專(zhuān)利名稱(chēng)：基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔行視頻掃描格式轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體涉及到識(shí)別輸入視頻是3: 2下拉的電影模 式還是普通隔行掃描視頻的方法。 技術(shù)背景
由于受到傳輸帶寬的限制，電視臺(tái)發(fā)送的視頻信號(hào)并不是一幅幅完整的圖像，而是將一 幀畫(huà)面分成奇場(chǎng)和偶場(chǎng)先后傳輸?shù)?，而在用?hù)終端，電視機(jī)也是一場(chǎng)一場(chǎng)地掃描，實(shí)現(xiàn)圖像 的顯示。這種技術(shù)稱(chēng)為隔行掃描技術(shù)，雖然節(jié)省了傳輸帶寬，但是損害了畫(huà)面質(zhì)量。隨著電 視技術(shù)的不斷發(fā)展和觀眾對(duì)收看電視節(jié)目畫(huà)面質(zhì)量要求的不斷提高，逐行掃描電視開(kāi)始普及 ，但是目前廣播電視臺(tái)發(fā)送的電視信號(hào)仍然以隔行掃描信號(hào)為主，為了在逐行掃描電視機(jī)上 播放隔行視頻信號(hào)，去隔行技術(shù)被提出并成為了目前視頻處理領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題
目前被大多數(shù)國(guó)家采用的隔行掃描電視制式有60場(chǎng)/秒的NTSC (美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員 會(huì))和50場(chǎng)/秒的PAL (逐行倒相)彩色電視制式。在現(xiàn)行電視系統(tǒng)中，隔行掃描視頻信號(hào)中有 相當(dāng)一部分是由逐行視頻源轉(zhuǎn)換而來(lái)的，這些逐行視頻源主要包括電影、廣告和電腦制作的 3D動(dòng)畫(huà)等。如果能從大量視頻信號(hào)中區(qū)分出當(dāng)前視頻信號(hào)是由逐行視頻轉(zhuǎn)換來(lái)的還是本來(lái)就 是隔行視頻信號(hào)，然后對(duì)由逐行信號(hào)轉(zhuǎn)換來(lái)的隔行信號(hào)采用weave (場(chǎng)間復(fù)制)方式去隔行 能無(wú)損失地恢復(fù)原逐行視頻。由電影膠片轉(zhuǎn)換為隔行視頻信號(hào)是這種情況的一個(gè)典型代表， 所以通常將通過(guò)逐行視頻源轉(zhuǎn)換得到的隔行視頻信號(hào)稱(chēng)為電影模式視頻信號(hào)。正確區(qū)分視頻 信號(hào)是電影模式的還是非電影模式對(duì)提高去隔行效果顯得十分重要。
電影是以24幀/秒記錄在電影膠片上的模擬信號(hào)，廣播電視臺(tái)首先將這些電影膠片轉(zhuǎn)換 為逐行的視頻源，然后通過(guò)隔行化和場(chǎng)重復(fù)的方式轉(zhuǎn)換為60場(chǎng)/秒的NTSC制式或者50場(chǎng)/秒的 PAL制式。在將電影源轉(zhuǎn)換為NTSC制式電視時(shí)是采用一種叫3:2下拉的方式，如圖1所示。其 基本規(guī)律是以四個(gè)電影幀為周期，將第一個(gè)電影幀A分割拆分成第一個(gè)電視幀的奇場(chǎng)A1和偶 場(chǎng)A2、以及復(fù)制第一個(gè)電視幀的奇場(chǎng)A1作為第二個(gè)電視幀的奇場(chǎng)，第二個(gè)電影幀B拆分成第 二個(gè)電視幀的偶場(chǎng)B1以及第三個(gè)電視幀的奇場(chǎng)B2，第三個(gè)電影幀C拆分成第三個(gè)電視幀的偶 場(chǎng)C1以及第四個(gè)電視幀的奇場(chǎng)C2，并復(fù)制C1作為第四個(gè)電視幀的偶場(chǎng)，第四個(gè)電影幀D拆分 成第五個(gè)電視幀的奇場(chǎng)D1和偶場(chǎng)D2。如此每四個(gè)電影幀拆分成10個(gè)電視場(chǎng)，最后就將24幀/
4秒的逐行掃描電影源轉(zhuǎn)換為了 60場(chǎng)/秒的NTSC制式隔行掃描電視信號(hào)。
將電影信號(hào)轉(zhuǎn)換為50場(chǎng)/秒PAL制式視頻的方法叫2:2下拉，它是將每個(gè)電影幀拆分為一 個(gè)電視幀的奇場(chǎng)和偶場(chǎng)，這相當(dāng)于將24幀/秒的電影倍頻為48場(chǎng)/秒的電視信號(hào)，當(dāng)用PAL制 播放時(shí)，電視播放速率比在電影院快1/24，但這不影響觀看。
傳統(tǒng)檢測(cè)3:2下拉電影模式的方法是計(jì)算連續(xù)輸入兩場(chǎng)隔行信號(hào)的絕對(duì)差，然后統(tǒng)計(jì)得 到一個(gè)場(chǎng)差，場(chǎng)差可以是所有像素點(diǎn)絕對(duì)差之和也可以是像素點(diǎn)的絕對(duì)差平均值等。再將這 個(gè)場(chǎng)差與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的門(mén)限比較，如果場(chǎng)差小于等于門(mén)限那么判定當(dāng)前場(chǎng)為復(fù)制場(chǎng)并標(biāo)記 當(dāng)前場(chǎng)為"0"，如果場(chǎng)差大于門(mén)限則判定當(dāng)前場(chǎng)為非復(fù)制場(chǎng)并標(biāo)記為"1"。連續(xù)檢測(cè)幾場(chǎng) 可產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)記符號(hào)序列，將這個(gè)序列與電影模式的基本序列組進(jìn)行匹配，如果匹配得上則 說(shuō)明當(dāng)前場(chǎng)為3: 2下拉電影模式的場(chǎng)，否則為非3: 2下拉電影模式場(chǎng)。
傳統(tǒng)方法沒(méi)有深入分析3: 2下拉電影的特點(diǎn)及可能出現(xiàn)的情況，主要存在下面幾個(gè)問(wèn)題
僅利用相鄰兩個(gè)極性不同的視頻場(chǎng)計(jì)算場(chǎng)差，這樣的場(chǎng)差并不能體現(xiàn)3:2下拉模式中存 在復(fù)制場(chǎng)這樣的特點(diǎn)，所以這樣的模式判斷準(zhǔn)確度不高；
算法使用固定門(mén)限值，限定了算法的使用范圍，對(duì)場(chǎng)差波動(dòng)大的視頻不能做到隨視頻改 變，容易造成誤判；
靜態(tài)場(chǎng)景或只存在少量運(yùn)動(dòng)的視頻中，傳統(tǒng)方法的處理不夠細(xì)膩；
如果視頻圖像受噪聲干擾，傳統(tǒng)方法不能正確檢出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種根據(jù)3:2下拉電 影模式特點(diǎn)，采用邊緣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行視頻模式識(shí)別的方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其 特征在于，包括以下步驟
a、 根據(jù)輸入圖像當(dāng)前場(chǎng)像素灰度的均方差o得到二值化門(mén)限T^ a * o和其中a為設(shè) 定值；
b、 用輸入圖像與其淡化處理后的圖像之差作為差值圖像；
c、 計(jì)算當(dāng)前場(chǎng)的差值圖像與其最鄰近的同極性場(chǎng)的差值圖像相同坐標(biāo)像素灰度的差值 ，統(tǒng)計(jì)差值為"1"的像素?cái)?shù)目，記為^;
d、 對(duì)連續(xù)7場(chǎng)中的5個(gè)同極性場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到WlN、如果^為最小且小于門(mén)限 TH則標(biāo)記當(dāng)前圖像的場(chǎng)標(biāo)記為"0"，否則為"1";e、將步驟d得到的5bit序列與電影模式的標(biāo)準(zhǔn)序列組比較，如果有相同項(xiàng)，則判斷當(dāng)前場(chǎng)為電影模式的視頻場(chǎng)，否則判斷當(dāng)前場(chǎng)為非電影模式的視頻場(chǎng)。具體的，所述o由下式得到:_
_丄.=0 ;.=0
其中^""J)代表當(dāng)前場(chǎng)像素灰度數(shù)據(jù)，i， j為像素的坐標(biāo)；M和N分別是當(dāng)前場(chǎng)圖像的高和寬；
JW X iV 3=D 為當(dāng)前場(chǎng)像素灰度的均值。
具體的，所述電影模式的標(biāo)準(zhǔn)序列組包括
{1，1，1，1，0};{1，1，1，0，1};{1，1，0，1，1};{1，0，1，1，1}; {0，1，1，1，1}。
進(jìn)一步的，在步驟a之前還包括步驟a0、濾除輸入圖像的噪聲。
具體的，所述步驟a0中，采用中值濾波器濾除輸入圖像的噪聲。進(jìn)一步的，步驟b所述淡化處理是對(duì)每個(gè)像素灰度取其鄰域內(nèi)的最小值。具體的，所述鄰域?yàn)橐源幚硐袼貫橹行牡? X 3鄰域。
本發(fā)明的有益效果是，基于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生邊緣位移這個(gè)思路進(jìn)行電影模式檢測(cè)的，能夠準(zhǔn)確區(qū)分視頻屬于3:2下拉電影模式還是普通隔行視頻；具有良好的抗噪聲干擾特性；能夠快速地實(shí)現(xiàn)電影模式與非電影模式之間的切換。


圖1是3:2下拉電影模式視頻信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程原理圖2實(shí)施例的視頻信號(hào)模式檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
因?yàn)?: 2下拉電影模式的視頻序列中每7個(gè)連續(xù)場(chǎng)中都包含有一對(duì)復(fù)制場(chǎng)，理論上這對(duì)復(fù)制場(chǎng)是完全相同的。但是現(xiàn)實(shí)中的視頻圖像都是含有噪聲的，所以復(fù)制場(chǎng)也不可能完全相同。通過(guò)分析復(fù)制場(chǎng)和非復(fù)制場(chǎng)的關(guān)系，我們知道復(fù)制場(chǎng)即使受噪聲影響其邊緣結(jié)構(gòu)仍然保持相同。但是非復(fù)制場(chǎng)由于不是同一時(shí)刻的圖像，所以存在時(shí)間差，它們?nèi)绻皇庆o態(tài)圖像那么因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)會(huì)讓它們的邊緣產(chǎn)生相對(duì)位移。本發(fā)明就是基于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生邊緣位移這個(gè)思路進(jìn)行電影模式檢測(cè)的。
6本發(fā)明的檢測(cè)方法主要通過(guò)中值濾波模塊、門(mén)限生成模塊、邊緣處理模塊、場(chǎng)差計(jì)算模 塊、場(chǎng)標(biāo)志序列生成模塊以及模式判斷模塊實(shí)現(xiàn)判斷輸入視頻場(chǎng)是否為3:2電影模式場(chǎng)，具 體包括以下步驟
1、 將每個(gè)輸入的視頻場(chǎng)進(jìn)行降噪處理，本發(fā)明中選用中值濾波去掉圖像中的部分噪聲 ，可以提高邊緣提取的準(zhǔn)確性；
2、 將當(dāng)前場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)輸入到門(mén)限生成模塊，該模塊統(tǒng)計(jì)輸入視頻場(chǎng)信號(hào)的均值y和均 方差o ，并利用均方差生成二值化門(mén)限111= a X o ; a為設(shè)定值；
3、 淡化輸入視頻圖像的亮邊緣對(duì)經(jīng)中值濾波后的視頻圖像，每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值 取該像素點(diǎn)所在的3X3子塊中的九個(gè)像素灰度的最小值，這樣就得到了淡化了亮邊緣的圖像 。然后再用去噪圖像減去淡化后的圖像得到了差值圖像，這個(gè)差值圖像具有如下特性在圖 像的平滑區(qū)域，由于淡化操作基本不改變像素灰度，所以這樣的區(qū)域的差值為零或很?。欢?原始圖像中的亮邊緣由于淡化使其灰度值變小，所以這個(gè)區(qū)域的差值很大。最后用差值圖像 與二值化門(mén)限Th比較進(jìn)行二值化，得到的圖像就是用于電影模式檢測(cè)的邊緣圖像(即差值圖 像)。
4、 輸入當(dāng)前場(chǎng)和最鄰近的同極性場(chǎng)的邊緣圖像，計(jì)算其對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的絕對(duì)差SAD ，=*化(。')-巧_2(~))
其中^X"jO代表當(dāng)前場(chǎng)像素灰度數(shù)據(jù)，《_2(;，力代表與當(dāng)前場(chǎng)最鄰近的同極性場(chǎng) 的灰度數(shù)據(jù)，i， j為像素的坐標(biāo)。
因?yàn)槭嵌祷瘓D像，所以絕對(duì)差只能是"1"或"0"，設(shè)置一個(gè)記數(shù)器統(tǒng)計(jì)整場(chǎng)中對(duì)應(yīng) 像素灰度絕對(duì)差為"1"的像素?cái)?shù)量^，這個(gè)數(shù)據(jù)^就代表了當(dāng)前場(chǎng)的場(chǎng)差。判斷當(dāng)前場(chǎng) 的場(chǎng)差是否為連續(xù)五個(gè)同極性場(chǎng)的場(chǎng)差中的最小值，并且其場(chǎng)差小于二值化門(mén)限Th，如果滿(mǎn) 足條件，那么設(shè)置當(dāng)前場(chǎng)的模式標(biāo)志為"0"，否則設(shè)置為"1"，這樣就得到了一個(gè)5bit序 列；
5、 將這個(gè)序列與標(biāo)準(zhǔn)3:2電影標(biāo)志序列匹配，如果兩個(gè)序列完全相同則說(shuō)明當(dāng)前場(chǎng)為 3:2下拉電影模式的場(chǎng)；如果匹配不上則說(shuō)明當(dāng)前場(chǎng)不是電影模式的場(chǎng)。
實(shí)施例
如圖2所示，本發(fā)明檢測(cè)電影模式的系統(tǒng)包含中值濾波模塊l、門(mén)限生成模塊2、邊緣處 理模塊3、場(chǎng)差計(jì)算模塊4、場(chǎng)標(biāo)志序列生成模塊5、模式判斷模塊6，該系統(tǒng)判斷輸入視頻是 否為電影模式的具體步驟為1、 在中值濾波模塊l中，對(duì)輸入的視頻圖像進(jìn)行中值濾波，目的是去除輸入視頻圖像中的噪聲，避免后續(xù)邊緣提取過(guò)程中產(chǎn)生非邊緣點(diǎn)；
2、 在門(mén)限生成模塊2中，計(jì)算輸入視頻圖像的均方差
_丄，.=0 ;.=0
根據(jù)均方差o得到二值化門(mén)限THi傘o ;其中A("^代表當(dāng)前場(chǎng)像素灰度數(shù)據(jù)，i，j為像素的坐標(biāo)；M和N分別是當(dāng)前場(chǎng)圖像的高和寬；
JWXiV 3=D —Q 為當(dāng)前場(chǎng)像素灰度的均值。a為非零的正值，屬于經(jīng)驗(yàn)值。
3、 在邊緣處理模塊3中，計(jì)算輸入的經(jīng)中值濾波后的視頻圖像的差分(即邊緣處理)。本例采用一種自適應(yīng)提取圖像亮邊緣的算法圖像像素點(diǎn)灰度值采用以其為中心的3X3鄰域中所有像素點(diǎn)的最小灰度值，這樣做相當(dāng)于腐蝕了圖像中的亮邊緣，然后用原始圖像(中值濾波后的圖像)減去腐蝕后的圖像，就可以得到二值化處理后的差值圖像。
4、 在場(chǎng)差計(jì)算模塊4中，輸入的兩個(gè)最鄰近的同極性場(chǎng)的圖像都是二值圖像，所以像素灰度絕對(duì)差只能為"0"或"1"，統(tǒng)計(jì)絕對(duì)差不為零的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，該像素點(diǎn)個(gè)數(shù)即為所求場(chǎng)差。
5、 場(chǎng)標(biāo)志序列生成模塊5連續(xù)存儲(chǔ)五個(gè)同極性場(chǎng)的場(chǎng)差，標(biāo)記其中最小值并小于Th的場(chǎng)的模式標(biāo)志為"0"，非最小值對(duì)應(yīng)的場(chǎng)的模式標(biāo)志為"1"，這樣就形成一個(gè)5bits序列，該序列就是要求的模式標(biāo)志序列。為了提高準(zhǔn)確性，a的選擇應(yīng)當(dāng)使Th小于復(fù)制場(chǎng)的場(chǎng)差。
6、 模式判斷模塊6比較模式標(biāo)志序列和標(biāo)準(zhǔn)電影模式標(biāo)志序列。電影模式標(biāo)準(zhǔn)序列由5個(gè)基本序列組成{1，1，1，1，0}、 {1，1，1，0，1}、 {1，1，0，1，1}、 {1，0，1，1，1}、 {0，1，1，1，1}。只要輸入的模式標(biāo)志序列與5個(gè)基本序列中任意一個(gè)相同，那么判定當(dāng)前場(chǎng)為電影模式的場(chǎng)。
本發(fā)明首先提取輸入視頻圖像的亮邊緣然后計(jì)算場(chǎng)差，對(duì)由復(fù)制場(chǎng)計(jì)算出的場(chǎng)差基本上都是0，而非復(fù)制場(chǎng)由于存在時(shí)間差和邊緣位移所以場(chǎng)差大，對(duì)不含噪聲和含不同水平噪聲的測(cè)試視頻進(jìn)行了檢測(cè)表明本發(fā)明方法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出3:2下拉電影模式視頻。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟a、根據(jù)輸入圖像當(dāng)前場(chǎng)像素灰度的均方差σ得到二值化門(mén)限TH＝α*σ和其中α為設(shè)定值；b、用輸入圖像與其淡化處理后的圖像之差作為差值圖像；c、計(jì)算當(dāng)前場(chǎng)的差值圖像與其最鄰近的同極性場(chǎng)的差值圖像相同坐標(biāo)像素灰度的絕對(duì)差，統(tǒng)計(jì)絕對(duì)差為“1”的像素?cái)?shù)目，記為Ni；d、對(duì)連續(xù)七場(chǎng)中的五個(gè)同極性場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到N1……N5；如果Ni為最小且小于門(mén)限TH則標(biāo)記當(dāng)前圖像的場(chǎng)標(biāo)記為“0”，否則為“1”；e、將步驟d得到的5bit序列與電影模式的標(biāo)準(zhǔn)序列組比較，如果有相同項(xiàng)，則判斷當(dāng)前場(chǎng)為電影模式的視頻場(chǎng)，否則判斷當(dāng)前場(chǎng)為非電影模式的視頻場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其特征在于，所述o由下式得到:_<formula>formula see original document page 2</formula>其中^X"jO代表當(dāng)前場(chǎng)像素灰度數(shù)據(jù)，i， j為像素的坐標(biāo)；M和N分別是當(dāng)前場(chǎng)圖像的高和寬；JW X iV 3=D 為當(dāng)前場(chǎng)像素灰度的均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其特征在于，所述電影模式的標(biāo)準(zhǔn)序列組包括{1，1，1，1，0};{1，1，1，0，1};{1，1，0，1，1};{1，0，1，1，1}; {0，1，1，1，1}。
4.根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法， 其特征在于，在步驟a之前還包括步驟 a0、濾除輸入圖像的噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其特征 在于，所述步驟a0中，采用中值濾波器濾除輸入圖像的噪聲。
6.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別 方法，其特征在于，步驟b所述淡化處理是對(duì)每個(gè)像素灰度取其鄰域內(nèi)的最小值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法，其特征 在于，所述鄰域?yàn)橐源幚硐袼貫橹行牡?X3鄰域。
全文摘要
本發(fā)明涉及識(shí)別輸入視頻是3:2下拉的電影模式還是普通隔行掃描視頻的方法。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)準(zhǔn)確率低的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種基于邊緣檢測(cè)的視頻模式識(shí)別方法。根據(jù)3:2下拉電影模式特點(diǎn)，采用邊緣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行視頻模式識(shí)別。本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生邊緣位移這個(gè)思路進(jìn)行電影模式檢測(cè)的，能夠準(zhǔn)確區(qū)分視頻屬于3:2下拉電影模式還是普通隔行視頻；具有良好的抗噪聲干擾特性；能夠快速地實(shí)現(xiàn)電影模式與非電影模式之間的切換。適用于去隔行技術(shù)的視頻模式識(shí)別領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04N7/01GK101483745SQ20081030644
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 濤 陳 申請(qǐng)人:四川虹微技術(shù)有限公司