Teranex公司的HQV技术的起源可以回溯到19世纪80年代初,经过15年的发展,超过1亿美元投入到这一技术开发之中,发表了13项专利。Teranex很快认识到数字媒体行业将会特别受益于该项技术,因为它能以最佳的色彩浓淡和清晰度处理任何类型的素材,不管它是视频、电影胶片、噪声很大的卫星信号,还是摄像机信号。Teranex的视频处理平台被广泛应用于世界主要的广播业者,包括NBC、CBS、ABC、FOX、WB和特纳网络,以及日本、澳大利亚、中国和韩国的广播业者。
2002年,Silicon Optix和Teranex认识到随着半导体技术的发展,能将Teranex的视频处理大盒子做成可以承受的单一芯片。于是,在2004年的9月,Realta HQV视频处理器宣告来到了世界,它的性能表现相当于Teranex原来的3RU视频处理器。
一. 隔行/逐行转换
隔行/逐行的转换过程由一系列的复杂图像处理步骤组成。为了正确评价在转换过程中质量可能会丢失的地方,理解处理步骤的细节很重要。
去隔行
为什么要去隔行?大部分视频源,包括标清DV、Betacam、Digi-Beta、HDV、HDCAM和HD-D5都是主要的隔行图像。大部分视频源在某一时间内只传送每一帧中图像的一半,而不是传输全部视频图像的每一视频帧。这一概念也应用到记录视频图像:摄像机和胶片转换装置在某一时间只记录每一帧中图像的一半。
在DTV格式转换过程中的第一步,转化隔行的视频信号从576i和1080i源到逐行格式是需要的。在格式转换的过程中,隔行/逐行的转换是非常重要的一步,并决定视频输出信号质量。
去隔行基本技术
如果视频图像中的物体是静止的,那就很容易实现去隔行 - 将两场编织到一起,并组合形成一个新的帧。然而,如果图像中有运动物体,就会产生很大的失真。由于记录以隔行的方式呈现,生成一个完整的帧的时候两场扫描不是在同一时间记录的。每一帧所记录的是一个奇数场,然后偶数场记录开始在第1/50或第1/60秒之后。
最简单的解决方法(非运动适应)
最简单以避免产生这些麻烦问题的途径是只处理一场,称之为非运动适应方法。采用这种办法,当两场信号到达处理器,只有第一场的数据被采用而第二场的数据就放弃了。
事实上所有的标清视频处理器采用更为先进的技术,但是基本的方法有时仍使用在高清信号,原因在于更高的视频分辨率提高了计算和数据率的要求。
基于帧的运动适应算法
可从从先进对手那里得到的更为高级的去隔行技术包括基于帧的运动适应算法。事实上这些处理器使用了和上述产品一样的技术。然而,通过使用简单运动计算,视频处理器可以判断在整个画面什么时候没有运动发生。
如果没有物体在画面上运动,处理器直接合并两场信号。使用这种方法,静止图像可以有垂直的全解像度。但是一旦有任何的运动,一半的数据就会丢失,解像度降到一半。
Teranex HQV 方法(基于像素的运动适应)
HQV处理是最先进的去隔行技术,真正基于像素的运动适应方法。采用HQV处理,运动是在像素级别上被识别而不是帧级别上。由于数学算法上的不可避免,在运动中去隔行会丢失一些像素。HQV处理是很谨慎地丢弃那些只会引起失真的像素,其余一切都将以全解像度显示出来。
基于像素的运动适应去隔行避免了运动物体失真,并保持屏幕上未动的部分的全解像度,即使邻近像素处在运动状态。
运动补偿
在运动补偿去隔行技术下,为了保持物体的全解像度,将第一场的像素被转换与第二场内的相应像素一致。这一技术是非常复杂的计算,需要很强的处理能力而且是进行适当的处理。虽然它有保持运动物体全解像度转化的能力,但仍有一些实际的局限。例如,当运动在场之间增加了,搜寻的区域也以指数级增加,结果物体可能发生变形。这样由于搜索处理的错误匹配就增加了出现失真的更大可能性。
很重要的是,运动补偿是在每个像素基础上进行的。由于计算机的高配置需求和每一个像素单元的运动补偿的相应成本,这一技术往往被用于高端后期制作的系统。
“第二节”对角插补
为了恢复由于基于像素的运动适应操作而在一些运动区域丢失的细节,HQV处理采用一个多方向对角过滤器(MDDF),以重建在运动物体边缘丢失的一些数据,滤掉任何“锯齿”。这一操作称做“第二节”对角内插,因为它是在“第一节”去隔行之后执行。
Teranex并不是唯一市面上使用基于像素的运动适应去隔行技术的公司,但所有去隔行技术并不是一样的。为了实现真正的基于像素的运动适应去隔行,HQV必需完成4场的分析,除了在当前帧分析的两场信号外,之前的两场信号也需要来判断哪一个像素在运动。显然,如果竞争对手的去隔行不处理4场信号,那么很简单,就没有必需的数据来演算真正的基于像素的运动适应分析。一些竞争对手采用基于区域的分析方法,以该区域内的运动来评测大块的图像,这样的分析和整场的分析或独立的像素分析是不同的。
即使在高清领域,HQV仍然采用每像素水平的4场分析。
二. 视频/电影检测和处理
视频/电影自动检测
在隔行/逐行的转换处理过程中的重要一步是检测内容是否是基于视频(也就是隔行)的、基于电影的(例如,3:2, 2:2,或其他混合的节奏)或视频和电影混合在同一帧的。这一处理需求是很不同的,因为取决于内容的形式,同时也是强制性的,检测逻辑一定要是精确的,以保证运用适当的转换算法。同样很重要的一点,视频/电影检测需要是快速和自动的。如果逻辑判断这一过程过长,可能会引起转换误码。如果这一过程不是自动的,操作者需要在处理的内容类型上频繁地切换处理模式。在一些后期制作场合,他们的内容类型是明确的和固定的。但是对于广播领域,内容形式经常发生变化,自动检测就显得很关键了。
如果视频/电影检测器判断出内容是基于视频的,那么就会采用上述的技术和算法,如果内容是基于电影的,那么就会采用完全不同的处理方式。
3:2电影模式检测
运动图像的电影胶片是以每秒24格的速度记录下来的。当需要将胶片转换成DVD视频或者电视广播时,那么24格需要转换成60隔行场信号。下面是处理过程,假设有4格胶片:A、B、C和D。
第一步是转换4格成8场。那么24格/秒(fps)就是48场/秒。接下来,以很快的速率计算至NTSC标准(粗略地30帧/秒或60场/秒),重复某些场是必需的。所做就是重复其他帧的一场。A帧的两场被记录下来(A-奇数,A-偶数),但是B帧的3场都被记录下来(B-奇数,B-偶数,B-奇数),C和D重复上述的操作。这叫做2:3(或3:2)节奏,因为同一帧的两场输出后,接下来是后续帧的3场。
当这一序列以逐行扫描的视频显示回放出来,前面提到的去隔行技术(非运动适应vs运动适应,等等)可能会被运用到。然而,完美的重建原始帧而不丢失任何数据是可能的。与隔行视频不同,两场信号也记录了第二部分