视频帧率上转换技术及其应用

本书主要论述视频帧率上转换技术及其应用，详细介绍了帧率上转换技术的应用背景、基础知识、实现方案以及其在视频编码、压缩感知、数字取证等领域的应用。本书分成基础篇、算法篇和应用篇，共11章，系统性地讲解帧率上转换技术的基础知识、算法实现方案和应用。基础篇由第1、2章组成，主要对帧率上转换技术的应用前景、研究进展和理论基础做出详细综述；算法篇由第3、4、5、6、7章组成，详细描述了近年来帧率上转换算法的*研究成果；应用篇由第8、9、10章组成，介绍了帧率上转换在视频编码、压缩感知及数字取证领域的应用；第11章对视频帧率上转换技术进行了总结和展望。

李然，博士毕业于南京邮电大学信号与信息处理专业。2014年12月至今，任信阳师范学院计算机与信息技术学院讲师、校聘副教授；2016年9月至2017年12月，于南京信息工程大学中美国际合作所从事博士后研究工作。2018年5月成为IEEE IES工业信息化技术委员会成员。目前，在国内外重要学术期刊发表学术论文三十余篇，其中SCI检索期刊15篇，EI检索期刊8篇，申请公开国家发明专利十余项，其中授权2项。研究兴趣有图像与视频处理、低复杂度视频编码、多媒体安全、深度学习、物联网应用等，在包括Signal Processing: Image Communication、Sensors、Multimedia Tools and Applications、通信学报、电子与信息学报等国内外专业期刊发表论文二十余篇，同时担任IEEE Transactions on Industrial Informatics、Future Generation Computer Systems、Information Sciences、Pattern Recognition Letters、Computer Communications、Journal of Medical Systems等二十余专业期刊的审稿人。

第1章 绪论 1
1.1 帧率上转换技术概述 1
1.2 帧率上转换技术的发展现状 3
1.3 帧率上转换技术的应用领域 5
1.4 本书结构与内容安排 8
参考文献 8
第2章 帧率上转换技术基础 10
2.1 引言 10
2.2 运动估计 12
2.2.1 块匹配估计 13
2.2.2 光流估计 14
2.3 运动向量平滑 16
2.3.1 中值向量滤波 16
2.3.2 加权中值向量滤波 17
2.3.3 三维递归搜索 17
2.4 运动向量映射 18
2.4.1 传统映射法 18
2.4.2 单向映射法 19
2.4.3 双向映射法 20
2.5 运动补偿内插 21
2.5.1 传统内插法 21
2.5.2 重叠块内插法 21
2.6 图像质量评价 22
2.7 本章小结 23
参考文献 23
第3章 基于多色度混合匹配的帧率上转换算法 25
3.1 引言 25
3.2 存在难题与解决方案 26
3.3 多色度混合匹配帧率上转换算法 28
3.3.1 多色度混合块匹配准则 28
3.3.2 基于三维递归搜索的前后向运动估计 30
3.3.3 时空运动向量提纯 31
3.3.4 高容错运动向量平滑 32
3.3.5 双加权重叠块运动补偿 33
3.4 实验结果与分析 35
3.4.1 逐步评估 35
3.4.2 整体评估 38
3.4.3 计算复杂度 42
3.5 本章小结 43
参考文献 44
第4章 基于小波金字塔的帧率上转换算法 46
4.1 引言 46
4.2 小波金字塔帧率上转换算法 47
4.2.1 小波金字塔构造 47
4.2.2 多分辨率双向运动估计 48
4.2.3 计算复杂度分析 50
4.3 实验结果与分析 50
4.4 本章小结 56
参考文献 56
第5章 基于联合运动补偿的帧率上转换算法 58
5.1 引言 58
5.2 运动补偿帧率上转换的数学模型 59
5.3 运动估计与候选运动向量集构造 60
5.4 联合运动补偿 61
5.5 实验结果与分析 62
5.6 本章小结 65
参考文献 65
第6章 基于稀疏表示模型的帧率上转换算法 67
6.1 引言 67
6.2 稀疏表示模型的帧率上转换算法 69
6.2.1 基于子块的双向运动估计 69
6.2.2 稀疏先验重建 72
6.3 实验结果与分析 75
6.3.1 参数设置 76
6.3.2 客观性能评估 77
6.3.3 主观性能评估 80
6.3.4 计算复杂度分析 82
6.4 本章小结 83
参考文献 84
第7章 基于时空显著分析的自适应帧率上转换算法 86
7.1 引言 86
7.2 相关工作 87
7.3 时空显著分析自适应帧率上转换算法 89
7.3.1 时空显著性 90
7.3.2 运动估计策略切换 92
7.3.3 计算复杂度 94
7.4 实验结果与分析 95
7.4.1 阈值设置 95
7.4.2 客观性能评估 96
7.4.3 主观性能评估 98
7.5 本章小结 99
参考文献 100
第8章 帧率上转换技术在分布式视频编码中的应用 103
8.1 引言 103
8.2 基于自回归模型的边信息外推算法 105
8.2.1 运动对齐自回归模型 105
8.2.2 模型参数计算和重叠块内插 106
8.3 实验结果与分析 108
8.4 本章小结 109
参考文献 109
第9章 帧率上转换技术在视频压缩感知中的应用 111
9.1 引言 111
9.2 基于平滑投影的视频压缩感知重建 115
9.2.1 错误检测 116
9.2.2 自适应残差重建 117
9.3 实验结果与分析 117
9.4 本章小结 121
参考文献 121
第10章 鉴别帧率上转换的数字取证算法 123
10.1 引言 123
10.2 背景知识 124
10.2.1 帧复制篡改取证 124
10.2.2 运动补偿帧率上转换 126
10.2.3 高斯噪声方差估计 127
10.3 混噪取证算法 128
10.3.1 混噪与取证 128
10.3.2 周期性检测 129
10.4 实验结果及分析 131
10.4.1 算法性能分析 131
10.4.2 篡改检测结果 133
10.5 本章小结 136
参考文献 136
第11章 总结与展望 138
附录A 与本书相关的研究成果 141