生猛！看动画片神器来了！实时把画质变成4k高清，延时仅3毫秒，登上GitHub 趋势榜！

栗子发自凹非寺
量子位出品 | 公众号 QbitAI

看动画 (特别是里番) 的时候，总会觉得画质不够好，就算已经有1080p，还是会感到不够清晰。

所以，这个世界十分需要一套拯救分辨率的魔法。

如今，有个名叫Anime4K的开源算法，能在动画播放中，实时把画面变成4k，延时低至3毫秒。

能把720p/1080p变成2160p，也能把480p变成1080p。

团队说，这是当下最强 (State-of-the-Art) 的动画实时超分辨率方法，可以拿任何编程语言实现。

现在，项目已经在GitHub摘下3700多颗星，并一度登上了趋势榜。

那么，这个算法究竟是如何造福人类的？

只搞动画

团队在论文里感慨道：

传统超分辨率算法 (如Bicubic) ，结果不怎么好，因为它们根本不是为了动画而生的。
传统的去模糊 (Unblurring) 或锐化 (Sharpening) 方式，在靠近物体边缘的时候会发生过冲 (Overshoot) ，分散观众注意力，降低图像的感知质量 (Perceptual Quality) 。
而机器学习方法 (如waifu2x) 又太慢，完全不能实时 (<30毫秒) ，尤其是需要超高清的时候。

△ waifu2x

而Anime4K，只处理动画就够了，不考虑其他视频类型。这一点很重要。

动画没有真实视频那么多纹理 (Textures) ，基本都是用平直着色法 (Flat Shading) 处理的物体和线条。

只要画质变好一点点，观众也看得出。所以团队机智地想到，不用做整张的画质提升，专注于细化边缘就可以了，纹理之类的细节不重要。

具体怎样做，要从超分辨率的原理开始讲：

首先，一张图可以分为两部分：

一是低频分量，就是一张模糊的低分辨率图。
二是高频残差，代表两种分辨率之间的差别 (Difference) 。

输入一张低清图，把它变成一个更低清的版本，就能得出一个残差。

把残差变薄 (Thin) 、锐化 (Sharpen) ，再加到低清图上，就能得到一张高清图。

但残差稍稍有点错误，就会造成振铃和过冲，影响效果。这也是前辈的缺陷所在。

于是，团队找到了一种新方法：

首先把残差厚度最小化当做目标，这个没有问题。
但直接把随意变换(Arbitrarily Transformed)得到的残差，用到一张低清图上是不行的。低清图要做出相应改变，才能与残差和平相处，得出理想的超分辨率结果。
所以，当输入一张图和它的残差之后，“push”残差的像素，让残差线变细；
同时，每做一个push，都要在彩色的低清图上，执行一个相同的操作。

这样，既能把模糊最小化，也不会出现振铃和过冲，这两个降低画质的现象。