高清标清过渡图像生成方法的研究

翟丽红+罗继阳

摘 要本文对高标清平滑过渡图像的生成方法进行了研究，提出了一种可以改善传输速率波动对视频图像质量造成影响的方法。利用低通滤波器生成过渡图像，滤波器的截止频率与高标清图像的过渡时间间隔有关，不同的截止频率会产生不同的过渡图像。高清标清图像的逐渐变换使得视频接收端能够自适应变化的带宽，提高了用户的体验质量。

【关键词】过渡图像 低通滤波器 图像质量

1 引言

信息技术和互联网的飞速发展促进了数字化时代的到来，数字电视技术在日常生活中也变得越来越重要。借助数字电视技术，所传输的电视节目的图像质量得到了显著的增强，但是数字电视信号的传输对带宽并且对其发送器和接收器的存储要求较高。为了减小带宽和存储要求，可以对数据流进行压缩，以便在不损失图像质量的情况下发送更少的数据，在接收端对压缩信息进行解码操作。但高分辨率视频的解码计算复杂度高，价格高，对传输能力要求高，且低分辨率解码器依然具有可观的市场份额。因此，人们希望低分辨率视频解码器和高分辨率视频解码器都能够接收相同的视频内容。

现有技术中利用分层视频编码器对视频进行编码可以解决上述问题。用信噪比SNR来表示编码过程中信息量的损失，SNR越大，代表信息量损失越少，也就越接近原图像。基本层以较低的比特率传输视频流，保证视频流中编码图像的基本质量，其通信和存储要求非常低；增强层则以较高的速率进行传输，常对与图像有关的补充信息进行编码。较低能力的接收器可接收基本层，而较高能力的接收器还可额外地接收增强层。

标清视频信号（也称基本质量视频信号）表示相对低分辨率的图像序列，仅由基本层组成；高清视频信号（又称全质量视频信号）表示相对高分辨率的图像序列，由基本层和至少一个增强层构成。在现实生活中，视频的传输速率，由于受到环境因素、用户数量、传输材质等因素的影响，视频的传输速率的不稳定，直接影像视频的观看效果，传输速率高时，用户观看高清视频，传输速率低时，用户仅能观看标清视频，那么，在高清与标清转换时，用户观看效果会明显发生变化，影像用户体验。

如图1所示，在t1时刻显示全质量视频信号（基本层+增强层），当网络带宽变化或者通信信道的传输速率发生波动时，在t2时刻通信信道不能传输整个视频流，故t2时刻显示基本质量视频信号（仅有基本层），导致在接收端会有显著的图像质量转变。在t4时刻，通信信道又可以传输整个视频流，那么从t3到t4时刻，接收端会有从标清到高清的视频信号的质量转变，十分明显。特别是在使用传输能力受限的连接（例如家庭无线连接）时，上述情况下的质量转变会对用户感知的图像质量一致性产生负面影响，导致用户的体验质量降低。

综上所述，造成用户体验质量下降的原因在于标清视频信号和高清视频信号之间的转变是突变的，而非逐渐变换。然而，在视频播放中，为避免图像播放卡顿，通常缓存图片设置播放延迟时间，延迟时间内已接收到的高频层图像使得图像由高清视频缓慢变化为标清视频成为可能。

2 本文方法

如图1所示，在t1到t2和t3到t4的过渡期间，如果能够产生缓慢变化的平滑过渡帧，就可以解决由传速速率而造成的图像质量突变问题，从而提高用户的体验质量。

本文提出了一种改善传输速率波动对视频图像质量造成影响的方法。如图2所示，B为基本层数据，E为增强层数据，O为过渡帧。具体办法为：可以使用随着过渡时间间隔的变化而变化的截止频率为特征的低通滤波器对增强层数据的帧进行滤波，在基本层和增强层（或多个增强层）的解码视频信号被合并形成过渡帧。

本文给出了高清标清过渡图像生成的系统框图，如图3所示。流程如下：在视频接收端接收到基本层和增强层数据，要根据此时的網络带宽或通信信道的传输速率是否支持增强层的传输，如果支持，那么同时接受；否则就要对缓存的增强层进行滤波处理，方法有两种：一方面，滤波可以采用低通滤波器来实现，其截止频率随着过渡时间间隔而发生变化，可以设定截止频率的变换时长是固定时长，也可以根据缓存的增强层的数据量来计算时长。随着截止频率缓慢降低，滤波后的增强层保留的细节也逐渐减少，显示图像的清晰度也随之缓慢降低。另一方面，对缓存的增强层数据进行滤波处理，可以对在反量化之前的频域数据通过将高频数级设置为0来实现，随着过渡时间间隔逐步增大设置为0的高频数级的位数。将滤波后的结果与基本层数据分别解码，得到的解码信号组合在一起成为单一的显示信号，即过渡帧。接收端显示一个过渡帧后判断滤波是否结束，如果还未结束，则继续显示下一个过渡帧；否则接收端显示基本层数据，得到标清的图像。

3 结束语

综上所述，本文提出的改善改善传输速率波动对视频图像质量造成影响的方法，可以基本质量视频信号的质量得到改善，从而高清标清转换对视频图像质量的影响会减弱，视频接收端应该能够自适应变化的带宽，从而提高了用户的体验质量。

参考文献

[1]梁铁，刘怀宇等.高清到标清DCT域视频转码的研究与实现[J].中国有线电视，2005（22）.

[2]杨涛，杨睿.关于高清标清信号上下变换问题的探讨[J].科技传播，2016（10）.

[3]杨跃华，孟放等.上下变换对视频图像质量的影响[J].电视技术，2010（04）：08.

作者单位

1.太原工业学院 山西省太原市 030008

2.北方自动控制技术研究所 山西省太原市 030008