帧率上变换(Frame Rate Up-Conversion,FRUC)又称为视频时域内插,是一种能够有效提高视频主观质量的后处理技术。目前,该技术已具有较广泛的应用场景:在液晶显示设备上播放动作场景视频时,该技术可以提高刷新率从而改善物体边缘的拖尾、模糊现象,从而提升视频的观赏质量;在不同的视频格式标准下,FRUC技术可以实现帧率的转换,从而使视频数据能够在不同的多媒体终端设备下观看;低码率视频传输系统中,在解码时为了尽可能恢复原始视频,需要重建被丢弃的视频帧,因而也需要用到FRUC技术。本文将重点对基于块匹配的运动补偿类FRUC算法进行研究。在基于双向运动补偿的框架下,从分层估计策略、候选矢量的选择、运动矢量的散出以及边界宏块的处理等方面详细阐述了双向运动估计的设计。该算法在降低计算复杂度的同时,可有效提高大运动矢量及边界运动矢量的准确度。此外,矢量场的全局扫描和矢量自适应平滑处理技术能够有效提高运动矢量在物体边界的收敛性及矢量场的准确性、一致性和稠密性,从而在低复杂度实现的同时提升内插帧的质量。在基于双向运动补偿的基础上,本文提出一种针对遮蔽问题的解决方案,用以改善帧率提升的效果。基于对遮蔽形成原因的分析,该方案利用像素差异性进行遮蔽区域的检测;利用运动差异性进行遮蔽类型的判定;根据判定的结果进行遮挡或暴露的单向运动补偿插值,从而有效缓解遮挡或暴露造成的边界虚假轮廓效应,提高内插帧的质量。与此同时,本文针对帧率上变换技术在实际应用中遇到的问题进行优化设计。针对场景的快速转换问题,文中提出了一种基于块匹配误差数据的统计结果对场景切换进行检测的方案,从而在场景转换的图像帧之间用非运动补偿的帧平均算法得到中间帧,实现平滑的场景过渡;对于滚动字幕问题,本文基于对运动估计获得的矢量场的分析,进而估计出字幕区域的全局运动矢量,并结合字幕的特有性质提高内插帧质量。