算法较当前已有的部分类似算法，得到的插值帧的主观和客观质量均有所提高。

关键词：帧率上转换运动估计 3DRS多层块匹配运动估计算法矢量后处理

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基于运动矢量处理的帧率上转换算法

中国图象图形学报 2011年第2期16卷 191-196页

作者：邓慧萍喻莉钟刚王超熊玮华中科技大学电子与信息工程系武汉光电国家实验室光通信与智能网络研究部武汉430074

帧速率上转换主要是用来实现两个不同帧率视频扫描格式之间的转换。它可以应用于HDTV和低比特码率编码等应用场合。将场景检测引入到帧率上转换方法中,根据视频内容的变化来检测场景的变换,然后自适应地选择内插(Interpolation)外/推(Ex... 详细信息

帧速率上转换主要是用来实现两个不同帧率视频扫描格式之间的转换。它可以应用于HDTV和低比特码率编码等应用场合。将场景检测引入到帧率上转换方法中,根据视频内容的变化来检测场景的变换,然后自适应地选择内插(Interpolation)外/推(Extrapolation)的方法,从而解决了传统运动补偿内插法针对序列剧烈运动或场景切换难以处理的问题。同时,结合残差能量的大小和运动矢量的相关性对运动矢量的可靠性进行分类,对不可靠运动矢量采用可变块大小运动估计进行重新搜索,不断更新运动矢量,逐步消除由于运动矢量的不准确带来的方块效应和边缘模糊现象。实验结果表明,算法较传统的插值算法对内插图像的主观质量和客观质量都有所提高。

关键词：帧率上转换运动补偿内插场景检测运动矢量处理

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一种基于验证帧和验证块的帧率上转换算法

四川大学学报（工程科学版） 2013年第S2期45卷 129-134页

作者：张莹莹吴炜严斌宇周时伦陈为龙卢苇四川大学电子信息学院四川成都610065 武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术系湖北武汉430072 四川师范大学数字媒体学院四川成都610068 北京交通大学软件学院北京100044

为了解决帧率提升中因虚假时间对称性产生的错误运动估计的问题,减少块效应,提出了一种基于验证帧和验证块的双向运动估计算法,该算法首先对待插块进行双向运动估计,然后通过验证帧和验证块对运动估计的结果进行验证,得到较准确运动估... 详细信息

为了解决帧率提升中因虚假时间对称性产生的错误运动估计的问题,减少块效应,提出了一种基于验证帧和验证块的双向运动估计算法,该算法首先对待插块进行双向运动估计,然后通过验证帧和验证块对运动估计的结果进行验证,得到较准确运动估计。标准测试序列的实验结果表明,提出的算法与已存算法相比,图像质量在主观和客观方面都有所提高。

关键词：帧率上转换运动估计运动补偿

基于上下文立方匹配的双向运动估计视频帧率上转换算法

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信阳师范学院学报（自然科学版） 2022年第4期35卷 638-644页

作者：李然郝培男孙逢圆信阳师范学院计算机与信息技术学院河南信阳464000 桂林电子科技大学广西无线宽带通信与信号处理重点实验室广西桂林541004

为了提升双向运动估计(Bidirectional Motion Estimation,BME)准确度,提出上下文立方(Context Cube,Con-Cube)匹配,采用紧凑的上下文特征抑制块失配问题。首先,以块内各像素为中心提取子块,采用自相似性描述子生成子块的相关平面,以相... 详细信息

为了提升双向运动估计(Bidirectional Motion Estimation,BME)准确度,提出上下文立方(Context Cube,Con-Cube)匹配,采用紧凑的上下文特征抑制块失配问题。首先,以块内各像素为中心提取子块,采用自相似性描述子生成子块的相关平面,以相关平面的直方图作为块内各像素的上下文特征;接着,将块内各像素的上下文特征增加为块的新维度,生成Con-Cube;然后,基于Con-Cube设计双向上下文匹配,生成内插帧的运动向量场;最后,通过线性插值补偿得到内插帧。实验结果显示,所提出的算法内插帧的主客观质量均有所改善,这表明:通过逐像素描述语义关联,Con-Cube可有效缓解BME中的块失配现象。

关键词：帧率上转换双向运动估计块匹配自相似描述子上下文特征

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一种改进的三维递归搜索帧率上转换算法

电视技术 2014年第13期38卷 17-20页

作者：姜肇海胡园园司丹丹干宗良南京邮电大学江苏省图像处理与图像通信重点实验室江苏南京210003

提出了一种改进的三维递归搜索(3-Dimension Recursive Search,3DRS)帧率上转换算法。相较于3DRS算法,在3个方面提出改进:首先,调整候选运动矢量的选择,充分利用运动失量的空间相关性;其次,增加一次逆序运动估计,加速运动失量收敛;最后... 详细信息

提出了一种改进的三维递归搜索(3-Dimension Recursive Search,3DRS)帧率上转换算法。相较于3DRS算法,在3个方面提出改进:首先,调整候选运动矢量的选择,充分利用运动失量的空间相关性;其次,增加一次逆序运动估计,加速运动失量收敛;最后,提出一种新的匹配准则以进一步提高运动估计的准确性。实验结果表明,该算法有效提高了运动估计的准确性,所得结果在主客观均取得较好的效果。

关键词：三维递归搜索运动估计帧率上转换

基于卷积神经网络的压缩视频帧率上转换算法研究

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基于卷积神经网络的压缩视频帧率上转换算法研究

作者：陈立鑫杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字信息时代的到来,大规模的图像和视频已经成为了信息传播的重要媒介。由于移动互联网的驱动,人们对于图像以及视频的获取变得更为热情。但是很多的高清视频的容量越来越大,观看高清视频需要消耗大量的流量并且有限的带宽使得高... 详细信息

随着数字信息时代的到来,大规模的图像和视频已经成为了信息传播的重要媒介。由于移动互联网的驱动,人们对于图像以及视频的获取变得更为热情。但是很多的高清视频的容量越来越大,观看高清视频需要消耗大量的流量并且有限的带宽使得高清视频的播放质量不能满足人们的需求。因此,需要先将视频进行压缩再进行传输。为了更好的减小带宽,需要对压缩的视频进行低帧率的传输,在接收端利用插值的方式将低帧率的压缩视频恢复到原来的帧率,这就是帧率上转换技术。这种技术不仅能够提高视频的帧率,还能减少视频播放过程中卡顿现象,能极大的提高用户的视觉体验,所以帧率上转换的研究具有重要的现实意义。目前比较流行的帧率上转换技术是利用运动估计和运动补偿,这种方法是通过计算出各个宏块的运动矢量来进行插值。虽然帧率上转换技术已经逐渐成熟,但是视频中运动剧烈的部分还是会产生很多的块效应。另一方面,利用目前的主流压缩标准对视频进行压缩会损失很多的信息,这也增加了帧率上转换技术恢复的难度。为了解决这一问题,本文提出了两种算法对压缩的视频进行帧率上转换。第一种算法是利用一个深度残差网络对经过传统的帧率上转换算法后的插值帧进行处理,相当于一个后滤波器的作用,能有效的去除经过传统的帧率上转换后产生的块效应。这个网络是由三个部分组成的,分别是特征提取,特征递归分析以及图像复原。第二种算法是先用两个深度卷积网络分别对经过双向运动估计得到的前后向运动估计帧进行特征提取,再将这两个网络的输出结合成一个初始的插值帧,然后把初始的插值帧输入到一个深度残差网络进行增强,最后得到最终的插值帧。实验结果表明,本文提出的两种算法在主观上和客观上比起传统的帧率上转换算法有提高并有效的解决了块效应的问题。

关键词：卷积神经网络压缩视频帧率上转换深度残差网络运动估计

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基于对称运动的帧率上转换技术研究

基于对称运动的帧率上转换技术研究

作者：何青帝华中科技大学

学位级别：硕士

随着信息技术的发展,多媒体通信已经逐步成为人们生活的重要组成部分。由于多媒体数据需要极大的数据量,因此,为了满足存储和传输的要求,必须对其进行压缩。虽然当今的视频压缩技术已经可以提供较高的压缩比,但对于某些传输带宽受到限... 详细信息

随着信息技术的发展,多媒体通信已经逐步成为人们生活的重要组成部分。由于多媒体数据需要极大的数据量,因此,为了满足存储和传输的要求,必须对其进行压缩。虽然当今的视频压缩技术已经可以提供较高的压缩比,但对于某些传输带宽受到限制的场合,仍然需要新的技术来提供足够低的码率。目前低比特率编码技术通常有两种思想,即降低输入视频的时间分辨率或空间分辨率。如果保持现有的帧率不变,则必然带来解码端输出视频质量的下降。或者在保证视频帧质量的条件下,降低帧率。在这种情况下,在解码端引入一种帧率上转换机制使得解码序列能够恢复到原始的帧率是十分必要的。本文首先介绍了视频编解码的关键技术及目前主流视频编解码标准,然后详细介绍了当前帧率上转换技术的研究状况和代表算法,并在此基础上提出了一种基于对称运动补偿的帧率上转换技术,有效避免了直接使用传统运动估计进行运动补偿内插时出现的重叠和空洞问题。同时,针对于剧烈运动和场景切换等状况,本文提出了一种运动补偿外推算法,解决了使用内插算法时因无法找到准确的匹配块而导致的模糊和错误现象。此外,在参考了镜头切换相关理论的基础之上,本文还提出了一种基于压缩域的镜头平移检测及恢复算法,当视频序列内出现镜头快速或缓慢平移时,可以依据码流中得到的运动矢量、帧内块分布和残差等相关信息进行检测及恢复,从而使新插入的视频帧获得更好的主观和客观效果。

关键词：视频编码帧率上转换对称运动补偿双向运动估计镜头平移检测

基于运动矢量场平滑约束的帧率上转换技术研究

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基于运动矢量场平滑约束的帧率上转换技术研究

作者：姜肇海南京邮电大学

学位级别：硕士

随着高端显示设备的发展，需要提高现有视频节目源的帧率以获得更好的视觉效果。此外，当网络状况不佳时，可以在发送端减帧以减少发送的数据量，然后在接收端对降低帧率的视频进行帧率提升。帧率上转换技术主要用来提高视频的帧率，因... 详细信息

随着高端显示设备的发展，需要提高现有视频节目源的帧率以获得更好的视觉效果。此外，当网络状况不佳时，可以在发送端减帧以减少发送的数据量，然后在接收端对降低帧率的视频进行帧率提升。帧率上转换技术主要用来提高视频的帧率，因此其具有广阔的应用前景。本文对视频帧率上转换技术的基本概念、原理进行阐述后，对基于运动矢量场平滑约束的帧率上转换技术进行研究，主要工作如下：（1）在仔细介绍了三维递归搜索（3-D Recursive Search，3DRS）算法后，针对其存在的问题，提出了一种改进技术。相较于原始的3DRS算法，在以下三个方面提出改进：第一，调整候选运动矢量的选择，剔除可能会引入错误矢量的时间候选矢量，同时增加空间候选矢量个数;第二，增加一次逆序运动估计，加速运动矢量收敛;第三，利用一种新的匹配准则，提高了运动估计在物体边缘处的准确性。实验结果表明，改进的算法有效提高了运动估计的准确性，所得结果在主客观均取得较好的效果。（2）提出了一种新的帧率上转换技术。对改进3DRS算法进行优化，在其逆序运动估计过程中加入全搜索以提高对具有独立运动的较小物体的运动估计准确度。利用当前帧的运动矢量场，计算通过内插帧中每个像素的运动矢量，并以内插帧中块为基准，以通过每个块的所有运动矢量的平均为初始运动矢量，利用小范围的加权双向运动估计进行修正。对于运动矢量不准确的块，利用其8个相邻块的运动矢量对异常块进行平滑修正。在运动补偿阶段，利用一种自适应补偿方法进行运动补偿。实验结果表明，本文算法效果较好，鲁棒性强。

关键词：帧率上转换三维递归搜索运动估计运动补偿双向运动估计