基于HQV Vida處理器的HDTV圖像質(zhì)量改善

0 引言
    HDTV(High Deftnition Television，高清晰度電視)可以為電視用戶播放DVD等高清視頻節(jié)目，同時這些高清電視也開始集成互聯(lián)網(wǎng)視頻及圖像的播放功能，但是這些視頻圖像往往包含大量噪聲，這在高清電視中非常明顯。此外，現(xiàn)在大多數(shù)電視節(jié)目仍然是標(biāo)清的，這需要依靠高質(zhì)量縮放和分辨率增強算法來實現(xiàn)高清圖像。為解決這一問題，IDT的HQV Vida處理器融合了兩項新型IDT HQV技術(shù)，即自動HQV和HQV StreamClean，這兩項新技術(shù)能夠自動提高視頻圖像的質(zhì)量，提供強大的源視頻清理功能，消除圖像中的噪聲，同時增強圖像分辨率，可以為電視用戶提供盡可能清晰、干凈的高清電視效果圖像。

1 視頻圖像中的噪聲
    視頻中常見的噪聲有三種：隨機噪聲、塊噪聲和蚊式噪聲。隨機噪聲常出現(xiàn)在模擬制式的視頻中，也會出現(xiàn)在用噪聲傳感器捕捉的或弱光環(huán)境下的視頻當(dāng)中。塊噪聲和蚊式噪聲的發(fā)生主要是由于數(shù)字視頻的過度壓縮。在其非全壓縮狀態(tài)下，全高清視頻有大約3．7 Gb／s的帶寬，而標(biāo)清視頻約有620 Mb／s的帶寬，兩者的帶寬都很大，不適合傳輸。為了解決這一問題，通常采用MPEG壓縮算法，這種算法功能非常強大，能將帶寬降低到很小，且不會造成明顯的圖像質(zhì)量下降。總體上，可以將高清壓縮到9 Mb／s，或者將標(biāo)清壓縮到4 Mb／s，而且不會對質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響，但是會出現(xiàn)塊噪聲和蚊式噪聲失真。目前大量的視頻內(nèi)容可以通過互聯(lián)網(wǎng)在高清電視上觀看，但是許多互聯(lián)網(wǎng)連接都小于1 Mb／s的帶寬峰值，遠遠低于實現(xiàn)高質(zhì)量標(biāo)清節(jié)目所需的4 Mb／s的持續(xù)帶寬，這就是互聯(lián)網(wǎng)視頻通常帶有大量的塊噪聲和蚊式噪聲的原因。由于MPEG算法在壓縮之前就分割了圖像，所以產(chǎn)生了塊，當(dāng)壓縮程度過高時，塊的一些信息就會丟失，重建圖像會出現(xiàn)邊界；當(dāng)視頻包含快速移動的內(nèi)容時，這種現(xiàn)象尤其明顯。當(dāng)比特率太低，而數(shù)學(xué)壓縮算法沒有足夠的信息來重建原始圖像時，將會發(fā)生蚊式噪聲。蚊式噪聲是一種非常纖細(xì)的噪聲，經(jīng)常出現(xiàn)在平坦背景的物體邊緣，比如人的輪廓周圍。

2 HQV Vida處理器降噪及分辨率增強
    IDT的HQV視頻處理技術(shù)利用真1080i到1080p高清去隔行掃描和確保視頻沒有鋸齒邊緣的先進多向?qū)菫V波器，實現(xiàn)最清晰和銳利的高清圖像。HQVVida處理器包含強大的算法，可以清除塊噪聲和蚊式噪聲失真。它可以檢測任何圖像中的邊界和蚊式噪聲，甚至是那些之前縮放過的圖像。HQV Vida處理器只修正邊界，降低塊失真，并只在噪聲區(qū)域進行適應(yīng)性蚊式噪聲降低來清理圖像，同時保留圖像細(xì)節(jié)。

    圖1為采用HQV Vida處理器HDl900的圖像處理系統(tǒng)組成圖，該系統(tǒng)功能強大，但結(jié)構(gòu)簡單，除了輸入、輸出端口外，只有TWI總線接口和UART及JTAG接口。HDl900將自動HQV和HQV StrearmClean兩項新技術(shù)集成在芯片內(nèi)部，其中的HQV StreamClean融入了自適應(yīng)蚊噪、馬賽克和時間三項降噪技術(shù)，有選擇地降低了這些難以消除的圖像失真。同時自動HQV技術(shù)可實現(xiàn)免手動調(diào)整，以優(yōu)化質(zhì)量各異的、來自于不同源或內(nèi)容的圖像質(zhì)量。
    HDl900采用14位內(nèi)部處理和12位用于色深輸出處理及xvYCC處理的3D色域轉(zhuǎn)換，這些功能將正常和寬色域內(nèi)容準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為顯示器的本地色域。VHDl900還采用6軸色彩控制，可以獨立調(diào)整任何顏色的色調(diào)、飽和度和亮度。所有的視頻處理技術(shù)都是完全集成的，并以現(xiàn)有視頻處理器的最小尺寸來制造。HDl900視頻處理器無需外部存儲器，通過集成片上存儲器，能輕易集成在任何視頻系統(tǒng)當(dāng)中。
    HDl900圖像處理器能夠確定隨機噪聲，使之不會與那些小的移動元素相混淆，如圖像中的雨點、霧或煙霧。這些都可以采用HQV Vida處理器通過跟蹤若干幀上的移動元素實現(xiàn)，看看它們是否有一個合理的運動矢量，那些不具有隨機運動模式的元素可以作為噪聲消除掉。這些降噪過程具有適應(yīng)性，因為它僅適用于圖像中的噪聲像素。

3 HQV Vida處理器分辨率增強
    現(xiàn)在大部分視頻內(nèi)容都采用標(biāo)清的分辨率，大量互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容甚至采用更低的分辨率。為了將這些視頻源轉(zhuǎn)變成高清格式，需要高質(zhì)量的縮放引擎。盡管這些圖像和本地的高清素材具有相同的像素，但其細(xì)節(jié)卻不盡相同，這就需要采用HQV Vida處理器的分辨率增強引擎。HQV Vida處理器利用四場運動自適應(yīng)去隔行和多場頻跟蹤，增強了圖像細(xì)節(jié)和質(zhì)量，擴展了12位色彩處理和細(xì)節(jié)增強。通過運用分辨率增強算法，這樣就可以只在需要增強或不夠銳利的邊緣，或是圖像漸進區(qū)進行增強。分辨率增強還可用于高清視頻，結(jié)果將標(biāo)清源轉(zhuǎn)化為高清質(zhì)量，使其細(xì)節(jié)看起來更清晰。此外，該器件還提供高壓縮視頻的實時清理，降低了來自低質(zhì)量源的馬賽克和蚊噪等壓縮失真。通過自適應(yīng)增強圖像的邊緣，Vida算法能使上轉(zhuǎn)換的標(biāo)清素材看起來接近高清素材。圖2為采用HQV Vida圖像處理器的分辨率增強效果圖，其中(a)為原始圖像，(b)為分辨率增強后的效果，樹干上的苔蘚清晰可見。

4 結(jié)語
    HQV Vida處理器采用強大的視頻處理技術(shù)以隨時清理高壓縮的、低質(zhì)量視頻廣播中的噪聲，同時可以優(yōu)化不同質(zhì)量的、來自不同源或內(nèi)容的圖像質(zhì)量，增強圖像顯示效果，因此HQV Vida處理器器件非常適用于DVD、藍光播放器、數(shù)字電視、機頂盒、個人音頻錄像機、音頻視頻接收機、投影儀和移動媒體設(shè)備基座和媒體適配器。