VRS视频处理技术全系列详解

逐行扫描是指每一帧视频 数据中的所有行都被从顶 部扫描到底部。
反交错技术是一种用于将隔行变逐行的视频处理技术。当今新一代的数字显示器都是基于LCD，等离子和DLP 的技术，而这些技术的本质都是逐行扫描。因此反交错技术对于当今的数字显示器是必不可少的。 6
视频反交错技术简介
反交错模块工作原理
一个反交错模块读入的输入时一系列包含奇数行或偶数行的视频场数据。针对于每一场输入，反交错模块都会输 出一帧逐行数据。 举个例子，NTSC/480i视频格式每一对奇偶场都包含有480行，也就是每一场包含240行。针对每一个240行的输 入场，反交错模块将生成480行的输出帧。 NTSC/480i输入场 输入场0 240行偶数行 针对每一个输入场，反交 错处理生成一个输出帧。 一个反交错模块的输出所 包含的行数将总是输入场 行数的两倍。反交错模块 也可以称为“行倍数器”。 输出帧0 共480行 输出帧1 共480行 输出帧2 共480行 输出帧3 共480行 输入场1 240行奇数行 输入场2 240行偶数行 输入场3 240行奇数行
Video Reference Series (VRS) Technologies from Anchor Bay
作者：Laurence Thompson，Anchor Bay Chief Technology Officer 翻译：武宣，Anchor Bay Engineer
内容
Anchor Bay VRS视频处理技术简介 视频反交错技术简介 视频，运动图像和数据源自适应的反交错 视频反交错(摄像机源) 视频反交错(电影源) 视频精度反交错 VRS PReP: 逐行重处理 VRS精度反交错与逐行重处理：特点小结 视频量化简介 精度量化：解析度匹配 精度量化：宽高比量化 VRS精度量化：性能 VRS Mosquito减噪 VRS Mosquito减噪实例 VRS精密细节强化和边缘强化 VRS精密细节强化和边缘强化实例 VRS AutoCUE-C: 色度过密采样错误自动矫正 VRS RightRate™技术 VRS AV Lip Sync™技术
视频反交错： 视频反交错：摄像机源
反交错模块针对不同摄像机源的工作原理
如果一个反交错模块的输出行数是输入场行数的两倍，它是从哪里得到那些多余的信息（行数）呢？ 一共有两种方式： 1. 场数据插值或称2倍过量化 2. 利用来源于多个场的数据生成一个输出帧 下面两图解释了这两种方式。 每一种方式都有它自己的优点和缺点！ 输入场1 240行奇数行 输入场0 240行偶数行 输入场1 240行奇数行 输入场2 240行偶数行
8
视频反交错(摄像机源 视频反交错 摄像机源) 摄像机源
视频源场顺序
输入场0 240行偶数行 输入场1 240行奇数行
NTSC/480i输入场
输入场2 240行偶数行 输入场3 240行奇数行
1/60 sec
1/60 sec
1/60 sec
这四幅图片显示了四个连续的视频场。其中的旗帜是在飘动，但你必须仔细观看才能发现，因为这四个连续的视 频场仅仅经历了3/60秒，也就是50毫秒。从旗子的角上可以看出它正在飘动。 摄像机会产生一系列一半解析度的场。 物体移动可以用场频表示来表示，所以一个60Hz的摄像机就产生一个60Hz的移动。 9
场插值技术被用于处 理前景中运动的旗帜
来源于多场的行信号 被用于背景，因为背 景在从场到场的过程 中几乎没有变化
12
视频反交错： 视频反交错：摄像机源
反交错如何处理摄像机源：边缘自适应插值技术
近来，上页提到的运动自适应反交错技术被看做是 一种艺术。然而，运动自适应反交错技术并不完 美。这种不完美可以从上一页的图中看出来：旗帜 的条纹中依然存在一些锯齿。这些锯齿是由于单一 视频场较低的垂直解析度所造成的。 Anchor Bay的反交错技术可以通过使用边缘自适应 插值技术解决这类问题。这种技术可以分析视频场 运动顺序，再进一步针对物体特征分析图片细节。 右图显示了使用边缘自适应插值技术针对物体分析 的结果。该图片是针对上页中的旗帜进行的物体特 征分析。 这种处理不仅要确定图片中的物体，它还要确定角 度和方向，然后再应用插值滤波器来消除锯齿。
3
Anchor Bay VRS视频处理技术简介 视频处理技术简介
在视频格式变化的同时，视频显示技术也经历了一场变革。十年前，几乎所有的视频显示设备都是用CRT。今 天，CRT显示器已经几乎消失了，取而代之的是LCD，等离子，DLP和其它的数字显示设备。所有的数字显示设 备都有一个共同的特点：固定的解析度。大多数比较大的电视机都可以显示720p或者1080p格式的高清晰标准。 格式转换处理技术应该可以转换任意一种视频格式，使它可以被任何显示设备以所支持的格式播出。当前的数字 电视都需要这样的技术。不仅如此，格式转换处理技术还必须以正确的方式转换才能得到最佳的图像输出质量。 如果一个非常好的LCD电视使用了低性能的转化方式，那就会导致输出图像质量的急剧下降。 Anchor Bay的专有技术就是高品质视频处理。我们的技术是针对家庭影院所开发并且已经应用于我们的一系列视 频系统产品上，例如VP50Pro。在过去的9年里，这些产品一直以DVDO的品牌面向市场销售。DVDO视频处理设 备就是用来输出超高品质的视频图像。 VRS技术的另一个特点就是易于使用。用户不需要考虑输入格式，图像特点等技术方面的东西。VRS就是本着简 单易用的目的设计的。 本篇文章描述了一系列组成VRS技术的视频处理模块，目的是帮助读者深入了解高品质视频格式转换图像处理问 题和Anchor Bay技术方面的特点。本文描述了独立的VRS技术，其中所有优化后的图片都是通过VRS技术进行格 式转换得到的。
反交错模块
1/60 sec
1/60 sec
1/60 sec
1/60 sec
480p输出帧 7
视频， 视频，运动图像和数据源自适应反交错
运动图像是用不同的摄像机和摄影机所制作的。摄像机通常用来制作可以在电视机上播放的图像，而摄影机通常 用来制作在电影院里播放的视频。 通常来说，用摄影机所制作的电影可以转换为可以用电视机所播放的视频。比如说大多数DVD的题头所包含的运 动图像都是用摄影机所制作的。因为摄影机所制作的图像有更好的质量，一些电视节目也是用摄影机制作的，虽 然它们只是在电视上播出。通常来说，电视直播节目（比如体育节目）使用摄像机制作的。摄像机或摄影机所制 作的运动图像相互之间有着显著的差别，而进行高质量反交错处理时，这些差别必须被考虑进去。
Anchor Bay的精度反交错技术综合了场插值，多场组合以及边缘自适应插值技术来生成无人为插值影响的运 动视频图像，消除锯齿，润色细节。它会自动选择最佳处理方法来生成逐行输出帧中的每一个像素。
右边的图片显示了偶数行和奇数行 出现在显示器上的情况，也是所谓 的“空间显示”。 下面的图片显示了一系列时间上连 续的视频输入场，也是所谓的“时间 显示”。 输入场0 240行偶数行
1/60 sec
输入场1 Βιβλιοθήκη Baidu入场2 240行奇数行 240行偶数行
1/60 sec 时间 1/60 sec
输入场3 240行奇数行
11
视频反交错： 视频反交错：摄像机源
反交错如何处理摄像机源：运动自适应反交错
运动自适应反交错是一种吸取了场插值和多场组合两种方法的优点，却没有它们缺点的技术。运动自适应反交错 技术可以检测到运动区域，再组合场插值和多场组合两种方法进行处理。在下图中，多场组合被用于背景，因为 背景在从场到场的过程中没有变化。 场插值技术被用于处理前景中运动的旗帜以消除人为插值对运动物体 的影响。 所谓自适应就是指这种混合处理方式是通过对同一图片中不同区域的 运动分析所自动实行的。
数据源自适应反交错是指反交错处理模块可以检测到摄像机的种类，然后按照特定的方式对视频数据进行处理。
“片源检测”，“片源模式”和“3：2检测”这些术语都是指数据源自适应反交错技术。 Anchor Bay的精度反交错就是使用了数据源自适应的技术来产生持续的高品质输出，当然了，针对于不同数据源 的精度反交错处理方式是迥然不同的。 本节只讨论针对传统摄像机的视频反交错技术。数据源的类型在接下来的章节中将有所介绍。影片反交错介绍请 参看第15页。 摄像机和摄影机有着很多不同的类型。一些摄像机制作的的图像类似于摄影机所制作的图像，同时却和传统摄像 机所制作的图像相差很远。另一些移动图像却根本不是用摄像机所制作的，比如动画片。 Anchor Bay的精度反交错就是可以处理所有不同的移动图像，它会自动使用数据源自适应反交错技术，所以用户 只需要尽情享受高品质画面，而根本不需要知道也不需要关心数据源的种类。
1/60 sec
5
视频反交错技术简介
隔行与逐行扫描
隔行扫描通常都用于比较老的视频标准：NTSC，PAL和SECAM。在美国和世界上其它一些地区，它还用于 ATSC广播标准。美国现在最常用的高清晰标准是隔行扫描标准1080i。 逐行扫描比隔行扫描更加易于理解。逐行扫描意味着每一帧视频数据所有行都被从顶部扫描到底部。
“Bob”是指场插值 “编织”是指多场组合
场插值不会人为的影响移动图像，但是由 于唯一输入场具有较低垂直解析率的原 因，物体边缘会出现锯齿。图中是旗帜上 的锯齿清晰可见，背景中的窗户也有锯 齿。
多场组合会人为的影响移动图像。上图 中，这种影响可以很明显的从旗帜的条纹 上看出。但是背景中的建筑物看起来却十 分清晰，这是因为建筑物是静止物体，所 以多场组合会生成光滑的背景。
2 3-4 5-7 8 9 - 14 15 - 22 23 24 25 26 27 28 29 - 31 32 33 - 35 36 37 - 38 39 40 40
2
Anchor Bay VRS视频处理技术简介 视频处理技术简介
VRS是Anchor Bay一系列视频处理技术的总称。VRS技术的主要功能是执行视频格式转换和图像强化以达到更为出 色的图像质量。因为人们更易于注意到大图片的质量，所以VRS尤其适用于大型数字显示设备和高清晰电视。VRS 技术就是为今天高清晰数字显示设备所量身定做的。 在1998年以前，视频格式转化仅仅限于高端投影设备，因为投影到大屏幕上的影像需要进行格式转换以达到比较高 的质量。但是从1998年起，用户视频标准经历了从旧的模拟标准（NTSC, PAL, SECAM）到新的数字标准的转变。 新型数字标准包括了标准定义和高清晰定义两种。 简而言之，视频格式包括了图像解析度，扫描方式（隔行或者逐行），帧率和屏幕宽高比。以下列举了一些常见的 格式标准： 格式名称 480i 576i 480p 576p 720p 1080i 1080p 解析度 720 x 480 720 x 576 720 x 480 720 x 576 1280 x 720 1920 x 1080 1920 x 1080 扫描方式 隔行 隔行 逐行 逐行 逐行 隔行 逐行 帧率 60Hz 50Hz 60Hz 50Hz 50 或60Hz 50 或60Hz 50 或60Hz 使用区域 北美，日本 欧洲 北美，日本 欧洲 全球 全球 全球
4
视频反交错技术简介
隔行与逐行扫描
隔行扫描是一种早期用于电视和录像的行显示技术。在该技术中，视频信号被分为两组扫描线，通常被叫做“偶数 行”和“奇数行”。所有的偶数行先被从顶端扫描到底端，接着所有奇数行被被从顶端扫描到底端。 下图解释了它的扫描方式。红线被标注为0，2，4……绿线被标注为1，3，5……。隔行扫描是从顶端扫描到底 端，首先所有红线（偶数行）被显示在显示器上，然后所有绿线（奇数行）被显示在显示器上。红线和绿线彼此 相邻，但是红线和绿线的到达时间相差了1/50或者1/60秒。
反交错处理器
反交错处理器
输出帧1 480行
每一种方式都有它自 己的优点和缺点！
输出帧1 480行
1/60 sec
1/60 sec
插值反交错或量化
利用来源于多个场 的数据进行反交错 10
视频反交错： 视频反交错：摄像机源
场插值与多场组合的比较
场插值（又称“Bob”） 多场组合（又称“编织”）
每一种方式都有它自 己的优点和缺点！