基于Altera FPGA高清晰視頻去隔行功能的實現

引言

　　開發(fā)去隔行算法是為了解決一個老問題：模擬電視的隔行視頻必須進行轉換才能在當今數字電視上顯示。

　　隔行視頻是每秒50/60 連續(xù)場，每一場只傳送一半的掃描行，這些行顯示在視頻的每一幀中。對于以前采用陰極射線管（CRT） 的顯示技術，隔行視頻是一種基本壓縮方法。

　　今天，去隔行是重要的視頻處理功能，很多系統都需要它。大部分視頻內容采用了隔行格式，而LCD 或者等離子體等所有新出現的顯示器幾乎都需要逐行視頻輸入。但是，去隔行功能本質上非常復雜，沒有一種算法能夠產生完美的逐行圖像。

　　背景

　　在隔行視頻中，一幀視頻被分成兩場，一場含有偶數行掃描線，一場含有奇數行掃描線。然而，為了能夠在LCD 或者等離子體顯示器上顯示任意的隔行視頻，必須進行去隔行處理。所有新出現的顯示器都是逐行的，每一幀被壓縮為一組像素（ 例如， 1920 x 1080）。圖1 顯示了一幀中的象素是怎樣組成兩個場的。每一場都記錄了在時間上分開的象素值。

　　如果假設每秒30 幀（fps），即每秒60 場，那么，第0 場是在時間“t”，第1 場是在時間“t + 1/60”。由于在略有不同的時間間隔上對場進行記錄，因此，無法將兩個場連起來為運動視頻產生逐行幀。去隔行技術

　　之所以復雜，是因為需要估算并補償可能出現的每秒1/60 的運動圖像。

　　基本去隔行技術

　　基本上，去隔行是處理隔行幀流，將其轉換為逐行幀流的過程。兩種基本的去隔行方法通常被稱為“單場插值”法和“場合并”法。

　　采用“單場插值”去隔行法，每一場自己可以變成視頻幀，因此， 29.97-fps 隔行NTSC 剪輯視頻流變成了59.94-fps 的逐行幀。由于每一場只有整個幀一半的掃描線，因此，必須進行插值處理來構成丟失的掃描線。

　　也可以說，單場插值去隔行技術是在空間上將掃描線加倍，每一場的掃描線被加倍。所產生的新行既可以是簡單的復制前一行（ 掃描線復制），也可以是前后行的平均值（ 掃描線插值），如圖2 所示。當圖像亮度變化比較平穩(wěn)時，單場插值去隔行技術的結果比較好，但是由于該技術降低了垂直分辨率，因此，圖像變得更柔和。

　　去隔行場合并技術涉及到將兩個場進行合并，這兩個在時間上分開的場形成一個完整的幀，如圖3 所示。如果在兩場分開的1/60 秒內，圖像沒有運動部分（ 對于NTSC 視頻），那么，場合并的結果比較好。有時候，當一對隔行場來自最初的逐行幀時，場合并算法結果會非常好。但是，如果有運動部分時，會出現“鋸齒”等假像。