數(shù)位電視影像處理元件與濾波技術(shù)探究
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由上述可知，數(shù)位電視的純數(shù)位訊號并不是直接通達螢?zāi)唬喾吹?，中間仍需要經(jīng)過幾道解編碼以及數(shù)位與類比轉(zhuǎn)換的程序，而數(shù)位視訊的原生解析度可能無法完全匹配LCD TV的面板真實解析度，舉例來說：臺灣的數(shù)位電視內(nèi)容僅為DVD畫質(zhì)的480i解析度，目前主流LCD TV真實解析度都在720P以上，更高規(guī)格的1080P HD面板LCD TV也逐漸普及當(dāng)中，在這些高解析度LCD TV中觀賞數(shù)位電視節(jié)目，如果沒有進行相關(guān)的后處理（比如說透過Scaler將來調(diào)整原有視訊內(nèi)容的大小），那么在電視上就只能看到點對點的小小畫面。Scaler的畫面大小調(diào)整并不是單純只有改變解析度而已，針對畫面擴大之后所會產(chǎn)生的畫面瑕疵問題，都必需要透過各種演算法來加以補充。
將視訊壓縮比過高會讓畫面產(chǎn)生區(qū)塊雜訊或馬賽克效應(yīng)。視訊經(jīng)過預(yù)處理／后處理后，編碼器壓縮起來會更輕松，并且進一步提高影像品質(zhì)，連帶降低發(fā)送頻寬要求。該功能對有線、衛(wèi)星、電信和IPTV廣播商業(yè)模式非常重要，因為滿足高品質(zhì)要求必須在很窄的頻寬條件下實現(xiàn)。預(yù)處理可能包括在視訊進入編碼器之前使用2D濾波技術(shù)濾除特定高頻訊號，以有效減少區(qū)塊效應(yīng)。某些公司編碼產(chǎn)品的視訊與影像處理套件中就包括了2D的有限脈沖響應(yīng)（FIR）和中值濾波器功能，可利用3×3、5×5或 7×7恒定系數(shù)矩陣執(zhí)行2D FIR濾波作業(yè)。因此，為了在頻寬受限環(huán)境中獲得最佳性能，預(yù)先處理對任何的視訊壓縮方法來說相當(dāng)關(guān)鍵。而電視影像解碼器在針對諸如H.264、MPEG-2等影像編碼進行解碼動作時，也都需要進行如去方塊（De-Block）反交錯掃瞄（De-Interlace）等處理，為了呈現(xiàn)出完美的畫面，數(shù)位電視訊號對濾波技術(shù)的需求并不比傳統(tǒng)類比電視訊號少。
數(shù)位化的電視時代 類比應(yīng)用仍占大宗
雖然電視都已經(jīng)數(shù)位化，但是一般觀眾收看最多的，依然是類比電視節(jié)目，以臺灣的狀況來說，數(shù)位電視的發(fā)展重點在于高速接收的行動應(yīng)用，而非真正的高畫質(zhì)數(shù)位訊號，數(shù)位電視本身畫質(zhì)表現(xiàn)并不特別突出，加上缺乏具備足夠吸引力的節(jié)目內(nèi)容，大多數(shù)消費者仍選擇頻道與節(jié)目相對精彩的有線電視。有線電視采用的是標(biāo)準(zhǔn)的類比訊號，透過同軸電纜傳輸節(jié)目內(nèi)容，訊號本身的好壞影響節(jié)目畫面品質(zhì)甚大。不僅在臺灣，世界各國也多以類比電視為播放主流，為了達到良好的畫面品質(zhì)，除了力求訊號的品質(zhì)以外，電視本身的濾波能力更占了最大比例的重要性。
針對影像編碼的消除區(qū)塊效應(yīng)濾波器技術(shù)
以區(qū)塊轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的影像壓縮編碼（區(qū)塊離散余弦轉(zhuǎn)換）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到如MPEG、VC1、H.264等諸多主流影像編碼技術(shù)中，這些也都是數(shù)位視訊的主流編碼技術(shù)。雖然這些編碼標(biāo)準(zhǔn)幾乎都有加入去除區(qū)塊效應(yīng)的演算法，然而在實際進行影像解碼的同時，往往都還是避免不了區(qū)塊效應(yīng)的產(chǎn)生，而當(dāng)壓縮比越高，區(qū)塊效應(yīng)也會越明顯。
去除區(qū)塊效應(yīng)的方法可歸納為兩大類，第一類是從編碼架構(gòu)著手，如利用重疊轉(zhuǎn)換法，將原始的影像切割為少許重疊的區(qū)塊，當(dāng)解碼重建影像時，相鄰區(qū)塊的重疊區(qū)域影像則是以平均取樣的方式來降低區(qū)塊與區(qū)塊之間的不連續(xù)性?；蚴鞘褂媒Y(jié)合轉(zhuǎn)換法，將原始影像區(qū)分為高相關(guān)性與低相關(guān)性2種集合，在高相關(guān)性集合部分使用無損耗編碼，低相關(guān)性部分則是使用原有的區(qū)塊離散余弦轉(zhuǎn)換編碼，但是在編碼階段處理所需考慮的后續(xù)影響較大，技術(shù)難度也更高。而第二類處理方式，則是利用后處理（Post-Processing）技術(shù)，比如說濾波法就是后處理技術(shù)的1種，一般來說，由于有著不會改變原有編碼的架構(gòu)，以及不需要紀(jì)錄額外資訊的優(yōu)點，利用后處理的方式來進行區(qū)塊效應(yīng)的消除，是比較常用且有效的方式之一。
利用濾波技術(shù)來去除區(qū)塊效應(yīng)，在實做上，則是將區(qū)塊效應(yīng)的不連續(xù)性視為錯誤的高頻雜訊，并利用一般的低通濾波器來濾除這些被視為錯誤的高頻部分，進而將呈現(xiàn)區(qū)塊效果的的部分平滑化。這種低通濾波器基本上就是屬于線性內(nèi)差法，當(dāng)在解碼影像內(nèi)偵測到有區(qū)塊效應(yīng)的相鄰區(qū)塊，在舍去相鄰邊界的影像資料后，再根據(jù)未舍去的資料以線性內(nèi)差法預(yù)估并補回空缺位置下的影像資料，藉以平滑化其影像資料的不連續(xù)性，達到減輕區(qū)塊效應(yīng)的效果，在此可以選用單線性內(nèi)差或者是雙線性內(nèi)差，演算法同樣都非常簡單，對系統(tǒng)的負(fù)載非常輕微。
圖說：屬于線性濾波的低通濾波器的運作概念示意圖。（www.NTU.com）
由于低通濾波器一般是屬于線性處理，在去除區(qū)塊的同時，也有可能會將原有非區(qū)塊效應(yīng)部分的高頻資訊一起濾除，因而造成影像的模糊現(xiàn)象。因此在濾波方式上，也有利用非線性的技術(shù)來處理。在非線性濾波技術(shù)方面，中值濾波器是較常見的1種。中值濾波器會把所讀取的資料取中間值來取代掉原有的資料，透過這樣的方式，在影像細節(jié)的保存方面要優(yōu)于一般線性濾波技術(shù)（如雙線性內(nèi)差濾波）。
但是一般中值濾波器在處理過程中，會永久性的破壞畫面中所包含的的原始像素資訊，造成最終的輸出結(jié)果與原本未壓縮的影像資訊產(chǎn)生落差，因此后來也發(fā)展出使用切換的方式，先行偵測輸入影像雜訊程度，如果偵測到的雜訊直超過容忍值，則會使用濾波輸出，若訊號品質(zhì)良好，則維持原訊號輸出，避免破壞原始訊號。常見的中值濾波器有以下幾類：
圖說：中值濾波器的運作概念示意圖。（www.NTU.com）
■標(biāo)準(zhǔn)中值濾波器(Standard Median Filter, SM Filter)
最原始的標(biāo)準(zhǔn)中值濾波器是由J.W. Jukey在 1971年所提出，其目的主要是用來處理非線性訊號，此技術(shù)可以克服線性濾波所引起的細節(jié)模糊，中值濾波的處理方式是取一個長寬皆為特定大小的視窗，對視窗中資料大小做排序，然后取中間值做為濾波后結(jié)果。
■中央加權(quán)中值濾波器(Center-Weighted Median Filter, CWM Filter)
中央加權(quán)中值濾波器是在1991年提出，此濾波器是由中值濾波器改良而來，不但可以去除雜訊，還可以保留較好的影像細節(jié)，不過在雜訊比過高的情況下，濾波效能會大幅降低。中央加權(quán)中值濾波器的處理步驟跟中值濾波器很相似，同樣先設(shè)定長寬一致的視窗，對視窗內(nèi)中央點復(fù)制 w次，然后排序輸出中間值，取w等于1時，中央加權(quán)中值濾波器就會進行濾波處理，w大于 7時，就不對影像進行濾波處理。
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