視頻超分辨率算法的研究與實(shí)現(xiàn)

天津科技大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院 高英俊

天津市鴻富錦精密電子（天津）有限公司 于 濤

視頻超分辨率算法的研究與實(shí)現(xiàn)

天津科技大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院 高英俊

天津市鴻富錦精密電子（天津）有限公司 于 濤

本文采用雙三次插值法對(duì)低分辨率的網(wǎng)絡(luò)下載視頻進(jìn)行放大，通過(guò)高斯濾波去除噪聲干擾，再進(jìn)行拉普拉斯銳化，去除因平滑造成的模糊，使邊緣變得清晰。通過(guò)主觀與客觀綜合進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，對(duì)視頻的超分辨率重構(gòu)效果顯著。

超分辨率 雙三次插值 高斯濾波 拉普拉斯銳化

近幾年，隨著手機(jī)、電腦等顯示屏幕分辨率的提高，用戶對(duì)視頻清晰度的要求也越來(lái)越高，超分辨率技術(shù)也逐漸走向民用。并且隨著DV、相機(jī)等小型手持?jǐn)z影設(shè)備的日漸普及，人們獲取視頻也越來(lái)越方便，許多分享達(dá)人也會(huì)將拍攝的視頻上傳到互聯(lián)網(wǎng)。但是，受寬帶和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的容量限制，上傳的視頻往往會(huì)被壓縮，視頻的分辨率也自然的會(huì)被降低。因此，就需要使用視頻超分辨率技術(shù)來(lái)提高視頻的分辨率。

一、視頻超分辨率重建中的插值算法

模擬圖像f(x,y)經(jīng)采樣后可以表示為矩陣形式

其中，fij=f(i,j)表示像素值，M*N表示圖像矩陣的大小。進(jìn)行視頻縮放的任務(wù)實(shí)際上就是在沒(méi)有像素的地方增加像素，像素點(diǎn)的值可以通過(guò)周?chē)噜徬袼攸c(diǎn)的灰度值計(jì)算得出。

在實(shí)現(xiàn)圖像縮放的算法中，不基于邊緣的圖像縮放法算法較簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用在日常生活中。根據(jù)大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，雙三次插值算法更適合圖像處理。雙三次插值（Bicubic Interpolation）是雙線性插值的改良方法，它的輸出圖像的每個(gè)像素都是原圖中16個(gè)像素（4X4）推算的結(jié)果。

二、圖像銳化處理

經(jīng)上文處理后的視頻圖像仍存在邊緣輪廓模糊現(xiàn)象。其原因是每一幀的圖像都受到了平均或積分運(yùn)算，這就需要利用逆運(yùn)算，如微分運(yùn)算來(lái)使邊緣變得清晰。拉普拉斯圖像銳化法就是一種常用的二階微分銳化法。

在實(shí)際的拉普拉斯銳化處理過(guò)程中，拉普拉斯算子通常是借助模板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，模板的取樣將影響銳化的效果，常用的模板有：

分辨率為640×480的原始測(cè)試網(wǎng)絡(luò)視頻圖像和經(jīng)雙三次插值處理放大、高斯濾波和拉普拉斯銳化后得到的1080×720視頻圖像，由對(duì)比可以看出，圖像的清晰度明顯增強(qiáng)，并且在逐幀進(jìn)行處理時(shí)能保證流暢的播放。

三、處理后視頻質(zhì)量評(píng)估

采用峰值信噪比（PSNR）和均方差（MSE）來(lái)衡量視頻序列的失真度：

將源視頻（720P）進(jìn)行縮?。?40*480）后，經(jīng)過(guò)本算法進(jìn)行放大到源視頻大小，隨機(jī)提取源視頻和處理后視頻中相同的五幀圖片求取峰值信噪比和均方誤差，結(jié)果如表1：

表1

主觀方法進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)視頻經(jīng)放大后圖像的邊緣處相對(duì)更加明顯，但會(huì)包含少量的條紋細(xì)線狀。但與普通的插值方法相比存在著明顯的進(jìn)步，總體效果令人滿意。

本文通過(guò)對(duì)視頻超分辨率技術(shù)中的各項(xiàng)主要技術(shù)的研究對(duì)比，選擇了雙三次插值法來(lái)對(duì)低分辨率網(wǎng)絡(luò)下載視頻進(jìn)行放大，且能夠保證視頻的流暢播放。使用高斯濾波法，除去視頻中的高斯噪聲，再使用拉普拉斯算子對(duì)圖像進(jìn)行銳化，由此得到了邊緣清晰、噪點(diǎn)較少的高分辨率視頻。

[1]徐雨明，文雙春．?dāng)?shù)字圖像插值算法的分析與實(shí)現(xiàn)[J]．福建電腦，2007．01

[2]姜 丹，錢(qián)玉美．信息理論與編碼[M]．北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992

ISSN2095-6711/Z01-2015-04-0171