高清標(biāo)清過(guò)渡圖像生成方法的研究

翟麗紅+羅繼陽(yáng)

摘 要本文對(duì)高標(biāo)清平滑過(guò)渡圖像的生成方法進(jìn)行了研究，提出了一種可以改善傳輸速率波動(dòng)對(duì)視頻圖像質(zhì)量造成影響的方法。利用低通濾波器生成過(guò)渡圖像，濾波器的截止頻率與高標(biāo)清圖像的過(guò)渡時(shí)間間隔有關(guān)，不同的截止頻率會(huì)產(chǎn)生不同的過(guò)渡圖像。高清標(biāo)清圖像的逐漸變換使得視頻接收端能夠自適應(yīng)變化的帶寬，提高了用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】過(guò)渡圖像 低通濾波器 圖像質(zhì)量

1 引言

信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展促進(jìn)了數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字電視技術(shù)在日常生活中也變得越來(lái)越重要。借助數(shù)字電視技術(shù)，所傳輸?shù)碾娨暪?jié)目的圖像質(zhì)量得到了顯著的增強(qiáng)，但是數(shù)字電視信號(hào)的傳輸對(duì)帶寬并且對(duì)其發(fā)送器和接收器的存儲(chǔ)要求較高。為了減小帶寬和存儲(chǔ)要求，可以對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮，以便在不損失圖像質(zhì)量的情況下發(fā)送更少的數(shù)據(jù)，在接收端對(duì)壓縮信息進(jìn)行解碼操作。但高分辨率視頻的解碼計(jì)算復(fù)雜度高，價(jià)格高，對(duì)傳輸能力要求高，且低分辨率解碼器依然具有可觀的市場(chǎng)份額。因此，人們希望低分辨率視頻解碼器和高分辨率視頻解碼器都能夠接收相同的視頻內(nèi)容。

現(xiàn)有技術(shù)中利用分層視頻編碼器對(duì)視頻進(jìn)行編碼可以解決上述問(wèn)題。用信噪比SNR來(lái)表示編碼過(guò)程中信息量的損失，SNR越大，代表信息量損失越少，也就越接近原圖像?；緦右暂^低的比特率傳輸視頻流，保證視頻流中編碼圖像的基本質(zhì)量，其通信和存儲(chǔ)要求非常低；增強(qiáng)層則以較高的速率進(jìn)行傳輸，常對(duì)與圖像有關(guān)的補(bǔ)充信息進(jìn)行編碼。較低能力的接收器可接收基本層，而較高能力的接收器還可額外地接收增強(qiáng)層。

標(biāo)清視頻信號(hào)（也稱基本質(zhì)量視頻信號(hào)）表示相對(duì)低分辨率的圖像序列，僅由基本層組成；高清視頻信號(hào)（又稱全質(zhì)量視頻信號(hào)）表示相對(duì)高分辨率的圖像序列，由基本層和至少一個(gè)增強(qiáng)層構(gòu)成。在現(xiàn)實(shí)生活中，視頻的傳輸速率，由于受到環(huán)境因素、用戶數(shù)量、傳輸材質(zhì)等因素的影響，視頻的傳輸速率的不穩(wěn)定，直接影像視頻的觀看效果，傳輸速率高時(shí)，用戶觀看高清視頻，傳輸速率低時(shí)，用戶僅能觀看標(biāo)清視頻，那么，在高清與標(biāo)清轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶觀看效果會(huì)明顯發(fā)生變化，影像用戶體驗(yàn)。

如圖1所示，在t1時(shí)刻顯示全質(zhì)量視頻信號(hào)（基本層+增強(qiáng)層），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬變化或者通信信道的傳輸速率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在t2時(shí)刻通信信道不能傳輸整個(gè)視頻流，故t2時(shí)刻顯示基本質(zhì)量視頻信號(hào)（僅有基本層），導(dǎo)致在接收端會(huì)有顯著的圖像質(zhì)量轉(zhuǎn)變。在t4時(shí)刻，通信信道又可以傳輸整個(gè)視頻流，那么從t3到t4時(shí)刻，接收端會(huì)有從標(biāo)清到高清的視頻信號(hào)的質(zhì)量轉(zhuǎn)變，十分明顯。特別是在使用傳輸能力受限的連接（例如家庭無(wú)線連接）時(shí)，上述情況下的質(zhì)量轉(zhuǎn)變會(huì)對(duì)用戶感知的圖像質(zhì)量一致性產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致用戶的體驗(yàn)質(zhì)量降低。

綜上所述，造成用戶體驗(yàn)質(zhì)量下降的原因在于標(biāo)清視頻信號(hào)和高清視頻信號(hào)之間的轉(zhuǎn)變是突變的，而非逐漸變換。然而，在視頻播放中，為避免圖像播放卡頓，通常緩存圖片設(shè)置播放延遲時(shí)間，延遲時(shí)間內(nèi)已接收到的高頻層圖像使得圖像由高清視頻緩慢變化為標(biāo)清視頻成為可能。

2 本文方法

如圖1所示，在t1到t2和t3到t4的過(guò)渡期間，如果能夠產(chǎn)生緩慢變化的平滑過(guò)渡幀，就可以解決由傳速速率而造成的圖像質(zhì)量突變問(wèn)題，從而提高用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。

本文提出了一種改善傳輸速率波動(dòng)對(duì)視頻圖像質(zhì)量造成影響的方法。如圖2所示，B為基本層數(shù)據(jù)，E為增強(qiáng)層數(shù)據(jù)，O為過(guò)渡幀。具體辦法為：可以使用隨著過(guò)渡時(shí)間間隔的變化而變化的截止頻率為特征的低通濾波器對(duì)增強(qiáng)層數(shù)據(jù)的幀進(jìn)行濾波，在基本層和增強(qiáng)層（或多個(gè)增強(qiáng)層）的解碼視頻信號(hào)被合并形成過(guò)渡幀。

本文給出了高清標(biāo)清過(guò)渡圖像生成的系統(tǒng)框圖，如圖3所示。流程如下：在視頻接收端接收到基本層和增強(qiáng)層數(shù)據(jù)，要根據(jù)此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬或通信信道的傳輸速率是否支持增強(qiáng)層的傳輸，如果支持，那么同時(shí)接受；否則就要對(duì)緩存的增強(qiáng)層進(jìn)行濾波處理，方法有兩種：一方面，濾波可以采用低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其截止頻率隨著過(guò)渡時(shí)間間隔而發(fā)生變化，可以設(shè)定截止頻率的變換時(shí)長(zhǎng)是固定時(shí)長(zhǎng)，也可以根據(jù)緩存的增強(qiáng)層的數(shù)據(jù)量來(lái)計(jì)算時(shí)長(zhǎng)。隨著截止頻率緩慢降低，濾波后的增強(qiáng)層保留的細(xì)節(jié)也逐漸減少，顯示圖像的清晰度也隨之緩慢降低。另一方面，對(duì)緩存的增強(qiáng)層數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，可以對(duì)在反量化之前的頻域數(shù)據(jù)通過(guò)將高頻數(shù)級(jí)設(shè)置為0來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著過(guò)渡時(shí)間間隔逐步增大設(shè)置為0的高頻數(shù)級(jí)的位數(shù)。將濾波后的結(jié)果與基本層數(shù)據(jù)分別解碼，得到的解碼信號(hào)組合在一起成為單一的顯示信號(hào)，即過(guò)渡幀。接收端顯示一個(gè)過(guò)渡幀后判斷濾波是否結(jié)束，如果還未結(jié)束，則繼續(xù)顯示下一個(gè)過(guò)渡幀；否則接收端顯示基本層數(shù)據(jù)，得到標(biāo)清的圖像。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文提出的改善改善傳輸速率波動(dòng)對(duì)視頻圖像質(zhì)量造成影響的方法，可以基本質(zhì)量視頻信號(hào)的質(zhì)量得到改善，從而高清標(biāo)清轉(zhuǎn)換對(duì)視頻圖像質(zhì)量的影響會(huì)減弱，視頻接收端應(yīng)該能夠自適應(yīng)變化的帶寬，從而提高了用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。

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[3]楊躍華，孟放等.上下變換對(duì)視頻圖像質(zhì)量的影響[J].電視技術(shù)，2010（04）：08.

作者單位

1.太原工業(yè)學(xué)院 山西省太原市 030008

2.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所 山西省太原市 030008