視頻處理應用 HQV技術原理簡介

　　HQV是美國Silicon Optix 公司開發的一組視頻優化技術，它最早源于美國軍方巡航導彈的圖像處理導航技術，后被開發轉為民用而逐步商業化。經過20 年不斷完善和提高而制成芯片，它可以被廣泛應用在節目制作、高端影音處理和高檔終端顯示設備中，被稱為好萊塢質量的視頻(Hollywood Quality Video, HQV) 處理方案。

　　之前，HQV主要應用于修復膠片、膠磁轉換中的去污點和劃痕，典型產品是視頻處理器。隨著視頻格式的不斷豐富，HQV也正被逐步應用于電視信號的格式轉換以及DVD節目制作。

　　經證實，得到HQV技術處理后的圖像質量能得到有效提升，繼于諸多高端投影機上取得成功應用之后，它在高端平板電視接收顯示產品中也得到應用。像廈華的HQ系列液晶電視，它就把HQV 作為核心圖像處理芯片，在隔行-逐行轉換、圖像降噪和標清/高清格式變換等方面均有良好的表現。

　　據了解，HQV是目前業界最高端視頻圖像處理芯片之一，具有高達1×10exp（12）次/秒的處理能力，能以動態自適應的方式進行點對點的像素檢測與處理，能夠最大化地提升畫面細節表現，并消除噪點，進而完美地將標清畫面轉化為高清畫質。

平板電視視頻格式轉換原理

　　之前，視頻信號格式變換電路主要是這樣的：一行信號或一場信號被重復使用，低速寫入，高速被讀出。不過，由于電視圖像是運動圖像，而且圖像運動的速度和方向是隨機的，上述方法被沒法對原來的運動圖像進行任何處理，因此經過簡單視頻信號格式變換后的圖像質量就顯得不夠平滑，甚至還會存在幀差效應，并有可能形成圖像拖尾，使圖像邊緣模糊，更會影響重顯圖像質量。

　　而最新研制的視頻信號處理集成電路則大多采用快速運動補償技術和高速運動圖像處理技術，這樣，它就能對運動圖像進行高速存儲、插值運算和補償。而且還可以有效減小運動圖像因場差效應造成的邊緣鋸齒化，使顯示圖像變得更加自然。

　　首先，我們來看插值算法的原理。先用兩個場存儲器把奇、偶兩場信號存儲起來，取本場中垂直相鄰的像素A 和B ，再加上前一場中與該像素在時間上相鄰的像素C，并找出這三個像素的亮度中間值。如果像素A、B、C的亮度值遞減，B就可以被認為是亮度的中間值，這個中間值并不是平均值，而是A B C這三個像素中居中的亮度值。

　　我們再給出另一組像素A′、B′、C′，新的插入行信號就是采用這一方法生成的。在靜態圖像中，像素C的值就是中間值。而運動圖像中，本場內相鄰像素的相關性加大，即像素A 和B 的值比較接近，中間值便不可能是像素C的值，于是就實現了場內的運動圖像內插，從而避免出現水平運動圖像的鋸齒形失真。

　　在運動圖像的垂直和水平方向使用上述方法，內插像素可以取得較好的效果。但在運動圖像的斜線方向，較好的內插圖像像素卻不容易實現。為此，我們必須尋找新的運動圖像插值算法。

　　我們可以利用前、后場某插入位置像素的大小和運動矢量，從而計算出新像素的大小。在進行格式變換前，首先要確定輸入信號和輸出信號的顯示格式，并計算出輸出像素的顯示時鐘頻率。

　　這種視頻信號格式變換電路具有獨立的水平、垂直圖像格式變換功能，每幀圖像的線數（垂直方向的像素數）、每秒的圖像幀數（刷新頻率）和水平方向的像素數之間互不相關，格式變換就顯得更為靈活，這也就新的視頻信號格式變換。

　　視頻信號格式變換主要完成以下工作：

　　一、垂直方向的格式變換，表示一幀圖像垂直方向像素數或有效行數的增減；

　　二、水平方向的格式變換，表示一行圖像水平方向像素數的增減；

　　三、圖像幀頻（刷新頻率）變換，表示每秒重顯幀數的增減。

　　我們知道，只要輸入/輸出信號格式不同，我們就必須對其進行格式變換，這樣才能滿足顯示格式要求。而先進的格式變換電路也可以完成去隔行效應，減小行間閃爍。為了正確實現格式變換，我們還得通過鎖相環使輸出像素顯示時鐘頻率，進而同輸入像素數據率同步工作。

　　在進行內插圖像處理時，我們首先根據連續兩幀信號的差值，確定原始圖像是靜止圖像還是運動圖像。如果幀差信號為零，就形成了靜止圖像，我們便能用相鄰的奇、偶場信號生成新的逐行信號；

　　如果幀差信號不為零，且超過某個閾值，這就形成了運動圖像，運動圖像采用具有運動補償的內插法形成新的內插行圖像信號。

HQV 視頻格式轉換

　　基于像素處理的隔行-逐行轉換

　　通常情況下，兩場圖像沒有變化時直接合并兩場信號，一旦出現任何運動，就會丟失一半數據。所以，靜態的圖形很清晰，但運動圖像則會比較模糊。

　　HQV就采用基于運動像素補償的方法，嚴格區別有用像素和失真像素, 對相對靜止的圖像部分采取保留有用圖像細節、丟棄失真像素的方式完成轉換。

　　基于像素處理的運動補償

　　HQV還能完成對前后4 場的分析，并對高清信號進行處理，雖然數據處理量增加很多，卻仍可保證圖像處理的質量。

　　對角插補減少鋸齒效應

　　在隔行-逐行轉換處理之后，為了修復在運動區域丟失的細節，HQV芯片還可以進行多方向的診斷過濾處理，使得在運動物體邊緣丟失的一些數據重建，從而消除圖像中的鋸齒。

　　基于像素運動及時間濾波降噪

　　我們知道，噪聲來自節目錄制、編輯處理、壓縮傳輸、信號接收、解壓變換以及顯示驅動等各個環節。最簡單的降噪方法是使用空間濾波器去除高頻信息，但信號中的特定噪聲和個別細節同時也被去除，圖像的質量隨之下降。

　　另外，一種時間噪聲濾波器可以充分利用了噪聲是圖像的隨機函數的特點，評估若干幀信號，通過識別幀與幀之間的差異剔除數據，并有效減少了噪聲。對于靜止圖像，這種降噪技術既保護大部分細節又降低了噪聲。但是，當信號中存在運動物體，幀和幀之間必定存在差異，運動的物體沒有和噪聲分開, 就會引起重影和拖尾。

　　這時，就得依靠HQV技術了，它采用像素運動適應和噪聲適應時間濾波器，進而避免失真的出現。為了保護大多數的細節，還對運動像素進行必要的噪聲處理。在靜止區域，降噪的能力由像素基礎即圍繞在像素周圍的噪聲程度來決定。在噪聲較小時，濾波器并不工作。這樣，我們就可以保證在任何指定的時間，處理后的視頻信號都帶有最少的噪聲，進而實現更為真實、自然的畫面。

　　基于大量像素關聯的細節銳化增強和縮放

　　再有，細節增強是高清和標清格式轉換中重要的處理方式，全部的數字視頻通過低通抗鋸齒濾波器來防止在數字處理過程中出現的錯誤顏色和波紋效果。HQV細節增強技術則應用了保守算法，在處理前選擇性的識別模糊區域，避免出現暈輪或者缺陷。

　　在對標清轉高清電視信號進行處理時，HQV芯片采用評估周邊1024個像素縮放的方法，并配合了細節增強技術，使得播放出的畫面更符合高清的標準。

　　總體上講，HQV影像處理技術在提升畫質的能力主要是源于它在逐行掃描、噪點抑制、標清和高清倍頻轉換等方面的出眾，通俗些講可以包括以下幾點：

　　1、最大程度的提升分辨率

　　HQV芯片有提升6倍的處理能力，能將標清畫面完美的轉換成高清畫質。為了確保畫質不失真，HQV在倍頻轉換時還增加了80%的像素。特別是點對點像素增強技術，在保證優質畫質的同時還不會帶來鋸齒及暈斑。

　　2、像素逐點處理

　　HQV影像芯片的逐點處理給我們帶來卓越的圖象效果，不同于其他的區域處理或跳楨而實現的全局優化。

　　3、噪點抑制

　　當數字影像被壓縮時會產生細紋、色塊及一些隨機噪點，而HQV則能基于智能化降噪技術，可以自動辨識畫面中噪點并及時消除雜訊，凸顯畫面細節。

　　4、將1080i的隔行轉換成逐行

　　1080i/480i格式的影象以隔行的形式傳播，即單幅圖象只包含全部畫面信息的一半，將這些圖象的半場信號進行重組，即為逐行掃描。多角度過濾避免鋸齒的產生，而基于單像素的動態自適應技術則最大程度的帶來HD的高解析度。

HQV技術在平板電視中的應用

　　我們知道，標準清晰度的活動圖像是由DVD獲得，格式為720×576i/50 Hz，而高清圖像和活動圖像則是由高清信號發生器提供，格式為1920×1080i/50 Hz，并通過分量接口饋入。一般來講，高清畫面需要暗背景層次清晰，噪聲小、顏色鮮艷、畫面通透、層次分明、色彩艷麗、運動細節清晰，不會沒有明顯的拖尾現象。而且圖像的線條平滑。輪廓清晰，鋸齒效應得到明顯抑制。

　　在信號源為DVD 標準清晰度節目源時，經HQV視頻格式變換后，可以將720×576i的標清圖像格式變換為1920×1080p的高清圖像顯示格式，而且畫質非常優異，不會有明顯的鋸齒和暈斑，其噪聲小且細節清晰，非常接近于高清節目的圖像效果。

　　隨著CRT技術與模擬電視步入晚期，數字電視將會在以后很長一段時期內成為廣大消費者的首選，而平板電視也就會隨著這樣的背景走進越來越多國人的家庭當中。平板電視相比于傳統的CRT電視有著不言而喻的優勢，卻也不得不面對正處在初級階段的現實。所以說，廣大平板電視廠商就需要用實際行動去開發新的技術，以適應平板電視產業的蓬勃發展，就像本文介紹的HQV視頻處理技術。相信隨著時間的推進，會有更多的新技術被應用在平板電視之上，這對消費者來說無疑是個巨大的利好消息。