基于HQV Vida处理器的HDTV图像质量改善

0 引言
    HDTV(High Deftnition Television，高清晰度电视)可以为电视用户播放DVD等高清视频节目，同时这些高清电视也开始集成互联网视频及图像的播放功能，但是这些视频图像往往包含大量噪声，这在高清电视中非常明显。此外，现在大多数电视节目仍然是标清的，这需要依靠高质量缩放和分辨率增强算法来实现高清图像。为解决这一问题，IDT的HQV Vida处理器融合了两项新型IDT HQV技术，即自动HQV和HQV StreamClean，这两项新技术能够自动提高视频图像的质量，提供强大的源视频清理功能，消除图像中的噪声，同时增强图像分辨率，可以为电视用户提供尽可能清晰、干净的高清电视效果图像。

1 视频图像中的噪声
    视频中常见的噪声有三种：随机噪声、块噪声和蚊式噪声。随机噪声常出现在模拟制式的视频中，也会出现在用噪声传感器捕捉的或弱光环境下的视频当中。块噪声和蚊式噪声的发生主要是由于数字视频的过度压缩。在其非全压缩状态下，全高清视频有大约3．7 Gb／s的带宽，而标清视频约有620 Mb／s的带宽，两者的带宽都很大，不适合传输。为了解决这一问题，通常采用MPEG压缩算法，这种算法功能非常强大，能将带宽降低到很小，且不会造成明显的图像质量下降。总体上，可以将高清压缩到9 Mb／s，或者将标清压缩到4 Mb／s，而且不会对质量产生显著影响，但是会出现块噪声和蚊式噪声失真。目前大量的视频内容可以通过互联网在高清电视上观看，但是许多互联网连接都小于1 Mb／s的带宽峰值，远远低于实现高质量标清节目所需的4 Mb／s的持续带宽，这就是互联网视频通常带有大量的块噪声和蚊式噪声的原因。由于MPEG算法在压缩之前就分割了图像，所以产生了块，当压缩程度过高时，块的一些信息就会丢失，重建图像会出现边界；当视频包含快速移动的内容时，这种现象尤其明显。当比特率太低，而数学压缩算法没有足够的信息来重建原始图像时，将会发生蚊式噪声。蚊式噪声是一种非常纤细的噪声，经常出现在平坦背景的物体边缘，比如人的轮廓周围。

2 HQV Vida处理器降噪及分辨率增强
    IDT的HQV视频处理技术利用真1080i到1080p高清去隔行扫描和确保视频没有锯齿边缘的先进多向对角滤波器，实现最清晰和锐利的高清图像。HQVVida处理器包含强大的算法，可以清除块噪声和蚊式噪声失真。它可以检测任何图像中的边界和蚊式噪声，甚至是那些之前缩放过的图像。HQV Vida处理器只修正边界，降低块失真，并只在噪声区域进行适应性蚊式噪声降低来清理图像，同时保留图像细节。

    图1为采用HQV Vida处理器HDl900的图像处理系统组成图，该系统功能强大，但结构简单，除了输入、输出端口外，只有TWI总线接口和UART及JTAG接口。HDl900将自动HQV和HQV StrearmClean两项新技术集成在芯片内部，其中的HQV StreamClean融入了自适应蚊噪、马赛克和时间三项降噪技术，有选择地降低了这些难以消除的图像失真。同时自动HQV技术可实现免手动调整，以优化质量各异的、来自于不同源或内容的图像质量。
    HDl900采用14位内部处理和12位用于色深输出处理及xvYCC处理的3D色域转换，这些功能将正常和宽色域内容准确转换为显示器的本地色域。VHDl900还采用6轴色彩控制，可以独立调整任何颜色的色调、饱和度和亮度。所有的视频处理技术都是完全集成的，并以现有视频处理器的最小尺寸来制造。HDl900视频处理器无需外部存储器，通过集成片上存储器，能轻易集成在任何视频系统当中。
    HDl900图像处理器能够确定随机噪声，使之不会与那些小的移动元素相混淆，如图像中的雨点、雾或烟雾。这些都可以采用HQV Vida处理器通过跟踪若干帧上的移动元素实现，看看它们是否有一个合理的运动矢量，那些不具有随机运动模式的元素可以作为噪声消除掉。这些降噪过程具有适应性，因为它仅适用于图像中的噪声像素。

3 HQV Vida处理器分辨率增强
    现在大部分视频内容都采用标清的分辨率，大量互联网内容甚至采用更低的分辨率。为了将这些视频源转变成高清格式，需要高质量的缩放引擎。尽管这些图像和本地的高清素材具有相同的像素，但其细节却不尽相同，这就需要采用HQV Vida处理器的分辨率增强引擎。HQV Vida处理器利用四场运动自适应去隔行和多场频跟踪，增强了图像细节和质量，扩展了12位色彩处理和细节增强。通过运用分辨率增强算法，这样就可以只在需要增强或不够锐利的边缘，或是图像渐进区进行增强。分辨率增强还可用于高清视频，结果将标清源转化为高清质量，使其细节看起来更清晰。此外，该器件还提供高压缩视频的实时清理，降低了来自低质量源的马赛克和蚊噪等压缩失真。通过自适应增强图像的边缘，Vida算法能使上转换的标清素材看起来接近高清素材。图2为采用HQV Vida图像处理器的分辨率增强效果图，其中(a)为原始图像，(b)为分辨率增强后的效果，树干上的苔藓清晰可见。

4 结语
    HQV Vida处理器采用强大的视频处理技术以随时清理高压缩的、低质量视频广播中的噪声，同时可以优化不同质量的、来自不同源或内容的图像质量，增强图像显示效果，因此HQV Vida处理器器件非常适用于DVD、蓝光播放器、数字电视、机顶盒、个人音频录像机、音频视频接收机、投影仪和移动媒体设备基座和媒体适配器。