[1.导读]

“Sir，xx公寓发生一起命案，死者女性，二十五岁，身体表面多处伤痕，死亡时间为昨晚9点到11点”

“案发当时有没有目击证人？”

“没有。”

警察叔叔查看现场的时候发现案发区域有探头监控，于是说：“调出当时的监控录像。”

监控室内，警察叔叔在视频中发现了某可疑人物，不过距离很远，视频拍摄的很不清晰。

“放大视频，再放大”，终于找到了蛛丝马迹。

“嫌疑人，男性，约四十岁，身高约175-180厘米，模样暂时不清楚，但是左耳边有一道伤痕，我们的目标就是这个可疑人物，马上开工。”

法证专家也离不开视频放大技术的支持

笔者并不是在编侦探小说，这些场景是最近重温以前看过的《法证先锋》中中出现的。除了电视剧里的男女主角之外，笔者对其中的视频放大技术也很感兴趣，因为原始视频黑暗而且模糊，里面的法证人员如何能在多次放大之后做到清晰可辨？

由此联想到另一个相似的领域―医学探伤，有些伤者的伤口非常之小以至于在正常大小的X光谱图上找不到，需要医生不断放大图像才能定位伤口。这与刑侦上的要求一样，都是要保证放大后的图像清晰可辨，容易观察细节。

SR技术所能带来的效果（左为原始图像，右为处理后的图像）

实际上，这些视频增强技术都是基于Super-Resolution（SR，超级分辨率）技术，通过改进算法和修正图像中的错误来提高放大后的图像质量，这一技术在美剧《犯罪现场调查》（《Crime Scene Investigation》，简称CSI）中多次出现，很多情况下警方就是依靠这一技术才破获大案的，现在这一技术已经在刑侦领域得到普及，是警察破案的得力工具之一。

那么视频增强技术的背后到底有什么样的秘密呢？ 

[2.视频增强的秘密]

除了上文提到的侦探、医用等专业领域之外，视频倍线、视频增强技术在我们的日常生活中并不罕见，在前两年DVD开始普及之时就有不少厂商以DVD倍线技术作为卖点，宣称可以将DVD的标清视频变为高清视频。

倍线DVD号称可以实现高清输出

普通DVD的视频分辨率为720x480(NTSC制式)或720x576（PAL制式），要想提高到1280x720乃至1920x1080级别的高清视频，就需要对画面进行拉伸，并填充拉伸带来的像素空缺，DVD机实现倍线主要依靠机器内的专用解码电路，除了分辨率之外，还要对亮度、色彩饱和度、水平/垂直锐度等参数进行补偿，解码芯片的性能决定了不同DVD机倍线的结果，高端DVD机器效果会很明显，而低端DVD只能作为宣传的噱头，实际效果不大。

放大后的图像清晰度取决于CPU的性能与算法

同样的过程放到PC机上，负责进行视频处理的就变成了CPU，CPU通过软件插值对视频画面进行处理，分析前后数帧的画面，将其中的有效色彩信息提取出来补全到每一帧当中，提升影片的色彩表现、清晰度和对比度等，最终实现将低分辨率的视频输出为高清视频。原理都是一样的，但是采用什么精度的插值运算、具体的算法效率高低决定了PC资源的消耗以及最终的输出效果。

通过软件插值可以实现标清变高清

以往时候，只有高端的CPU才能胜任这样繁重的运算量，如今通过CUDA和Stream这两种GPU通用计算环境，软件可以将CPU负担的工作转移到GPU上来，由于GPU的浮点运算能力大大超过CPU，利用GPU加速不但可以大幅降低CPU占用率，理论上画质表现也会更佳。

现在支持CUDA和Stream加速的播放软件就是Arcsoft推出的TotalMedia Theatre，还有一款名为vReveal的画质增强软件也支持CUDA，不过它可以保存增强过的视频，并不属于播放器，下面先来看下TotalMedia Theatre这款软件。 

[3.视频倍线播放器―TotalMedia Theatre]

TotalMedia Theatre本身是Arcsoft公司推出的一款播放器，名气上虽然不如PowerDVD大，但是功能上并不弱于PD，同样支持硬件解码加速，而且官方还推出了一款SimHD插件，可以将DVD级别的画质提升到高清视频级别，最新的TotalMedia Theatre 3.0版仅支持CUDA加速，不过网络上泄露出一个2.1的内测版本，可以同时支持CUDA和Stream加速运算。

TotalMedia Theatre播放器

支持Stream通用计算

同样也支持CUDA通用计算

如果启用SimHD插件，软件还可以调节视频的输出分辨率，最大可以提升到1920x1080。

输出分辨率调节

三种对比模式

SimHD插件带有三种比较模式，第一是Normal，显示的是经过倍线处理的视频画面，第二是Splitting分离模式，左侧的画面不做增强，近对右侧画面做倍线处理。第三种则是comparing对比模式，左右两侧显示的是同一画面，左侧为原始画面，右侧为处理过的画面，这也是我们所选用的对比方式。

我们使用TotalMedia Theatre内测版本，分别在GTX 275和HD 4890上开启了CUDA和Stream加速，并做了截图对比。 

[4.CUDA加速效果]

由于开启SimHD插件之后，视频画面无法截图，一下所有画面都是实际拍摄的效果，与播放效果有差异，不过仔细观察的话，还是能看出增强与否的画质差异的。

CUDA加速截图1

CUDA加速截图2

CUDA加速截图3

CUDA加速截图4

CUDA加速截图5

从对比中可以看出，经过倍线处理的视频分辨率提高到1920x1080，影片中的细节表现有了提高，尤其是人的脸部，不论是胡茬还是小疙瘩，都比原始视频更为清晰。 

[5.Stream加速效果]

在A卡HD 4890上也一样开启了Stream加速，表现如下：

Stream加速截图1

Stream加速截图2

Stream加速截图3

Stream加速截图4

Stream加速截图5

开启Stream加速之后，画面表现也如同CUDA一样，不但能释放CPU资源，而且对比效果比较明显。

对于TotalMedia Theatre来说，它主要是一款视频播放器，虽然有SimHD插件，但是无法实现将倍线处理之后的视频保存到电脑中，而vReveal则能将处理过的视频保存至本地。 

[6.vReveal视频增强软件介绍]

vReveal是MotionDSP公司推出的一款民用级视频增强处理软件，号称使用了《CSI》（美剧《犯罪现场调查》）级别的超分辨率技术（Super-Resolution），不但可以提高视频分辨率，而且可以去掉视频中的噪点、色块等瑕疵，改善影片的画质。

vReveal可以提高低分辨率影片的画质

vReveal提高画质的技术原理跟前面提到的TotalMedia Theatre播放软件类似，也是利用CPU进行软件插值运算，可以分析连续多个视频帧来重建单一帧画面的细节，直至完整对整个视频的修复和增强。软件插值看起来简单，但是庞大的运算量仍然让低端CPU吃不消，好在vReveal软件已经支持CUDA技术，可以利用GPU强大的浮点运算能力提供加速功能，官方宣称可以提高5倍的速度。

vReveal支持CUDA加速

CUDA选项

开启CUDA也很简单，Tools工具栏下面勾选NVIDIA CUDA ON即可。

vReveal软件需要付费

vReveal暂时只能支持GeForce 9/GTX 200系列的显卡，官方说后续会加入GeForce 8系列支持，不过一直没有动静，而且软件也不是免费的，售价49.99美元，试用版有30天使用时间限制，不过到期之后软件仍然可以正常使用，只是不能保存处理过的影片了。

vReveal对模糊的视频效果更佳 

[7.vReveal的画质增强模式详解]

vReveal提供了六种画质增强模式，每一种画质增强模式都是针对视频中的某些缺陷而来的，如视频抖动、灰暗及噪点多等等。

六种增强画质的模式

以下是各种增强模式详解：

Clean模式

Clean：去除图像中的噪点和色块，使画面更干净。

2x分辨率

2x：可以将画面分辨率提高一倍。不过，此项增强模式有限制因素，原始分辨率必须低于288p，因为vReveal支持的是PAL制式的720*576分辨率，原始分辨率不高于288p下才能使分辨率提高一倍，这一点比较适合小分辨率的影片。

Sharp锐化模式

Sharp：对图像进行锐化处理，减少视频中模糊的地方。

Auto Contrast自动增强对比度

Auto Contrast：自动增强图像对比度，使得黑白对比更强烈。

Stability模式

Stability：对某些视频中的画面抖动进行处理，使得图像更稳定，尤其适合剧烈跑动中拍摄的视频。

Fill light填充光线模式

Fill light：针对因光线不足而造成的视频过黑过暗而自动填充光线，使得画面更清晰明亮。

One click模式

以上介绍的单独增强方式各有所长，分别针对视频中不同的缺陷进行增强，如果用户不是很清楚那种模式最佳，那可以选择one click fix进行一键增强，默认快捷键为ctrl+1。 

[8.测试平台及测试方法]

测试平台配置及测试项目

驱动下载地址：
NVIDIA 186.18 WHQL For Vista
http://drivers.mydrivers.com/drivers/273-109218-NVIDIA-GeForce6-GeForce7-GeForce8-GeForc/
Intel 芯片组驱动 9.1.1.1014 PV版
http://drivers.mydrivers.com/drivers/273-109319-Intel-Intel-Chipset-Device-Software-9.1./

原始视频是一部《狂野西部》续作所用的chrome 4引擎宣传片，原始分辨率过大，我们特意转换成一部720x480p的WMV视频，转换后容量为32.5MB。用vReveal软件对它进行一键增强处理，除了2x之外的5种增强全部包括在内，比较各显卡的转换时间以及转换时的资源占用情况。 

[9.转换时间测试结果]

各显卡及CPU增强处理所用的时间如下表所示：

视频增强所用时间

不开启CUDA支持的时候，i7 920处理整个增强过程也需要293秒的时间，由于软件不支持Stream加速，使用A卡的时候，最高端的HD 4890也无用武之地，所用时间与CPU进行处理是一样的。

如果打开CUDA选项，GTX 275只需要97秒即可完成处理过程，其余各显卡视性能不同所需时间也依次增多，不过时间上仍然要比i7 920要少。由此可以看出，在CUDA的支持下，vReveal进行视频增强处理可以大幅提速，显卡的流处理器越多，视频处理所需的时间也越短。

[10.CPU占用情况之一]

再来看下各显卡在进行视频增强时的资源占用情况。

单纯使用CPU增强时的CPU占用率

单纯使用CPU进行视频处理时，在i7 920这样的平台上，CPU占用率也居高不下，保持在80%以上。

GTX 275的CPU占用

开启CUDA支持后，使用GTX 275处理时CPU占用率就跌落至17%左右，极大释放了CPU资源。

GTX 260+的占用情况

使用GTX 260+处理的时候，CPU占用也基本如此，波动幅度在15-20%之间。 

[11.CPU占用情况之二]

在来看GeForce 9系列的显卡的资源占用情况

GTS 250的占用情况

CPU占用在19%左右。

9800GT时的占用情况

9600GT的占用情况

总体来看，不使用CUDA加速时，资源占用较多，CPU占用率保持在百分之八九十，而打开CUDA之后，CPU占用率即可降至20%以下，即使用户的显卡不够强力，视频处理速度上不如高端CPU，单是CPU占用率的降低就够吸引人了，因为CPU占用低了，用户还可以同时做别的事。 

[12.增强后的画质对比之一]

使用显卡进行处理的输出影片容量都为71.5MB，而是用CPU进行处理的输出影片大小为80MB，那么他们之间的画质有何区别呢？

原始视频画面截图

I7 920处理后的截图

GTX 275处理过的截图

GTX 260处理过的画质

可以看出，原始视频不论是在颜色还是细节上都有所不足，在经历vReveal软件的降噪、锐化和光线填充之后，画面的色彩饱满度有了提高，光线也更为明亮，树木的细节表现上升。横向对比之后，i7 920处理过的画质要比CUDA加速过的画质略好一些。 

[13.增强后的画质对比之二]

再对比一下GeForce 9系列显卡处理过的画质表现。

原始视频画面截图

GTS 250处理过的画质

9800GT处理过的画质表现

9600GT处理过的画质表现

由于显卡加速处理过的视频大小都是一样的，皆为71.5MB，所以各显卡之间的画质表现并没有多大区别，不过都比32.5MB的原始视频要好上许多，色彩和细节都有不同的增强，画质表现更上一层楼。 

[14.总结]

通过以上两款软件所展示的实际效果来看，无论是播放软件TotalMedia.Theatre还是视频处理软件vReveal，他们的视频增强技术确实能为视频画面带来明显改善，尤其是vReveal，特别适合分辨率低、画面模糊的小影片。如果用户手头有很早以前拍摄的视频，又或者因为拍摄环境较差没有拍好，你可以试着用vReveal进行增强处理一下，说不定会有意外的惊喜。

vReveal可以对视频进行画质增强

不过，要发挥vReveal的优势，用户还需要配置一台较强的机器。测试中使用是一小段视频，单纯使用CPU运算的话，连i7 920这样高端的处理器都需要近5分钟的时间，开启CUDA加速之后，显卡也最好不要低于GTS 250级别，不然也会需要较长的处理时间。对于A卡用户来说，由于软件不支持Stream加速，用户还无法享受到GPU加速，只有依靠CPU性能了。

TotalMedia Theatre作为另一种增强画质的方式与vReveal有所不同，它是一款播放器，通过自带的SimHD插件来进行画质增强的，只要播放影片即可享受到画质提升。开启CUDA进行GPU加速之后，更可以讲DVD的画质提升一个档次。当然这个软件的限制也比较多，至少要GeForce 9级别的显卡，支持的视频格式有限，最主要的是与vReveal一样售价不菲，国内的用户享受起来不那么容易。

从前一篇视频转码到这一篇的视频增强，我们谈论的都是GPU通用计算，代表技术就是CUDA和Stream，通过这两者构筑的编程环境，GPU强大的浮点运算能力在游戏之外也有了更多的用武之地，视频增强技术所采用的软件插值放大运算便是其中之一。

对于视频增强处理来说，软件插值并不是想象中的那么简单，不同精度不同级别的差值运算所需要的运算量也是呈指数级增长的，从vReveal的测试过程中也可以看到，i7 920这样强悍的CPU进行短短的视频处理也需要5分钟的时间，其中的复杂可见一斑，而利用GT200级别的显卡进行加速处理，不单CPU占用率大幅下降，处理时间也缩短至四分之一，效能不可同日而语，从支持软件的数量和实际效果来说，N卡的CUDA更有优势。

GPU通用计算已把触角伸向多个行业

视频处理仍然是GPU通用计算领域的一小部分，在行业领域，比如石油天然气勘探、产品设计、医学成像以及科学研究，GPU通用计算技术已经把触角伸向传统CPU的高性能计算领域，虽然CUDA/Stream尚属新事物，但是在厂商的强力推广下，GPU通用计算的未来值得期待。