基于Altera FPGA高清晰视频去隔行功能的实现

引言

　　开发去隔行算法是为了解决一个老问题：模拟电视的隔行视频必须进行转换才能在当今数字电视上显示。

　　隔行视频是每秒50/60 连续场，每一场只传送一半的扫描行，这些行显示在视频的每一帧中。对于以前采用阴极射线管（CRT） 的显示技术，隔行视频是一种基本压缩方法。

　　今天，去隔行是重要的视频处理功能，很多系统都需要它。大部分视频内容采用了隔行格式，而LCD 或者等离子体等所有新出现的显示器几乎都需要逐行视频输入。但是，去隔行功能本质上非常复杂，没有一种算法能够产生完美的逐行图像。

　　背景

　　在隔行视频中，一帧视频被分成两场，一场含有偶数行扫描线，一场含有奇数行扫描线。然而，为了能够在LCD 或者等离子体显示器上显示任意的隔行视频，必须进行去隔行处理。所有新出现的显示器都是逐行的，每一帧被压缩为一组像素（ 例如， 1920 x 1080）。图1 显示了一帧中的象素是怎样组成两个场的。每一场都记录了在时间上分开的象素值。

　　如果假设每秒30 帧（fps），即每秒60 场，那么，第0 场是在时间“t”，第1 场是在时间“t + 1/60”。由于在略有不同的时间间隔上对场进行记录，因此，无法将两个场连起来为运动视频产生逐行帧。去隔行技术

　　之所以复杂，是因为需要估算并补偿可能出现的每秒1/60 的运动图像。

　　基本去隔行技术

　　基本上，去隔行是处理隔行帧流，将其转换为逐行帧流的过程。两种基本的去隔行方法通常被称为“单场插值”法和“场合并”法。

　　采用“单场插值”去隔行法，每一场自己可以变成视频帧，因此， 29.97-fps 隔行NTSC 剪辑视频流变成了59.94-fps 的逐行帧。由于每一场只有整个帧一半的扫描线，因此，必须进行插值处理来构成丢失的扫描线。

　　也可以说，单场插值去隔行技术是在空间上将扫描线加倍，每一场的扫描线被加倍。所产生的新行既可以是简单的复制前一行（ 扫描线复制），也可以是前后行的平均值（ 扫描线插值），如图2 所示。当图像亮度变化比较平稳时，单场插值去隔行技术的结果比较好，但是由于该技术降低了垂直分辨率，因此，图像变得更柔和。

　　去隔行场合并技术涉及到将两个场进行合并，这两个在时间上分开的场形成一个完整的帧，如图3 所示。如果在两场分开的1/60 秒内，图像没有运动部分（ 对于NTSC 视频），那么，场合并的结果比较好。有时候，当一对隔行场来自最初的逐行帧时，场合并算法结果会非常好。但是，如果有运动部分时，会出现“锯齿”等假像。