Đinh Triều Dương Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Giới thiệu nhu cầu cần thiết của việc tăng tốc độ khung hình FRUC: Ước lượng chuyển động, các tiêu chuẩn tìm sự phù hợp, chiến lược tìm kiếm,
Trang 1Phát triển các thuật toán nội suy nhằm tăng cường tốc độ video-frame tại đầu thu, nâng cao chất lượng hiển thị video trên các thiết bị
hiển thị
Bùi Thị Thùy Dương
Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Kỹ thuật Điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: TS Đinh Triều Dương
Năm bảo vệ: 2011
Abstract: Giới thiệu nhu cầu cần thiết của việc tăng tốc độ khung hình FRUC: Ước
lượng chuyển động, các tiêu chuẩn tìm sự phù hợp, chiến lược tìm kiếm, các phương pháp nội suy và tái tạo, Giới thiệu các phương pháp nâng cao tốc độ khung hình: không dựa vào chuyển động (lặp lại khung hình, nội suy tuyến tính, ), không dựa vào chuyển động (nội suy bù chuyển động tham chiếu, cách tiếp cận vấn đề ước lượng trong FRUC Phương pháp nâng cao sử dụng ước lượng chuyển động hai chiều Kết quả thực nghiệm: Các giá trị hằng số sử dụng, phương pháp nội suy tuyến tính, MIC
tham chiếu
Keywords: Điện tử viễn thông; Kỹ thuật điện tử; Thuật toán nội suy; Khung hình
FRUC
Content
Bài toán tăng tốc độ khung hình (Frame Rate Up Conversion, FRUC) đã được đặt
ra từ rất lâu, khi có sự khác nhau về tốc độ khung hình giữa các chuẩn truyền hình Và ngày nay, khi yêu cầu về truyền hình chất lượng cao và nhu cầu truyền video qua mạng ngày càng phát triển, thì yêu cầu về chất lượng của các thuật toán FRUC càng tăng, và ứng dụng của nó càng đa dạng và mở rộng
Một ví dụ của nhu cầu là trường hợp điện thoại di động nhận 1 luồng video từ server qua mạng di động Video tốc độ 30 hình/giây Do giới hạn của băng thông nên chỉ có video tốc độ thấp được truyền đi Luồng video từ 30 hình/giây được chuyển xuống thành 10 hình/giây Video với tốc độ khung hình thấp thường có hiện tượng giật khung hình với chuyển động không trơn Do vậy tại đầu thu hay bộ giải nén, các video
Trang 2thường được tăng tốc độ khung hình trước khi đưa ra màn hình nhằm tăng độ phân giải thời gian của video
Yêu cầu tăng tốc độ khung hình cũng tồn tại trong việc chuyển đổi giữa các định dạng video có tốc độ khung hình khác nhau, ví dụ như từ chuẩn phim ảnh (24, 25 hay
30 khung hình/s) sang chuẩn truyền hình phân giải cao (HDTV) (50-100 khung
hình/s) Quá trình tăng tốc độ khung hình (frame rate up-conversion:
FRUC) được định nghĩa là một phương pháp hậu xử lý nhằm bù đắp mất mát
về độ phân giải thời gian bằng cách tăng tốc độ khung hình [1]
Hình 1: Giới thiệu FRUC
Các thuật toán FRUC đơn giản ban đầu là sự lặp lại khung hình hay nội suy tuyến tính thường gây ra hiện tượng giật hình hay mờ đường biên các vật chuyển động (xem chương 2, 2.1)
Hiện nay thì các thuật toán sử dụng vector chuyển động trong FRUC với chất lượng khung hình nội suy khá cao đang được sử dụng rộng rãi (chương 2, 2.2) Thuật toán đòi hỏi phải xác định chuyển động chính xác của đối tượng và công việc này chiếm khá nhiều thời gian thực hiện của giải thuật Phương pháp dựa vào chuyển động cũng phải giải quyết các trường hợp không tìm được đối tượng tương ứng của đối tượng ở khung hình nội suy (lỗ trống) hay đối tượng nội suy có nhiều đối tượng tương ứng ở khung hình trước và hiện tại (chồng lấn) Ngoài ra phương pháp còn gặp phải vấn đề hiệu ứng khối khi xử lý khung hình theo khối (block-based processing) và ước lượng sai đối tượng chuyển động (chương 2, 2.2.2)
Luận văn đã giới thiệu và thực thi thuật toán nâng cao sử dụng ước lượng
chuyển động hai chiều [2, 8] nhằm khắc phục hiện tượng chồng lấn, lỗ trống cũng
như giảm hiệu ứng khối Kết quả thực nghiệm cho thấy thuật toán đạt kết quả tốt hơn phương pháp dựa vào chuyển động tham chiếu
FRU C
Frame nội suy Frame gốc
Trang 3Luận văn được trình bày thành 4 chương với các phần như sau:
Chương 1: giới thiệu chung về cơ sở lý thuyết, những phần sẽ cần đến để phát triển thuật toán FRUC
Chương 2: giới thiệu về các phương pháp FRUC hiện tại đang được sử dụng
Chương 3: giới thiệu thuật toán: thuật toán nâng cao sử dụng ước lượng chuyển động hai chiều
Chương 4: quá trình thực thi thuật toán cũng như kết quả đạt được
Cuối cùng là kết luận và hướng phát triển của luận văn
References
Tiếng Việt
[1] Hoàng Đình Chiến (2009), “Ứng dụng thuật toán chỉnh sửa và tăng độ phân giải
vector chuyển động trong kỹ thuật tăng số khung hình cho video”, Tạp chí phát triển
KH&CN, TẬP 12, SỐ 08 – 2009
Tiếng Anh
[2] B.-T Choi, S.-H Lee, and S.-J Ko, “New Frame Rate Up-Conversion Using
Bi-directional Motion Estimation”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 46,
Issue 3, August 2000, pp 603-609
[3] Abhishek Girotra, Motion Estimation – An Overview
http://sitemaker.umich.edu/agirotra/files/SANPre.ppt
[4] Lee, S.-H., Kwon, O and Park, R.-H., “Weighted-adaptive motion-compensated
frame rate up-conversion”, IEEE Trans Consumer Electron v49 i3 485-492
[5] Saranta Ponla, Frame rate up conversion by block based affine transform,
Computer science master thesis, Mahidol University, 2009
[6] R Thoma and M Bierling, "Motion compensating interpolation considering
covered and uncovered background", Signal Processing Image Compression, vol.1,
pp 192-212, 1989
[7] Deepak Turaga, Mohamed Alkanhal, Search Algorithms for Block-Matching in
Motion Estimation, Mid-Term project, 18-899, Spring, 1998
http://www.ece.cmu.edu/~ee899/project/deepak_mid.htm
[8] Truong Quang Vinh, Young-Chul Kim, Sung-Hoon Hong, “Frame Rate Up-Conversion Using Forward-Backward Jointing Motion Estimation And
Spatio-Temporal Motion Vector Smoothing”, International Conference on Computer
Engineering & Systems, 2009 ICCES 2009, pp 605 – 609
[9] http://vi.wikipedia.org/wiki/PSNR