去隔行利器FieldsKit Deinterlacer 解析

在影視製作領域，為了構建相對完美的逐行掃描視頻，或者為數字轉膠片過程提供更高質量的畫格，我們須將隔行掃描視頻進行去隔行處理。盡管許多後期處理軟件內置了去隔行處理機能，但是它們的算法都極為單一，往往達不到追求更高質量人員的要求。於是尋求一種先進的、易操作的去隔行處理的方法，一致是業內人士不懈的追求，Revisionfx公司提供的FieldsKit Deinterlacer軟件在此領域獨樹一幟。

FieldsKit是Revisionfx公司專門針對視頻場處理而開發的工具，包含三個重要濾鏡。其中FieldsKit Deinterlacer專門用於去隔行處理，它提供了多種去隔行處理模式，還可鑲嵌套用，而且參數調整靈活，大幅提高圖像處理質量。另外兩個濾鏡分別是FieldsKit Reinterlace和FieldsKit Pulldown，它們分別提供了靈活多樣的隔行掃描重建和幀率下拉變換方法。FieldsKit 以外掛的形式工作，支持 Adobe After Effects, Apple Final Cut Pro, Autodesk Combustion，Eyeon Fusion, Adobe Premiere等軟件，不過涉及幀率變換時僅能在Combustion 2.1及其後續版本和After Effects中使用，因為這些應用軟件在同一個工程項目中支持不同幀率的視頻格式。

1、什麼是場
在介紹Deinterlacer去隔行處理的方法之前，我們有必要提一下關於交錯場和去隔行處理的基本知識。

那麼什麼是場呢，場存在於隔行掃描記錄的視頻中，隔行掃描視頻的每幀畫麵均包含兩個場，每一個場又分別含有該幀畫麵的奇數行掃描線或偶數行掃描線信息，故分別叫奇數場或偶數場，也稱上場或下場。

我們在實際拍攝時，若使用隔行掃描的格式作記錄的話，比如標清中的PAL製，NTSC製，高清中50i,60i等,它們在信號記錄時，總是會先掃描記錄下場（偶數場）信號，再掃描記錄上場（奇數場）信號；或者相反。如果先記錄下場的，我們就說是下場優先（偶數場優先），反之叫上場優先（奇數場優先）。這樣就導致了上場與下場的圖像實際上是有一定時間位移之差的，所以這兩場的圖像在空間上是不能完全重合的，尤其在拍攝活動畫麵時，活動主體的位置往往會形成梳狀條紋，如圖所示。

圖1-隔行掃描視頻的1幀畫麵由不同時刻取樣的上場和下場畫麵組成

圖2-隔行掃描視頻在畫麵中運動的部分出現梳狀交錯現象（放大示意圖）

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2、為什麼要去隔行處理
在對影像做後期處理時，比如摳像等，若直接處理隔行掃描素材會產生邊緣鋸齒現象，導致畫質下降。還有在隔行掃描數字格式轉膠片和構建相對完美的逐行掃描視頻時，每一格（幀）都需要無交錯的高質量的畫麵，所以也需要對隔行片源視頻進行去隔行處理。

圖3-隔行掃描圖像的奇偶場合並產生梳狀條紋示意圖

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3、常見的去隔行處理方法和原理
去隔行處理就是通過一定手段，讓原本因隔行掃描形成的交錯幀顯得不再交錯，注意是“顯得不再交錯”而不是“還原”，因為理論上講是無法複原為100%完整畫麵的，如此一來，其實去隔行的目的就是最大限度地去交錯，所以兩個概念也往往混稱。

一般情況下，我們常見的去隔行處理方法有以下幾種

（1）、奇偶場直接合並
當畫麵中沒有運動的時候，奇數場和偶數場的采樣信息依然能直接合並為完整的一幀畫麵，如圖所示。

圖4-靜止畫麵中奇數場與偶數場直接合並為完整的一幀畫麵

當然，這種情況少之又少，絕大多數情況下，畫麵中總是會有運動（否則就是照片了），所以這種模式幾乎不會采用，不過它給我們提供了某種啟示，在隨後的運動遮罩合並模式中得到體現。

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（2）、場複製合並
最簡單的一種解決方法就是僅保留單場，拋棄另一場，然後把該單場中的行進行複製組合為新的另一場，最後再合並為一幀。

圖5-場複製模式減少梳狀也帶來鋸齒

這樣方法雖然大大減少梳狀條紋的程度，但同時也會帶來明顯的鋸齒現象,且畫麵的有效清晰度大大下降，因僅用了一半行數的畫麵信息。

（3）、內插補點（大多數情況適用）
為了改善場複製模式帶來的鋸齒程度，同時得到相對快捷的處理速度，許多應用軟件都使用內插補點的方法作為標準的去交錯模式。

這種方法首先依然保留單場信息，然後丟棄另一場，接著通過內插補點的方法創建新的掃描線。與場複製不同的時，它更加智能，會經過計算保留場相鄰的行間的信息來創建另一場。

圖6-內插補點方式消除梳狀也較少鋸齒

如此處理，大大減少了場複製模式帶來的鋸齒現象，圖像質量大幅提升。不過畫麵的有效信息依然被抽去了一半。

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（4）、場融合
為了增加畫麵的有效信息，可以把內插補點的方法加以延伸，就是分別把原畫麵的奇數場使用內插補點得到新畫麵，再把原偶數場使用內場補點得到另一個新畫麵，然後再把兩個新得到畫麵各取一半合並起來，就便是所謂的場融合方法，也叫奇偶平均合並方法。

圖7-場融合方式保留全部信息但也帶來重影現象

這種混合奇偶兩個圖場的方法，可以大大降低突兀的鋸齒現象，是去交錯的有效方法之一，而且畫麵的有效信息擴大為全幀畫麵信息。不過副作用是畫麵會因為兩中間幀混合導致畫麵模糊，運動劇烈的畫麵還會有重影現象。

在分析完了常見的幾種去交錯的方法與原理後，我們現在來看看FieldsKit Deinterlacer是如何應用和發展它們的。

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4、FieldsKit Deinterlacer去隔行原理
FieldsKit Deinterlacer在去隔行處理中，有一點比較靈活，就是打破了傳統方法非此即彼的選擇，允許你將多種方法嵌套使用，甚至在同一個畫麵中也可以依據不同關鍵幀采用不同去隔行方法。所以從某種角度說，它為客戶提供太多解決方案，這或許反而會讓你犯暈，所以有必要了解一下其基本工作原理，在此我把它大體歸納為四大模式。

（1）、內插模式
這裏的含義不等同於上麵所述的狹義內插補點方法，它的含義更廣泛，其基本定理為

支配場 內插處理得到另一場 = 新的一幀

在這種模式下，你首先要給Deinterlacer指定優先場，不要指定錯誤，許多軟件能自動識別視頻文件的場序列。另外，在Deinterlacer插件中，當你選擇Fill Method = Blend時，在Field Order下拉菜單選擇不同場序，觀察畫麵，若場序出錯，畫麵會突然劣化，相信你不會選錯。選擇好優先場後，Deinterlacer將其作為支配場，同時拋棄另一場，然後你再指定Deinterlacer使用以下5種選擇重建另一場，最後合並輸出。

下麵，我們在AE中來進行說明，先建立一個工程文件，導入需要處理的隔行視頻，然後將它拖入一個合成器中，隨後給該素材施加效果effect\re:vision plug_ins\fieldskit dinterlacer,如圖所示

圖8-對素材施加效果

然後打開效果控製器，如圖

圖9-Fieldskit Dinterlacer控製器

確認你的Source Layer，即選定處理片源的名稱。

在Field Order欄，你要確認你的優先場序，一般說來許多視頻軟件都帶有自動識別場序的功能，這裏暫不論述,我使用的片源是DV_PAL格式，屬於下場優先，故選Low First。

在Timing Mode 時間重建上選擇 = 1 Frame Per Frame ， 這個選擇讓你將所有的優先場保留下來，然後拋棄另一場，然後運用5種方式來構建新的另一場。用“ = ”號象征構建後的新視頻與原來的時間是等長的。

隨後你就可以通過選擇不同的Fill Method （填補策略）來選擇不同的內插方法了。

圖10-Fill Method下拉菜單選擇不種內插方式

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共有5種內插方式，它們分別是：

1）.None，即不進行任何處理，實質就是使用原來的另一場信息，也就是所謂的奇偶場直接合並。

2）.Duplicate，即場複製方法，將複製保留場的行來構建新的另一場，最後再合並

3）.Blend,即內插補點方法。與其他常見的軟件的處理方式是一致的，即混合保留行間相鄰上下像素來構建新行像素，示意圖如下。

圖11-Blend方式構建新行像素示意圖

4）. Best 3 Neighbors，即臨近3像素取優，這就是對一般內插補點算法的發展，它把像素的選擇範圍擴大到上下相鄰的各3個像素範圍，然後經過比較後選擇最佳Blend方案得到新行像素。

圖12-Best 3 Neighbors方式構建新行像素示意圖

5）. Best 5 Neighbors，即臨近5像素取優，這又是對臨近3像素取優算法的發展，它把像素的選擇範圍擴大到上下相鄰的各5個像素範圍，然後經過比較後選擇最佳Blend方案得到新行像素。

圖13-Best 5 Neighbors方式構建新行像素示意圖

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在實際工作中，前兩種方法一般都不會用，一般使用後麵的3種，大多數情況下，使用Best 3 Neighbors（臨近3像素取優）和Best 5 Neighbors（臨近5像素取優）都能得好比blend模式好的多的效果，大家可以參照我的實驗效果圖（放大200%，局部顯示）。

圖14-None

圖15-Duplicate

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圖16-Blend

圖17-Best 3 Neighbors

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圖18-Best 5 Neighbors

從上麵的圖像我們可以看出，None方式因未做任何處理，有明顯的梳狀條紋現象；Duplicate方式減少梳狀條紋，不過有鋸齒現象；Blend，Best 3 Neighbors和Best 5 Neighbors方式有效去除梳狀條紋，同時也去除鋸齒，此畫麵三者比較，肉眼觀看不易區別異同，不過如果把它們進行放大800%後觀看，可以看見三者的顯示的平滑度依次增加,感覺畫麵的清晰度增加（實質上都是僅用原來的50%畫麵信息）。

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（2）、場融合模式
現在我們來介紹第二大合並模式，即場融合模式，該模式將支配場和非支配場分別做內插模式（當然內插方法依然有上麵5個選擇）處理後，各取50%信息混合構建新幀，其定義為:
（支配場 內插處理得到另一場）* 50% （非支配場 內插處理得到另一場）* 50%=新幀

在Fieldskit Dinterlacer效果控製器的Timing Mode 時間重建上選擇= Field Blending,1 Frame Per Frame 這樣係統就是依據上麵的法則進行去隔行處理。

圖19-場融合模式選擇示意圖

這種方法最大的優點在於使用了原來100%的信息，也就是說同時對奇數場和偶數場都進行了取樣，不過由於兩場之間存在的時間位移問題沒有解決，所以混合後的畫麵有模糊的現象，如果畫麵的運動過大，還會有重影現象，不過在體育節目的處理中，這種現象其實也是好的，它把運動過程充分保留下來。

我們還是來具體比較一下與上一種模式的區別。

圖20-原始圖像

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這個我們將要處理的畫麵是一個固定拍攝的鏡頭，仔細觀看，畫麵中女人走過的時候其周圍出現了明顯的梳狀條紋，而立交橋處因為靜止則沒有。

圖21-原始圖像運動部分出現梳狀條紋示意圖

圖22-原始圖像靜止部分無梳狀條紋示意圖

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我們先使用第一種模式進行處理，為了得到比較好的質量，我們選用Best 5 Neighbors方式，處理效果如下：

圖23-運動部分經過內插模式/Best 5 Neighbors處理效果

圖24-靜止部分經過內插模式/Best 5 Neighbors處理效果

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我們發現運動主體周圍的梳狀條紋消失，但是靜止部分由於隻用一半信息所以細節不夠豐富。
我們再來看看場融合模式，我們依然選擇Best 5 Neighbors填充方式，處理效果如下：

圖25-運動部分經過場融合模式/Best 5 Neighbors處理效果

圖26-靜止部分經過場融合模式/Best 5 Neighbors處理效果

不難發現運動人體便得更加模糊了，但是靜止部分的細節變得豐富起來。

那麼有沒有兩全其美的方法呢，又要保留足夠的靜止部分細節，還要使運動的部分不模糊? 我們來看一種更加智能的算法。

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（3）、運動補償模式
運動補償模式，分別對優先場和後續場作內插模式計算，構建兩中間幀，然後計算後一中間幀運動位移誤差，通過校正後與前一中間幀進行融合輸出。

在Fieldskit Dinterlacer效果控製器的timing mode 時間重建上選擇= Motion Estimated Blend 這樣係統就選定了運動補償模式，直譯為運動估算融合模式。

圖27-運動補償模式選擇示意圖

對比分析，下麵第一幅畫麵是經過場融合模式處理的效果，我們依然選擇Best 5 Neighbors填充方式得到。我們看到運動的主體人手和肩章都比較模糊。

圖28-經場融合模式/Best 5 Neighbors處理畫麵

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我們再來看看使用運動補償模式得到的畫麵。

圖29-經運動補償模式/Best 5 Neighbors處理畫麵

我們看到運動的主體人手和肩章都變得比較清晰了，靜止部分的畫麵基本一模一樣。

盡管運動補償模式一般說來能帶來比較清晰的效果，但是也會使畫麵輕微發軟。尤其適用於帶有斜向邊緣的物體和含有大量波紋的畫麵的處理。還要注意的是這種模式過於依靠計算機機能，建議較長時間的鏡頭不宜采用此法。 還有含有劇烈運動的鏡頭，比如極限體育運動和足球比賽，盡量不要使用，這些畫麵中往往會因太多物體的交錯運動而導致軌跡追蹤錯誤，出現畫麵瑕疵。

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（4）、運動遮罩模式
 

在去隔行處理中，我們知道對畫麵中的不動部分做任何處理都是畫蛇添足的，但是我們又不得不對畫麵中含有運動的部分做處理，這同時也影響了不動的部分。兩者能否分別對待呢。運動遮罩模式就是為了有效解決這樣的問題而設置的，它通過判斷相鄰幀內的畫麵運動差異來繪製運動遮罩，然後分別對運動遮罩內外的畫麵分類做處理。

顯然這種模式是為處理固定拍攝的鏡頭而設計的，適用的信號就是畫麵中要有明確的運動主體和相對靜止背景，我們還是舉個例子來分析吧。

圖30-帶有運動主體的固定拍攝鏡頭畫麵示意圖

圖31-原始畫麵運動主體部分放大出現梳狀條紋示意圖

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類似於這樣的畫麵，大背景是靜止的，畫麵中人和車流是運動的，這樣才可能對其繪製運動遮罩，把運動的物體和靜止的背景分開了，對運動部分實施以上3種模式去隔行處理，而對背景部分不做任何處理，直接將原來的奇數行和偶數行掃描線合並起來即可。

對畫麵繪製運動遮罩非常容易，首先你對整個畫麵進行好Timing Mode和Fill Method的設定後，實質就是選定好前三大類的去隔行處理模式；然後將Detect Motion（運動探測）的No Motion Mask更改為2 Frames Compare或者 3 Frames Compare，這樣就開啟了運動遮罩合並模式。

圖32-2種運動探測方式選擇示意圖

2 Frames Compare是將當前幀和後續幀進行比較來探測運動區域。

3 Frames Compare則是將當前幀和前後相鄰的幀進行比較來探測運動區域。使用此種選擇一般能探測到比2 Frames Compare 方式更大的運動區域。

圖33-2 Frames Compare探測到的運動區域

圖34-3 Frames Compare探測到的運動區域

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從運動區域的大小我們就能看到兩種探測方式的不同，為了直觀觀察運動運動遮罩，你可以把View Motion Mask選項打“√”。

圖35-運動遮罩顯示開關菜單

隨後，我們可以選擇3種不同的運動遮罩的繪製方法。

圖36-不同運動遮罩繪製方法選擇菜單
第一種是Point Difference,指的是依據同一位置的象素的變化而判定，當變化量達到或超過閾值，那麼就認定為運動區域。這種方法往往會把許多噪點也誤計算為運動範圍。第二種Small Area，為了克服視頻噪點的幹擾，把像素的變化的比較範圍擴大到周圍的一個小的區域進行，這大大減少了視頻噪點帶來的誤差，但是往往也會把實際運動的區域縮小。第三種Large Area，使用比前一種更大範圍像素區域來進行判斷，基本上能剔除噪點幹擾。

圖37-Point Difference

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圖38-Small Area

圖39-Large Area

接下來我們來調整Motion Tolerance，即運動寬容度，通過調整這個值，我們要達到的要求就是盡量不要讓靜止部分被誤判為運動，也盡量不要把運動部分誤判為靜止，所以要仔細調整，找到合適值，該值一定，其實也就訂了上麵提到的閾值。

圖40-運動寬容度調整菜單

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接下來有一個叫Mask Suppress，即遮罩抑製，適當調整它的值，可以去除遮罩內因為視頻噪波而被誤計為運動的區域範圍。

圖41-遮罩抑製參數調整菜單

當你施加Mask Suppress（遮罩抑製）後，你會發現盡管去掉了一些非運動的區域，但是本來的運動區域的麵積在縮小，這時候你就需要放大這些本來不該縮小的運動遮罩。Mask Grow , 遮罩增大就是為這種情況設置的。

圖42-遮罩增大控製參數調整菜單

由於運動區域需要做去隔行處理，而非運動區域不做處理，所以這兩個區域之間畫麵的過渡總是會有所突兀的，為了平滑這種過渡，你可以調整Mask Feather，即遮罩羽化值。

圖43-遮罩羽化值參數調整菜單

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好了，我們在使用運動遮罩模式的時候，要綜合調整以上參數，相信你會得到滿意的結果，我們還是來看看我們的實驗效果。

圖44-經運動遮罩模式處理畫麵

圖45-經運動遮罩模式處理運動部分畫麵放大示意圖

我們仔細觀察，發現運動主體人和車在采用了運動補償模式後變得清晰了，而且畫麵中靜止部分立交橋的細節保持不變，總體上，效果令人滿意。

至此，我們已經把Revisionfx公司的Deinterlacer插件的基本功能和原理，使用方法介紹完畢，大家在實際操作中還需要針對不同片源以及節目類型等情況，選擇適當的處理組合。在大多數情況下，用Deinterlacer都能有效進行去交錯處理，構建相對完美的全幀畫麵。此外，還要提醒兩點，一是Deinterlacer插件中的許多參數都是可以定義關鍵幀的，這就允許甚至是針對同一個鏡頭，我們也可以隨時改變去隔行處理的方法；二是限於篇幅，Deinterlacer插件中還有許多參數未能一一列舉，更多進階設定，可以參考《FieldsKit Users' Manual》。