高清標清過渡圖像生成方法的研究

翟麗紅+羅繼陽

摘 要本文對高標清平滑過渡圖像的生成方法進行了研究，提出了一種可以改善傳輸速率波動對視頻圖像質量造成影響的方法。利用低通濾波器生成過渡圖像，濾波器的截止頻率與高標清圖像的過渡時間間隔有關，不同的截止頻率會產生不同的過渡圖像。高清標清圖像的逐漸變換使得視頻接收端能夠自適應變化的帶寬，提高了用戶的體驗質量。

【關鍵詞】過渡圖像 低通濾波器 圖像質量

1 引言

信息技術和互聯網的飛速發(fā)展促進了數字化時代的到來，數字電視技術在日常生活中也變得越來越重要。借助數字電視技術，所傳輸的電視節(jié)目的圖像質量得到了顯著的增強，但是數字電視信號的傳輸對帶寬并且對其發(fā)送器和接收器的存儲要求較高。為了減小帶寬和存儲要求，可以對數據流進行壓縮，以便在不損失圖像質量的情況下發(fā)送更少的數據，在接收端對壓縮信息進行解碼操作。但高分辨率視頻的解碼計算復雜度高，價格高，對傳輸能力要求高，且低分辨率解碼器依然具有可觀的市場份額。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容。

現有技術中利用分層視頻編碼器對視頻進行編碼可以解決上述問題。用信噪比SNR來表示編碼過程中信息量的損失，SNR越大，代表信息量損失越少，也就越接近原圖像。基本層以較低的比特率傳輸視頻流，保證視頻流中編碼圖像的基本質量，其通信和存儲要求非常低；增強層則以較高的速率進行傳輸，常對與圖像有關的補充信息進行編碼。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層。

標清視頻信號（也稱基本質量視頻信號）表示相對低分辨率的圖像序列，僅由基本層組成；高清視頻信號（又稱全質量視頻信號）表示相對高分辨率的圖像序列，由基本層和至少一個增強層構成。在現實生活中，視頻的傳輸速率，由于受到環(huán)境因素、用戶數量、傳輸材質等因素的影響，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，用戶觀看高清視頻，傳輸速率低時，用戶僅能觀看標清視頻，那么，在高清與標清轉換時，用戶觀看效果會明顯發(fā)生變化，影像用戶體驗。

如圖1所示，在t1時刻顯示全質量視頻信號（基本層+增強層），當網絡帶寬變化或者通信信道的傳輸速率發(fā)生波動時，在t2時刻通信信道不能傳輸整個視頻流，故t2時刻顯示基本質量視頻信號（僅有基本層），導致在接收端會有顯著的圖像質量轉變。在t4時刻，通信信道又可以傳輸整個視頻流，那么從t3到t4時刻，接收端會有從標清到高清的視頻信號的質量轉變，十分明顯。特別是在使用傳輸能力受限的連接（例如家庭無線連接）時，上述情況下的質量轉變會對用戶感知的圖像質量一致性產生負面影響，導致用戶的體驗質量降低。

綜上所述，造成用戶體驗質量下降的原因在于標清視頻信號和高清視頻信號之間的轉變是突變的，而非逐漸變換。然而，在視頻播放中，為避免圖像播放卡頓，通常緩存圖片設置播放延遲時間，延遲時間內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的過渡期間，如果能夠產生緩慢變化的平滑過渡幀，就可以解決由傳速速率而造成的圖像質量突變問題，從而提高用戶的體驗質量。

本文提出了一種改善傳輸速率波動對視頻圖像質量造成影響的方法。如圖2所示，B為基本層數據，E為增強層數據，O為過渡幀。具體辦法為：可以使用隨著過渡時間間隔的變化而變化的截止頻率為特征的低通濾波器對增強層數據的幀進行濾波，在基本層和增強層（或多個增強層）的解碼視頻信號被合并形成過渡幀。

本文給出了高清標清過渡圖像生成的系統(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層數據，要根據此時的網絡帶寬或通信信道的傳輸速率是否支持增強層的傳輸，如果支持，那么同時接受；否則就要對緩存的增強層進行濾波處理，方法有兩種：一方面，濾波可以采用低通濾波器來實現，其截止頻率隨著過渡時間間隔而發(fā)生變化，可以設定截止頻率的變換時長是固定時長，也可以根據緩存的增強層的數據量來計算時長。隨著截止頻率緩慢降低，濾波后的增強層保留的細節(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，對緩存的增強層數據進行濾波處理，可以對在反量化之前的頻域數據通過將高頻數級設置為0來實現，隨著過渡時間間隔逐步增大設置為0的高頻數級的位數。將濾波后的結果與基本層數據分別解碼，得到的解碼信號組合在一起成為單一的顯示信號，即過渡幀。接收端顯示一個過渡幀后判斷濾波是否結束，如果還未結束，則繼續(xù)顯示下一個過渡幀；否則接收端顯示基本層數據，得到標清的圖像。

3 結束語

綜上所述，本文提出的改善改善傳輸速率波動對視頻圖像質量造成影響的方法，可以基本質量視頻信號的質量得到改善，從而高清標清轉換對視頻圖像質量的影響會減弱，視頻接收端應該能夠自適應變化的帶寬，從而提高了用戶的體驗質量。

參考文獻

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作者單位

1.太原工業(yè)學院 山西省太原市 030008

2.北方自動控制技術研究所 山西省太原市 030008