帧速率上变换技术通过在原有视频序列中插入预测帧可将低帧率视频转换成高帧率视频。该技术产生于上世纪80年代,并随着数字电视技术的发展而得到广泛应用:在低码率视频传输领域,提高接收端视频的帧率可克服视频压缩时跳帧的影响,平滑物体运动,改善视觉效果;而在多媒体视频播放中,该技术可有效减少因液晶显示屏的弛豫效应所造成的运动模糊。
　　帧速率上变换算法主要包含两个过程:运动估计和运动补偿。运动估计是一个计算表示相邻帧间运动物体运动矢量的过程。块匹配算法因其低计算复杂度和易于硬件实现而成为运动估计中最常用的算法。但是,现有的块匹配算法选择残差最小作为评价运动矢量正确性的唯一标准,且对于运动物体边界区域的运动矢量无法精确估计,影响了最终的插帧效果。运动补偿利用运动估计所得的运动矢量来构建预测帧,分为单向运动补偿和双向运动补偿两种。双向运动补偿普遍采用重叠块运动补偿来减少块效应,但该方法在相邻块运动矢量差异较大时反而会造成边界模糊现象。
　　针对块匹配运动估计中存在的边界运动矢量失真和重叠块运动矢量选取不准确的问题,本文结合运动分割算法和深度提取算法,提出了改进的运动估计方法。该方法首先采用金字塔分层搜索算法获取精度较高的单向运动矢量;然后对矢量场进行运动分割,用深度提取算法获取各运动分割区域的深度,综合考虑残差大小和深度顺序将单向运动矢量转变为双向运动矢量;最后分解运动矢量块,对矢量场进一步求精和平滑。实验结果表明,该方法相较于传统方法能够有效提高运动矢量场的准确性和平滑性。
　　针对重叠块运动补偿存在的运动边界区域模糊和缺乏有效的低复杂度内插帧合并方法的问题,本文利用运动分割结果进行优化,提出了改进的自适应重叠块运动补偿方法。该方法首先根据邻域块运动的相似程度确定内插块的前/后帧加权系数;接着通过运动分割结果判断重叠块自适应扩展叠加的大小和方向;最后,利用运动估计时所得平均 SAD值来进行内插帧的自适应合并,兼顾了效果和效率。实验结果表明,该方法可有效克服传统运动补偿方法存在的边界模糊、失真等现象。
　　最后,我们通过把所得的运动估计方法和运动补偿方法相结合,改进了传统的帧速率上变换算法。将本文所提算法与传统经典帧速率上变换算法的效果进行比较后,可以发现,本文算法在主、客观方面均有较大的提高。