去隔行利器FieldsKit Deinterlacer 解析

在影视制作领域，为了构建相对完美的逐行扫描视频，或者为数字转胶片过程提供更高质量的画格，我们须将隔行扫描视频进行去隔行处理。尽管许多后期处理软件内置了去隔行处理机能，但是它们的算法都极为单一，往往达不到追求更高质量人员的要求。于是寻求一种先进的、易操作的去隔行处理的方法，一致是业内人士不懈的追求，Revisionfx公司提供的FieldsKit Deinterlacer软件在此领域独树一帜。

FieldsKit是Revisionfx公司专门针对视频场处理而开发的工具，包含三个重要滤镜。其中FieldsKit Deinterlacer专门用于去隔行处理，它提供了多种去隔行处理模式，还可镶嵌套用，而且参数调整灵活，大幅提高图像处理质量。另外两个滤镜分别是FieldsKit Reinterlace和FieldsKit Pulldown，它们分别提供了灵活多样的隔行扫描重建和帧率下拉变换方法。FieldsKit 以外挂的形式工作，支持 Adobe After Effects, Apple Final Cut Pro, Autodesk Combustion，Eyeon Fusion, Adobe Premiere等软件，不过涉及帧率变换时仅能在Combustion 2.1及其后续版本和After Effects中使用，因为这些应用软件在同一个工程项目中支持不同帧率的视频格式。

1、什么是场
在介绍Deinterlacer去隔行处理的方法之前，我们有必要提一下关于交错场和去隔行处理的基本知识。

那么什么是场呢，场存在于隔行扫描记录的视频中，隔行扫描视频的每帧画面均包含两个场，每一个场又分别含有该帧画面的奇数行扫描线或偶数行扫描线信息，故分别叫奇数场或偶数场，也称上场或下场。

我们在实际拍摄时，若使用隔行扫描的格式作记录的话，比如标清中的PAL制，NTSC制，高清中50i,60i等,它们在信号记录时，总是会先扫描记录下场（偶数场）信号，再扫描记录上场（奇数场）信号；或者相反。如果先记录下场的，我们就说是下场优先（偶数场优先），反之叫上场优先（奇数场优先）。这样就导致了上场与下场的图像实际上是有一定时间位移之差的，所以这两场的图像在空间上是不能完全重合的，尤其在拍摄活动画面时，活动主体的位置往往会形成梳状条纹，如图所示。

图1-隔行扫描视频的1帧画面由不同时刻取样的上场和下场画面组成

图2-隔行扫描视频在画面中运动的部分出现梳状交错现象（放大示意图）

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2、为什么要去隔行处理
在对影像做后期处理时，比如抠像等，若直接处理隔行扫描素材会产生边缘锯齿现象，导致画质下降。还有在隔行扫描数字格式转胶片和构建相对完美的逐行扫描视频时，每一格（帧）都需要无交错的高质量的画面，所以也需要对隔行片源视频进行去隔行处理。

图3-隔行扫描图像的奇偶场合并产生梳状条纹示意图

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3、常见的去隔行处理方法和原理
去隔行处理就是通过一定手段，让原本因隔行扫描形成的交错帧显得不再交错，注意是“显得不再交错”而不是“还原”，因为理论上讲是无法复原为100%完整画面的，如此一来，其实去隔行的目的就是最大限度地去交错，所以两个概念也往往混称。

一般情况下，我们常见的去隔行处理方法有以下几种

（1）、奇偶场直接合并
当画面中没有运动的时候，奇数场和偶数场的采样信息依然能直接合并为完整的一帧画面，如图所示。

图4-静止画面中奇数场与偶数场直接合并为完整的一帧画面

当然，这种情况少之又少，绝大多数情况下，画面中总是会有运动（否则就是照片了），所以这种模式几乎不会采用，不过它给我们提供了某种启示，在随后的运动遮罩合并模式中得到体现。

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（2）、场复制合并
最简单的一种解决方法就是仅保留单场，抛弃另一场，然后把该单场中的行进行复制组合为新的另一场，最后再合并为一帧。

图5-场复制模式减少梳状也带来锯齿

这样方法虽然大大减少梳状条纹的程度，但同时也会带来明显的锯齿现象,且画面的有效清晰度大大下降，因仅用了一半行数的画面信息。

（3）、内插补点（大多数情况适用）
为了改善场复制模式带来的锯齿程度，同时得到相对快捷的处理速度，许多应用软件都使用内插补点的方法作为标准的去交错模式。

这种方法首先依然保留单场信息，然后丢弃另一场，接着通过内插补点的方法创建新的扫描线。与场复制不同的时，它更加智能，会经过计算保留场相邻的行间的信息来创建另一场。

图6-内插补点方式消除梳状也较少锯齿

如此处理，大大减少了场复制模式带来的锯齿现象，图像质量大幅提升。不过画面的有效信息依然被抽去了一半。

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（4）、场融合
为了增加画面的有效信息，可以把内插补点的方法加以延伸，就是分别把原画面的奇数场使用内插补点得到新画面，再把原偶数场使用内场补点得到另一个新画面，然后再把两个新得到画面各取一半合并起来，就便是所谓的场融合方法，也叫奇偶平均合并方法。

图7-场融合方式保留全部信息但也带来重影现象

这种混合奇偶两个图场的方法，可以大大降低突兀的锯齿现象，是去交错的有效方法之一，而且画面的有效信息扩大为全帧画面信息。不过副作用是画面会因为两中间帧混合导致画面模糊，运动剧烈的画面还会有重影现象。

在分析完了常见的几种去交错的方法与原理后，我们现在来看看FieldsKit Deinterlacer是如何应用和发展它们的。

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4、FieldsKit Deinterlacer去隔行原理
FieldsKit Deinterlacer在去隔行处理中，有一点比较灵活，就是打破了传统方法非此即彼的选择，允许你将多种方法嵌套使用，甚至在同一个画面中也可以依据不同关键帧采用不同去隔行方法。所以从某种角度说，它为客户提供太多解决方案，这或许反而会让你犯晕，所以有必要了解一下其基本工作原理，在此我把它大体归纳为四大模式。

（1）、内插模式
这里的含义不等同于上面所述的狭义内插补点方法，它的含义更广泛，其基本定理为

支配场 内插处理得到另一场 = 新的一帧

在这种模式下，你首先要给Deinterlacer指定优先场，不要指定错误，许多软件能自动识别视频文件的场序列。另外，在Deinterlacer插件中，当你选择Fill Method = Blend时，在Field Order下拉菜单选择不同场序，观察画面，若场序出错，画面会突然劣化，相信你不会选错。选择好优先场后，Deinterlacer将其作为支配场，同时抛弃另一场，然后你再指定Deinterlacer使用以下5种选择重建另一场，最后合并输出。

下面，我们在AE中来进行说明，先建立一个工程文件，导入需要处理的隔行视频，然后将它拖入一个合成器中，随后给该素材施加效果effect\re:vision plug_ins\fieldskit dinterlacer,如图所示

图8-对素材施加效果

然后打开效果控制器，如图

图9-Fieldskit Dinterlacer控制器

确认你的Source Layer，即选定处理片源的名称。

在Field Order栏，你要确认你的优先场序，一般说来许多视频软件都带有自动识别场序的功能，这里暂不论述,我使用的片源是DV_PAL格式，属于下场优先，故选Low First。

在Timing Mode 时间重建上选择 = 1 Frame Per Frame ， 这个选择让你将所有的优先场保留下来，然后抛弃另一场，然后运用5种方式来构建新的另一场。用“ = ”号象征构建后的新视频与原来的时间是等长的。

随后你就可以通过选择不同的Fill Method （填补策略）来选择不同的内插方法了。

图10-Fill Method下拉菜单选择不种内插方式

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共有5种内插方式，它们分别是：

1）.None，即不进行任何处理，实质就是使用原来的另一场信息，也就是所谓的奇偶场直接合并。

2）.Duplicate，即场复制方法，将复制保留场的行来构建新的另一场，最后再合并

3）.Blend,即内插补点方法。与其他常见的软件的处理方式是一致的，即混合保留行间相邻上下像素来构建新行像素，示意图如下。

图11-Blend方式构建新行像素示意图

4）. Best 3 Neighbors，即临近3像素取优，这就是对一般内插补点算法的发展，它把像素的选择范围扩大到上下相邻的各3个像素范围，然后经过比较后选择最佳Blend方案得到新行像素。

图12-Best 3 Neighbors方式构建新行像素示意图

5）. Best 5 Neighbors，即临近5像素取优，这又是对临近3像素取优算法的发展，它把像素的选择范围扩大到上下相邻的各5个像素范围，然后经过比较后选择最佳Blend方案得到新行像素。

图13-Best 5 Neighbors方式构建新行像素示意图

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在实际工作中，前两种方法一般都不会用，一般使用后面的3种，大多数情况下，使用Best 3 Neighbors（临近3像素取优）和Best 5 Neighbors（临近5像素取优）都能得好比blend模式好的多的效果，大家可以参照我的实验效果图（放大200%，局部显示）。

图14-None

图15-Duplicate

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图16-Blend

图17-Best 3 Neighbors

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图18-Best 5 Neighbors

从上面的图像我们可以看出，None方式因未做任何处理，有明显的梳状条纹现象；Duplicate方式减少梳状条纹，不过有锯齿现象；Blend，Best 3 Neighbors和Best 5 Neighbors方式有效去除梳状条纹，同时也去除锯齿，此画面三者比较，肉眼观看不易区别异同，不过如果把它们进行放大800%后观看，可以看见三者的显示的平滑度依次增加,感觉画面的清晰度增加（实质上都是仅用原来的50%画面信息）。

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（2）、场融合模式
现在我们来介绍第二大合并模式，即场融合模式，该模式将支配场和非支配场分别做内插模式（当然内插方法依然有上面5个选择）处理后，各取50%信息混合构建新帧，其定义为:
（支配场 内插处理得到另一场）* 50% （非支配场 内插处理得到另一场）* 50%=新帧

在Fieldskit Dinterlacer效果控制器的Timing Mode 时间重建上选择= Field Blending,1 Frame Per Frame 这样系统就是依据上面的法则进行去隔行处理。

图19-场融合模式选择示意图

这种方法最大的优点在于使用了原来100%的信息，也就是说同时对奇数场和偶数场都进行了取样，不过由于两场之间存在的时间位移问题没有解决，所以混合后的画面有模糊的现象，如果画面的运动过大，还会有重影现象，不过在体育节目的处理中，这种现象其实也是好的，它把运动过程充分保留下来。

我们还是来具体比较一下与上一种模式的区别。

图20-原始图像

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这个我们将要处理的画面是一个固定拍摄的镜头，仔细观看，画面中女人走过的时候其周围出现了明显的梳状条纹，而立交桥处因为静止则没有。

图21-原始图像运动部分出现梳状条纹示意图

图22-原始图像静止部分无梳状条纹示意图

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我们先使用第一种模式进行处理，为了得到比较好的质量，我们选用Best 5 Neighbors方式，处理效果如下：

图23-运动部分经过内插模式/Best 5 Neighbors处理效果

图24-静止部分经过内插模式/Best 5 Neighbors处理效果

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我们发现运动主体周围的梳状条纹消失，但是静止部分由于只用一半信息所以细节不够丰富。
我们再来看看场融合模式，我们依然选择Best 5 Neighbors填充方式，处理效果如下：

图25-运动部分经过场融合模式/Best 5 Neighbors处理效果

图26-静止部分经过场融合模式/Best 5 Neighbors处理效果

不难发现运动人体便得更加模糊了，但是静止部分的细节变得丰富起来。

那么有没有两全其美的方法呢，又要保留足够的静止部分细节，还要使运动的部分不模糊? 我们来看一种更加智能的算法。

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（3）、运动补偿模式
运动补偿模式，分别对优先场和后续场作内插模式计算，构建两中间帧，然后计算后一中间帧运动位移误差，通过校正后与前一中间帧进行融合输出。

在Fieldskit Dinterlacer效果控制器的timing mode 时间重建上选择= Motion Estimated Blend 这样系统就选定了运动补偿模式，直译为运动估算融合模式。

图27-运动补偿模式选择示意图

对比分析，下面第一幅画面是经过场融合模式处理的效果，我们依然选择Best 5 Neighbors填充方式得到。我们看到运动的主体人手和肩章都比较模糊。

图28-经场融合模式/Best 5 Neighbors处理画面

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我们再来看看使用运动补偿模式得到的画面。

图29-经运动补偿模式/Best 5 Neighbors处理画面

我们看到运动的主体人手和肩章都变得比较清晰了，静止部分的画面基本一模一样。

尽管运动补偿模式一般说来能带来比较清晰的效果，但是也会使画面轻微发软。尤其适用于带有斜向边缘的物体和含有大量波纹的画面的处理。还要注意的是这种模式过于依靠计算机机能，建议较长时间的镜头不宜采用此法。 还有含有剧烈运动的镜头，比如极限体育运动和足球比赛，尽量不要使用，这些画面中往往会因太多物体的交错运动而导致轨迹追踪错误，出现画面瑕疵。

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（4）、运动遮罩模式
 

在去隔行处理中，我们知道对画面中的不动部分做任何处理都是画蛇添足的，但是我们又不得不对画面中含有运动的部分做处理，这同时也影响了不动的部分。两者能否分别对待呢。运动遮罩模式就是为了有效解决这样的问题而设置的，它通过判断相邻帧内的画面运动差异来绘制运动遮罩，然后分别对运动遮罩内外的画面分类做处理。

显然这种模式是为处理固定拍摄的镜头而设计的，适用的信号就是画面中要有明确的运动主体和相对静止背景，我们还是举个例子来分析吧。

图30-带有运动主体的固定拍摄镜头画面示意图

图31-原始画面运动主体部分放大出现梳状条纹示意图

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类似于这样的画面，大背景是静止的，画面中人和车流是运动的，这样才可能对其绘制运动遮罩，把运动的物体和静止的背景分开了，对运动部分实施以上3种模式去隔行处理，而对背景部分不做任何处理，直接将原来的奇数行和偶数行扫描线合并起来即可。

对画面绘制运动遮罩非常容易，首先你对整个画面进行好Timing Mode和Fill Method的设定后，实质就是选定好前三大类的去隔行处理模式；然后将Detect Motion（运动探测）的No Motion Mask更改为2 Frames Compare或者 3 Frames Compare，这样就开启了运动遮罩合并模式。

图32-2种运动探测方式选择示意图

2 Frames Compare是将当前帧和后续帧进行比较来探测运动区域。

3 Frames Compare则是将当前帧和前后相邻的帧进行比较来探测运动区域。使用此种选择一般能探测到比2 Frames Compare 方式更大的运动区域。

图33-2 Frames Compare探测到的运动区域

图34-3 Frames Compare探测到的运动区域

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从运动区域的大小我们就能看到两种探测方式的不同，为了直观观察运动运动遮罩，你可以把View Motion Mask选项打“√”。

图35-运动遮罩显示开关菜单

随后，我们可以选择3种不同的运动遮罩的绘制方法。

图36-不同运动遮罩绘制方法选择菜单
第一种是Point Difference,指的是依据同一位置的象素的变化而判定，当变化量达到或超过阈值，那么就认定为运动区域。这种方法往往会把许多噪点也误计算为运动范围。第二种Small Area，为了克服视频噪点的干扰，把像素的变化的比较范围扩大到周围的一个小的区域进行，这大大减少了视频噪点带来的误差，但是往往也会把实际运动的区域缩小。第三种Large Area，使用比前一种更大范围像素区域来进行判断，基本上能剔除噪点干扰。

图37-Point Difference

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图38-Small Area

图39-Large Area

接下来我们来调整Motion Tolerance，即运动宽容度，通过调整这个值，我们要达到的要求就是尽量不要让静止部分被误判为运动，也尽量不要把运动部分误判为静止，所以要仔细调整，找到合适值，该值一定，其实也就订了上面提到的阈值。

图40-运动宽容度调整菜单

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接下来有一个叫Mask Suppress，即遮罩抑制，适当调整它的值，可以去除遮罩内因为视频噪波而被误计为运动的区域范围。

图41-遮罩抑制参数调整菜单

当你施加Mask Suppress（遮罩抑制）后，你会发现尽管去掉了一些非运动的区域，但是本来的运动区域的面积在缩小，这时候你就需要放大这些本来不该缩小的运动遮罩。Mask Grow , 遮罩增大就是为这种情况设置的。

图42-遮罩增大控制参数调整菜单

由于运动区域需要做去隔行处理，而非运动区域不做处理，所以这两个区域之间画面的过渡总是会有所突兀的，为了平滑这种过渡，你可以调整Mask Feather，即遮罩羽化值。

图43-遮罩羽化值参数调整菜单

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好了，我们在使用运动遮罩模式的时候，要综合调整以上参数，相信你会得到满意的结果，我们还是来看看我们的实验效果。

图44-经运动遮罩模式处理画面

图45-经运动遮罩模式处理运动部分画面放大示意图

我们仔细观察，发现运动主体人和车在采用了运动补偿模式后变得清晰了，而且画面中静止部分立交桥的细节保持不变，总体上，效果令人满意。

至此，我们已经把Revisionfx公司的Deinterlacer插件的基本功能和原理，使用方法介绍完毕，大家在实际操作中还需要针对不同片源以及节目类型等情况，选择适当的处理组合。在大多数情况下，用Deinterlacer都能有效进行去交错处理，构建相对完美的全帧画面。此外，还要提醒两点，一是Deinterlacer插件中的许多参数都是可以定义关键帧的，这就允许甚至是针对同一个镜头，我们也可以随时改变去隔行处理的方法；二是限于篇幅，Deinterlacer插件中还有许多参数未能一一列举，更多进阶设定，可以参考《FieldsKit Users' Manual》。