數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，數位電視的純數位訊號并不是直接通達螢幕，相反的，中間仍需要經(jīng)過(guò)幾道解編碼以及數位與類(lèi)比轉換的程序，而數位視訊的原生解析度可能無(wú)法完全匹配LCD TV的面板真實(shí)解析度，舉例來(lái)說(shuō)：臺灣的數位電視內容僅為DVD畫(huà)質(zhì)的480i解析度，目前主流LCD TV真實(shí)解析度都在720P以上，更高規格的1080P HD面板LCD TV也逐漸普及當中，在這些高解析度LCD TV中觀(guān)賞數位電視節目，如果沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)的后處理（比如說(shuō)透過(guò)Scaler將來(lái)調整原有視訊內容的大?。?，那么在電視上就只能看到點(diǎn)對點(diǎn)的小小畫(huà)面。Scaler的畫(huà)面大小調整并不是單純只有改變解析度而已，針對畫(huà)面擴大之后所會(huì )產(chǎn)生的畫(huà)面瑕疵問(wèn)題，都必需要透過(guò)各種演算法來(lái)加以補充。
將視訊壓縮比過(guò)高會(huì )讓畫(huà)面產(chǎn)生區塊雜訊或馬賽克效應。視訊經(jīng)過(guò)預處理／后處理后，編碼器壓縮起來(lái)會(huì )更輕松，并且進(jìn)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(xiàn)、衛星、電信和IPTV廣播商業(yè)模式非常重要，因為滿(mǎn)足高品質(zhì)要求必須在很窄的頻寬條件下實(shí)現。預處理可能包括在視訊進(jìn)入編碼器之前使用2D濾波技術(shù)濾除特定高頻訊號，以有效減少區塊效應。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（FIR）和中值濾波器功能，可利用3×3、5×5或 7×7恒定系數矩陣執行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，預先處理對任何的視訊壓縮方法來(lái)說(shuō)相當關(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(jìn)行解碼動(dòng)作時(shí)，也都需要進(jìn)行如去方塊（De-Block）反交錯掃瞄（De-Interlace）等處理，為了呈現出完美的畫(huà)面，數位電視訊號對濾波技術(shù)的需求并不比傳統類(lèi)比電視訊號少。
數位化的電視時(shí)代 類(lèi)比應用仍占大宗
雖然電視都已經(jīng)數位化，但是一般觀(guān)眾收看最多的，依然是類(lèi)比電視節目，以臺灣的狀況來(lái)說(shuō)，數位電視的發(fā)展重點(diǎn)在于高速接收的行動(dòng)應用，而非真正的高畫(huà)質(zhì)數位訊號，數位電視本身畫(huà)質(zhì)表現并不特別突出，加上缺乏具備足夠吸引力的節目?jì)热?，大多數消費者仍選擇頻道與節目相對精彩的有線(xiàn)電視。有線(xiàn)電視采用的是標準的類(lèi)比訊號，透過(guò)同軸電纜傳輸節目?jì)热?，訊號本身的好壞影響節目?huà)面品質(zhì)甚大。不僅在臺灣，世界各國也多以類(lèi)比電視為播放主流，為了達到良好的畫(huà)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塊效應濾波器技術(shù)
以區塊轉換為基礎的影像壓縮編碼（區塊離散余弦轉換）已經(jīng)被廣泛應用到如MPEG、VC1、H.264等諸多主流影像編碼技術(shù)中，這些也都是數位視訊的主流編碼技術(shù)。雖然這些編碼標準幾乎都有加入去除區塊效應的演算法，然而在實(shí)際進(jìn)行影像解碼的同時(shí)，往往都還是避免不了區塊效應的產(chǎn)生，而當壓縮比越高，區塊效應也會(huì )越明顯。
去除區塊效應的方法可歸納為兩大類(lèi)，第一類(lèi)是從編碼架構著(zhù)手，如利用重疊轉換法，將原始的影像切割為少許重疊的區塊，當解碼重建影像時(shí)，相鄰區塊的重疊區域影像則是以平均取樣的方式來(lái)降低區塊與區塊之間的不連續性?；蚴鞘褂媒Y合轉換法，將原始影像區分為高相關(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(wú)損耗編碼，低相關(guān)性部分則是使用原有的區塊離散余弦轉換編碼，但是在編碼階段處理所需考慮的后續影響較大，技術(shù)難度也更高。而第二類(lèi)處理方式，則是利用后處理（Post-Processing）技術(shù)，比如說(shuō)濾波法就是后處理技術(shù)的1種，一般來(lái)說(shuō)，由于有著(zhù)不會(huì )改變原有編碼的架構，以及不需要紀錄額外資訊的優(yōu)點(diǎn)，利用后處理的方式來(lái)進(jìn)行區塊效應的消除，是比較常用且有效的方式之一。
利用濾波技術(shù)來(lái)去除區塊效應，在實(shí)做上，則是將區塊效應的不連續性視為錯誤的高頻雜訊，并利用一般的低通濾波器來(lái)濾除這些被視為錯誤的高頻部分，進(jìn)而將呈現區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(xiàn)性?xún)炔罘?，當在解碼影像內偵測到有區塊效應的相鄰區塊，在舍去相鄰邊界的影像資料后，再根據未舍去的資料以線(xiàn)性?xún)炔罘A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性，達到減輕區塊效應的效果，在此可以選用單線(xiàn)性?xún)炔罨蛘呤请p線(xiàn)性?xún)炔?，演算法同樣都非常?jiǎn)單，對系統的負載非常輕微。
圖說(shuō)：屬于線(xiàn)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(xiàn)性處理，在去除區塊的同時(shí)，也有可能會(huì )將原有非區塊效應部分的高頻資訊一起濾除，因而造成影像的模糊現象。因此在濾波方式上，也有利用非線(xiàn)性的技術(shù)來(lái)處理。在非線(xiàn)性濾波技術(shù)方面，中值濾波器是較常見(jiàn)的1種。中值濾波器會(huì )把所讀取的資料取中間值來(lái)取代掉原有的資料，透過(guò)這樣的方式，在影像細節的保存方面要優(yōu)于一般線(xiàn)性濾波技術(shù)（如雙線(xiàn)性?xún)炔顬V波）。
但是一般中值濾波器在處理過(guò)程中，會(huì )永久性的破壞畫(huà)面中所包含的的原始像素資訊，造成最終的輸出結果與原本未壓縮的影像資訊產(chǎn)生落差，因此后來(lái)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(guò)容忍值，則會(huì )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(jiàn)的中值濾波器有以下幾類(lèi)：
圖說(shuō)：中值濾波器的運作概念示意圖。（www.NTU.com）
■標準中值濾波器(Standard Median Filter, SM Filter)
最原始的標準中值濾波器是由J.W. Jukey在 1971年所提出，其目的主要是用來(lái)處理非線(xiàn)性訊號，此技術(shù)可以克服線(xiàn)性濾波所引起的細節模糊，中值濾波的處理方式是取一個(gè)長(cháng)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果。
■中央加權中值濾波器(Center-Weighted Median Filter, CWM Filter)
中央加權中值濾波器是在1991年提出，此濾波器是由中值濾波器改良而來(lái)，不但可以去除雜訊，還可以保留較好的影像細節，不過(guò)在雜訊比過(guò)高的情況下，濾波效能會(huì )大幅降低。中央加權中值濾波器的處理步驟跟中值濾波器很相似，同樣先設定長(cháng)寬一致的視窗，對視窗內中央點(diǎn)復制 w次，然后排序輸出中間值，取w等于1時(shí)，中央加權中值濾波器就會(huì )進(jìn)行濾波處理，w大于 7時(shí)，就不對影像進(jìn)行濾波處理。
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