CN101257635A - 一种基于人脸检测的视频压缩容错方法及编解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人脸检测的视频压缩容错方法及编解码方法：编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据向解码端发送，编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。本方法使图像数据具有较强的容错能力，在网络负载严重时也可以在解码端得到使用者能够接收的图像效果。
Description
技术领域
本发明涉及视频压缩技术领域，尤其涉及一种基于人脸检测的视频压缩容错方法及编解码方法。
背景技术
视频压缩编码技术使视频数据获得了极高的压缩效率，但压缩后的码流在传输过程中，尤其是无线信道上的传输中，仍然存在着一些棘手的问题，其中比较突出的是：一方面，这些压缩后的码流对信道比特误码非常敏感；另一方面，无线信道由于多径反射和衰落引入了大量的随机误码和突发误码，影响了码流的正常传输。尤其是当采用了变长编码(Variable LengthCoding，VLC)技术后，码流更加容易受到误码的影响，导致解码时遇到下一个同步码字之前无法对VLC码字进行正确的解码，使数据在解码端失去与编码端的同步；同时预测编码技术会将错误扩散到整个视频序列中，极大地降低重建图像的质量。因此，为了实现良好质量的视频传输，必须结合实际应用信道的传输特性，采取一定的容错措施。
容错算法主要可分为基于编码器的容错算法、基于解码器的容错算法和基于反馈信道的容错算法。其中：
(1)基于编码器的容错算法，是指通过在编码比特流中添加冗余信息。这些冗余信息被添加在信源或信道编码器中，降低编码的效率，增加实现的复杂度，以换取编码的容错性能，大致包括：分层编码、多描述编码、独立分段编码、再同步编码和前向纠错编码(Forward Error Correction，FEC)等。
(2)基于解码器的容错算法，是指利用被损坏的宏块与其相邻的宏块之间的相关性来完成恢复工作，包括错误检测和错误恢复。对于错误检测，一般采用针对语法的检错和嵌入数据的检错；对于错误恢复，可采用时域和空域的错误隐藏方法。
(3)基于反馈信道的容错算法，是指利用解码器获得误码信息，并通过反馈信道，传送给编码器进行误码处理的一种方式。主要包括：误码跟踪，有条件的ARQ(Automatic Repeat Request，自动请求重传)，帧内/帧间编码模式选择和参考图像选择模式等。
具有人脸检测功能的视频采集产品已经有很多实用产品，目前在IP(Internet Protocol，互联网协议)信道和无线信道中经常出现网络拥塞和错误丢包导致实时的视频传输的视觉效果较差的问题，为了实现可靠传输可通过错误重传的机制来实现的。这种机制虽然可以保证可靠的端到端通信，但是在网络负载严重的情况下会带来更糟的结果，所以需要一种视频压缩容错方法，使图像数据具有较强的容错能力，使视频数据在网络负载严重的情况下传输，也可以在解码端得到使用者能够接收的图像效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于人脸检测的视频压缩容错方法及编解码方法，使视频图像数据在网络负载严重的情况下传输也具有较强的容错能力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于人脸检测的视频压缩容错方法，包括：
编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据并向解码端发送，所述编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和所述人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；
所述解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的所述冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。
进一步地，编码端发送冗余数据的方式为以下情况中的一种：将每帧视频图像对应的冗余数据与每帧视频压缩数据一起发送；解码端判断视频压缩数据出现解码错误时，进一步判断所述冗余数据出现错误后，向编码端发送冗余数据重传请求，编码端收到所述冗余数据传送请求后，将下一帧视频图像对应的冗余数据与下一帧视频压缩数据一起发送。
进一步地，所述人脸区域对应的图像压缩数据指编码端对当前帧视频图像进行编码后得到的图像压缩数据中人脸区域对应的压缩数据。
进一步地，所述人脸区域对应的图像压缩数据指所述编码端根据对当前帧视频图像进行编码时的量化步长确定人脸区域量化步长后，采用所述人脸区域量化步长对人脸区域对应的图像数据进行编码得到的人脸区域压缩数据；
所述解码端采用人脸区域量化步长对所述人脸区域对应的图像压缩数据进行解码。
进一步地，所述人脸区域量化步长是对视频图像数据编码时采用的量化步长与加权系数的乘积，所述加权系数是系统设定的大于1的实数。
进一步地，所述解码端对收到的图像压缩数据解码正确后，进一步判断是否收到冗余数据，若收到，在解码后的图像数据中将冗余数据的人脸区域位置信息表示的人脸区域位置之外的数据保存为背景图像数据；若没收到，则将解码后的图像数据作为背景图像数据。
进一步地，所述解码端在以下情况之一时认为冗余数据出现错误：人脸区域量化步长超出系统设定的范围内；人脸区域位置信息中人脸区域的长度大于原视频图象的长度或人脸区域的宽度大于原视频图象的宽度；在解码过程中解码出的人脸区域图像数据出现不符合编解码方法的数据；在解码过程中解码出的人脸区域图像数据大小与人脸区域位置信息对应的数据大小不一致。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于人脸检测的视频编解码方法，包括以下步骤：
编码时，编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据并向解码端发送，所述编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和所述人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；
解码时，所述解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的所述冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。
进一步地，编码端发送冗余数据的方式为以下情况中的一种：将每帧视频图像对应的冗余数据与每帧视频压缩数据一起发送；解码端判断视频压缩数据出现解码错误时，进一步判断所述冗余数据出现错误后，向编码端发送冗余数据重传请求，编码端收到所还冗余数据传送请求后，将下一帧视频图像对应的冗余数据与下一帧视频压缩数据一起发送。
进一步地，所述人脸区域对应的图像压缩数据指所述编码端根据对当前帧视频图像进行编码时的量化步长确定人脸区域量化步长后，采用所述人脸区域量化步长对人脸区域对应的图像数据进行编码得到的人脸区域压缩数据；所述人脸区域量化步长是对视频图像编码时采用的量化步长与加权系数的乘积，所述加权系数是系统设定的大于1的实数；
所述解码端采用人脸区域量化步长对所述人脸区域对应的图像压缩数据进行解码。
采用本发明的方法，使图像数据具有较强的容错能力，视频数据在网络负载严重的情况下传输，也可以在解码端得到使用者能够接收的图像效果。
附图说明
图1是现有技术中视频压缩的流程示意图；
图2是本发明中视频压缩容错方法的流程示意图；
图3是本发明中视频压缩编码部分的流程图；
图4是本发明中视频压缩解码部分的流程图。
具体实施方式
如图1所示，视频压缩编码的过程包括，对原视频图像依次进行预测、变换、量化、编码处理后，得到编码后的码流数据。其中量化环节对压缩码流的大小起着重要作用，量化时变换输出的变换系数需除以量化步长，量化步长越大输出的量化后的系数就越小，视频图像压缩效率越高，压缩后的码流越小。
本发明的核心思想是：利用现有摄像装置中已实现的人脸检测功能，进行量化步长调整确定人脸区域量化步长后，采用人脸区域量化步长对图像中人脸区域的数据进行压缩后作为冗余信息和原图像压缩数据一同传输；解码时根据解码的图像构建背景信息，在发生解码错误时利用冗余信息和实时更新的背景信息进行解码错误恢复并显示，使视频压缩数据能够在恶劣的无线环境下传输，并在接收端得到质量较好的视频。本发明的方法主要针对实时视频会话在IP信道和无线信道传输中的错误修正，这种情况下图像中检测到的人脸具有更高的容错要求。
如图2所示，视频压缩容错方法包括：
步骤201，编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据并向解码端发送，编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；
步骤202，解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。
如图3所示，对于每帧图像数据，基于人脸检测的视频压缩容错方法的编码方法包括以下步骤：
步骤301，编码端对原始视频图像进行压缩编码，得到图像编码数据；
步骤302，编码端对原始视频图像进行人脸检测，判断是否检测到人脸，如果是，执行下一步；否则，转到步骤307；
步骤303，编码端根据检测到的人脸确定人脸区域和人脸区域位置信息；
编码端将包含人脸的矩形区域或沿人脸边缘包含人脸的不规则区域确定为人脸区域，并用人脸区域位置信息表示此人脸区域的位置。例如，人脸区域为矩形区域时，人脸区域位置信息为相应矩形的四个顶点坐标或者两个对角顶点的坐标。
步骤304，编码端根据量化步长确定人脸区域量化步长；
编码端根据原始视频图像进行压缩编码时所用的量化步长Q进行调整得到人脸区域量化步长Q’，调整时通常将原量化步长Q放大，例如将原量化步长乘以一个加权系数，上述加权系数是系统设定的大于1的实数；其中，加权系数的值由系统设定或者根据图像质量通过算法得到。
步骤305，编码端采用人脸区域量化步长对人脸区域的图像数据进行编码，将得到的人脸区域编码数据连同人脸区域量化步长Q’和人脸区域位置信息构成冗余数据；
用人脸区域量化步长Q’作为量化参数对人脸区域数据进行压缩，比用量化步长Q作为量化参数对人脸区域数据进行压缩得到的压缩效率更高，压缩后的码流数据更小，所以冗余数据远小于图像的压缩数据，在进行传输时的可靠性较高。
步骤306，编码端将图像编码数据和冗余数据作为一帧视频压缩数据发送，流程结束。
步骤307，编码端将图像编码数据作为一帧视频压缩数据发送；流程结束。
如图4所示，对于每帧图像数据，基于人脸检测的视频压缩容错方法的解码方法包括以下步骤：
步骤401，解码端对接收到的视频压缩数据进行解码；
步骤402，判断是否出现图像数据解码错误，如果是，执行步骤407，否则，执行步骤403；
步骤403，判断当前帧压缩数据中是否包含冗余数据，如果是，进行下一步，否则，转到步骤405；
步骤404，解码端根据冗余数据中包含的人脸区域量化步长，对人脸区域数据进行解码，并进行背景更新，转到步骤406；
解码端根据冗余数据中的人脸区域量化步长，对冗余数据中的人脸区域的压缩数据进行解码，得到人脸区域的图像数据。
将解码后图像中人脸区域位置信息表示的人脸区域位置之外的数据信息对应保存为背景信息，背景信息中人脸区域处对应的数据设置为相同数值的数据。解码端在对图像压缩数据解码的过程中对背景信息进行实时更新。上述步骤中，解码端还可以参考当前帧之前的多帧解码图像数据进行背景更新，当人脸移动幅度较大时，可通过多帧的更新获得完整的背景图像信息；若人脸移动幅度比较小，则背景中人脸区域中没有图像数据，然而此部分更容易在图像恢复时被新的人脸遮挡，参考当前帧之前的多帧解码图像数据进行背景更新的方法需要在解码端保存多帧先前图像数据，且背景更新的运算量较大。
步骤405，把此帧图像数据做为背景数据；
步骤406，显示解码后的图像数据，流程结束；
步骤407，判断冗余数据是否出现错误，如果是，执行下一步；否则，转到步骤409；
冗余数据包含三部分：人脸区域量化步长Q’、人脸区域位置信息(人脸区域通常是矩形)和人脸区域编码数据。当出现以下情况之一时，认为冗余数据出现错误：
(1)人脸区域量化步长不在系统设定的范围内；
(2)人脸区域位置信息中人脸区域的长度大于原视频图象的长度或人脸区域的宽度大于原视频图象的宽度；
(3)在解码过程中解码出的人脸区域图像数据出现不符合编解码方法的数据；
(4)在解码过程中解码出的人脸区域图像数据大小与人脸区域位置信息对应的数据大小不一致。
步骤408，向编码端发送冗余数据重传消息；流程结束；
步骤409，解码端对解码图像进行错误恢复；
解码端将冗余数据中人脸区域数据进行解码后得到人脸区域的图像数据，并根据冗余数据中人脸区域位置信息将此人脸区域的图像数据和已保存的背景信息进行相应叠加，做为错误恢复后的当前帧图像数据。
步骤410，显示错误码恢复后的图像数据；流程结束。
在其它实施例中，解码端检测到图像数据解码错误时，向编码端发送冗余数据传送请求，编码端收到所述冗余数据传送请求后，将冗余数据与下一帧视频压缩数据一起发送，解码端收到冗余数据后进行图像恢复，这样可不必如上述方法中在每帧数据传输中都要传输冗余数据，减少数据传输量。
上述方法还可以作为一种视频编解码方法，与上述方法同理，此处不再赘述。
本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种基于人脸检测的视频压缩容错方法，其特征在于，包括：
编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据并向解码端发送，所述编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和所述人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；
所述解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的所述冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，
编码端发送冗余数据的方式为以下情况中的一种：将每帧视频图像对应的冗余数据与每帧视频压缩数据一起发送；解码端判断视频压缩数据出现解码错误时，进一步判断所述冗余数据出现错误后，向编码端发送冗余数据重传请求，编码端收到所述冗余数据传送请求后，将下一帧视频图像对应的冗余数据与下一帧视频压缩数据一起发送。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述人脸区域对应的图像压缩数据指编码端对当前帧视频图像进行编码后得到的图像压缩数据中人脸区域对应的压缩数据。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述人脸区域对应的图像压缩数据指所述编码端根据对当前帧视频图像进行编码时的量化步长确定人脸区域量化步长后，采用所述人脸区域量化步长对人脸区域对应的图像数据进行编码得到的人脸区域压缩数据；
所述解码端采用人脸区域量化步长对所述人脸区域对应的图像压缩数据进行解码。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述人脸区域量化步长是对视频图像数据编码时采用的量化步长与加权系数的乘积，所述加权系数是系统设定的大于1的实数。
6、如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，
所述解码端对收到的图像压缩数据解码正确后，进一步判断是否收到冗余数据，若收到，在解码后的图像数据中将冗余数据的人脸区域位置信息表示的人脸区域位置之外的数据保存为背景图像数据；若没收到，则将解码后的图像数据作为背景图像数据。
7、如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述解码端在以下情况之一时认为冗余数据出现错误：人脸区域量化步长超出系统设定的范围内；人脸区域位置信息中人脸区域的长度大于原视频图象的长度或人脸区域的宽度大于原视频图象的宽度；在解码过程中解码出的人脸区域图像数据出现不符合编解码方法的数据；在解码过程中解码出的人脸区域图像数据大小与人脸区域位置信息对应的数据大小不一致。
8、一种基于人脸检测的视频编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
编码时，编码端对视频图像数据进行编码后得到图像压缩数据并向解码端发送，所述编码端对视频图像进行人脸检测，确定人脸区域和人脸区域位置信息，将人脸区域对应的图像压缩数据和所述人脸区域位置信息作为冗余数据向解码端发送；
解码时，所述解码端对收到的图像压缩数据进行解码，正常解码时，根据解码后的图像数据确定背景图像数据；解码错误且冗余数据正确时，将收到的所述冗余数据中人脸区域对应的图像压缩数据解码后得到的人脸区域图像数据与保存的背景图像数据对应叠加后作为解码后的视频图像数据。
9、如权利要求8所述的视频编解码方法，其特征在于，
编码端发送冗余数据的方式为以下情况中的一种：将每帧视频图像对应的冗余数据与每帧视频压缩数据一起发送；解码端判断视频压缩数据出现解码错误时，进一步判断所述冗余数据出现错误后，向编码端发送冗余数据重传请求，编码端收到所述冗余数据传送请求后，将下一帧视频图像对应的冗余数据与下一帧视频压缩数据一起发送。
10、如权利要求9所述的视频编解码方法，其特征在于，
所述人脸区域对应的图像压缩数据指所述编码端根据对当前帧视频图像进行编码时的量化步长确定人脸区域量化步长后，采用所述人脸区域量化步长对人脸区域对应的图像数据进行编码得到的人脸区域压缩数据；所述人脸区域量化步长是对视频图像编码时采用的量化步长与加权系数的乘积，所述加权系数是系统设定的大于1的实数；
所述解码端采用人脸区域量化步长对所述人脸区域对应的图像压缩数据进行解码。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080903 |