CN101483790A

CN101483790A - 电影模式视频信号检测方法

Info

Publication number: CN101483790A
Application number: CNA2008103064531A
Authority: CN
Inventors: 刘强; 陈涛
Original assignee: Sichuan Hongwei Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Hongwei Technology Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: CN101483790B

Abstract

本发明涉及到识别输入视频是3∶2下拉电影模式还是普通隔行扫描视频的方法。本发明针对现有技术存在的门限值固定，不能适应场差波动大的视频和只存在少量运动信息的视频信号的缺点，公开了一种电影模式视频信号检测方法。本发明检测电影模式的方法，是基于电影模式隔行信号的每七个连续输入场中都包含有一对复制场，理论上这对复制场是完全相同的，通过统计连续七场中最邻近同极性场的场差异度，得到一个5bits序列，将这个序列与电影模式的标准序列组比较，如果相同，则判断当前场为电影模式的视频场，否则判断当前场为非电影模式的场。本发明主要用于电视信号的去隔行处理领域。

Description

电影模式视频信号检测方法

技术领域

本发明涉及隔行视频扫描格式转换技术，具体涉及到识别输入视频是3:2下拉的电影模式还是普通隔行扫描视频的方法。

技术背景

由于受到传输带宽的限制，电视台发送的视频信号并不是一幅幅完整的图像，而是将一帧画面分成奇场和偶场先后传输的，而在用户终端，电视机也是一场一场地扫描，实现图像的显示。这种技术称为隔行扫描技术，虽然节省了传输带宽，但是损害了画面质量。随着电视技术的不断发展和观众对收看电视节目画面质量要求的不断提高，逐行扫描电视开始普及，但是目前广播电视台发送的电视信号仍然以隔行扫描信号为主，为了在逐行扫描电视机上播放隔行视频信号，去隔行技术被提出并成为了目前视频处理领域中的一个热点和难点问题。

目前被大多数国家采用的隔行扫描电视制式有60场/秒的NTSC(美国国家电视系统委员会)和50场/秒的PAL(逐行倒相)彩色电视制式。在现行电视系统中，隔行扫描视频信号中有相当一部分是由逐行视频源转换而来的，这些逐行视频源主要包括电影、广告和电脑制作的3D动画等。如果能从大量视频信号中区分出当前视频信号是由逐行视频转换来的还是本来就是隔行视频信号，然后对由逐行信号转换来的隔行信号采用weave(场间复制)方式去隔行能无损失地恢复原逐行视频。由电影胶片转换为隔行视频信号是这种情况的一个典型代表，所以通常将通过逐行视频源转换得到的隔行视频信号称为电影模式视频信号。正确区分视频信号是电影模式的还是非电影模式对提高去隔行效果显得十分重要。

电影是以24帧/秒记录在电影胶片上的模拟信号，广播电视台首先将这些电影胶片转换为逐行的视频源，然后通过隔行化和场重复的方式转换为60场/秒的NTSC制式或者50场/秒的PAL制式。在将电影源转换为NTSC制式电视时是采用一种叫3:2下拉的方式，如图1所示。其基本规律是以四个电影帧为周期，将第一个电影帧A分割拆分成第一个电视帧的奇场A1和偶场A2、以及复制第一个电视帧的奇场A1作为第二个电视帧的奇场，第二个电影帧B拆分成第二个电视帧的偶场B1以及第三个电视帧的奇场B2，第三个电影帧C拆分成第三个电视帧的偶场C1以及第四个电视帧的奇场C2，并复制C1作为第四个电视帧的偶场，第四个电影帧D拆分成第五个电视帧的奇场D1和偶场D2。如此每四个电影帧拆分成10个电视场，最后就将24帧/秒的逐行扫描电影源转换为了60场/秒的NTSC制式隔行扫描电视信号。

将电影信号转换为50场/秒PAL制式视频的方法叫2:2下拉，它是将每个电影帧拆分为一个电视帧的奇场和偶场，这相当于将24帧/秒的电影倍频为48场/秒的电视信号，当用PAL制播放时，电视播放速率比在电影院快1/24，但这不影响观看。

现有技术检测3:2下拉电影模式的方法是计算连续输入两场隔行信号的绝对差，然后统计得到一个场差，场差可以是所有像素点像素数据的绝对差之和也可以是像素数据的绝对差平均值等，再将这个场差与一个预先设定的门限比较，如果场差小于等于门限那么判定当前场为复制场并标记当前场为“0”，如果场差大于门限则判定当前场为非复制场并标记为“1”。连续检测几场可产生一个标记符号序列，将这个序列与电影模式的基本序列组进行匹配，如果匹配得上则说明当前场为3:2下拉电影模式的场，否则为非3:2下拉电影模式场。

现有技术没有深入分析3:2下拉电影模式的特点及可能出现的情况，主要存在下面几个问题：

1、仅利用相邻两个极性不同的视频场计算场差，这样的场差并不能体现3:2下拉模式中存在复制场这样的特点，所以这样的模式判断准确度不高；

2、使用固定门限值，限定了算法的使用范围，对场差波动大的视频不能做到随视频改变，容易造成误判；

3、特别是对于静态场景或只存在少量运动信息的视频中，处理不够细腻。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术存在的门限值固定，不能适应场差波动大的视频和只存在少量运动信息的视频信号的缺点，提供一种电影模式视频信号检测方法，可以克服现有技术的上述缺点。

本发明解决所述就是问题采用的技术方案是，电影模式视频信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、根据当前场像素数据的均方差σ得到门限值TH_L＝α*σ和Th_H＝β*σ；其中：α、β为设定值；

b、计算当前场与其最邻近的同极性场的相同坐标位置像素数据的绝对差SAD，统计SAD大于门限TH_L的像素数目counter_L和大于Th_H的像素数目counter_H；

c、根据counter_L和counter_H的加权计算得到当前场差异度counter_n；

d、比较当前场差异度counter_n与存储的连续五个场的场差异度，并判断counter_n是否为最小且小于运动门限Mov_Th，如果条件成立，就设置当前场的场标志为“0”，否则为“1”；

e、重复步骤b～d，计算连续七场中相邻同极性场的差异度，得到一个5bits序列，将这个序列与电影模式的标准序列组比较，如果有相同项，则判断当前场为电影模式的视频场，否则判断当前场为非电影模式的视频场。

具体的，所述均方差σ由下式得到：

σ = \sqrt{\frac{1}{M \times N - 1} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} {(F_{n} (i, j) - μ)}^{2}}

其中：F_n(i，j)代表当前场像素数据，i，j为像素的坐标；M和N分别是当前场图像的高和宽；

μ = \frac{1}{M \times N} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} F_{n} (i, j)

为当前场像素数据的均值。

具体的，所述绝对差SAD由下式得到：

SAD＝abs(F_n(i，j)-F_n-2(i，j))

其中：F_n(i，j)代表当前场像素数据，F_n-2(i，j)代表与当前场最邻近的同极性场的数据，i，j为像素的坐标。

具体的，所述当前场差异度counter_n＝a×counter_L+b×counter_H；其中a、b为加权系数，a+b＝1。

具体的，所述电影模式的标准序列组包括：

{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}。

进一步的，所述像素数据为图像的灰度。

或者，所述像素数据为色度空间的R、G、B值。

本发明的有益效果是，门限值随着视频图像内容不同而变化，实现了自适应，适应范围更广。能够准确区分3:2下拉电影模式隔行电视信号和普通隔行视频信号，特别是对连续静态图像的处理不影响后续输入信号模式的判断，并能够实现模式之间的快速切换。

附图说明

图1是3:2下拉电影模式视频信号产生过程原理图；

图2实施例的视频信号模式检测系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图即实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明检测电影模式的方法，是基于电影模式隔行信号的每七个连续输入场中都包含有一对复制场，理论上这对复制场是完全相同的，通过统计连续七场中最邻近同极性场的场差异度，得到一个5bits序列，将这个序列与电影模式的标准序列组比较，如果相同，则判断当前场为电影模式的视频场，否则判断当前场为非电影模式的视频场。

本发明的检测方法主要通过场统计模块、门限生成模块、场差异度生成模块、场标志生成模块、场标志序列生成模块、匹配判断模块实现判断输入视频场是否为3:2电影模式场，具体包括以下步骤：

将当前场输入到场统计模块，该模块统计输入视频场信号的均值μ和均方差σ，并将均方差σ输入到门限生成模块；

门限生成模块接收场统计模块输入的当前场均方差，并以TH_L＝α*σ和Th_H＝β*σ为计算场差异度的第一和第二门限；这里的α、β为设定值，由实际经验确定，与图像噪声有关，本领域技术人员能够理解，并容易得到。

场差异度生成模块接受当前场和其前面第一个同极性场的数据，计算两场数据对应像素点灰度值的绝对差。因为在电影模式电视信号中，连续7场中有两场为复制场，理论上是完全相同的，所以这两场对应像素点的绝对差应该为零，但是由于视频信号在存储和传输过程中可能受噪声影响，所以两个复制场数据不完全相同，它们对应像素点绝对差也不全为零。虽然存在噪声，视频图像中的纹理、细节还是占主要部分，所以由图像中物体运动引起的隔场同极性场(即最邻近同极性场)相同坐标像素点灰度绝对差要比因噪声引起的像素灰度绝对差大得多。以门限生成模块产生的两个基于视频图像均方差的门限TH_L＝α*σ和Th_H＝β*σ，可以用来判断相同坐标像素点差异是否是图像运动而产生的。因为图像的运动方向和大小不确定，所以可以认为因图像中物体的运动产生的对应像素点灰度绝对差的分布近似服从高斯分布。很明显的是如果进行比较的两场为电影模式场中的非复制场，那么对应像素点的绝对差分布广；而如果进行比较的两场是一对复制场，它们对应像素点的绝对差由噪声引起，所以绝对差的分布范围小。例如，非复制场均方差σ为60，其像素绝对差分布范围为[0，196]，而复制场的均方差σ一样为60但是它的分布范围仅为[0，20]。所以可以分别统计大于门限TH_L和Th_H的像素数目，然后由统计的两个值做一个加权就得到了当前场的场差异度。

场标志生成模块接收前一模块输出的场差异度，并用该差异度更新存储的连续5个场的场差异度，判断当前场的差异度是否为最小且小于一个运动门限Mov_Th，如果条件成立，就设置当前场的场标志为“0”，否则为“1”。

场标志序列生成模块接收前一模块输出的场标志，根据连续七场中相邻同极性场的差异度，得到一个5bits序列输出到匹配判断模块。

匹配判断模块将接收的场标志序列与电影模式的标准序列组进行比较，标准序列组包含5个基本序列，它们是：{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}。只要输入的场标志序列和5个基本序列中的任何一个相同，那么就认为当前场属于3:2下拉电影模式的场，否则为非3:2下拉电影模式的场。

实施例

如图2所示，本发明检测电影模式的系统包含场统计模块1、门限生成模块2、场差异度生成模块3、场标志生成模块4、场标志序列生成模块5和匹配判断模块6，该系统判断输入视频是否为电影模式的具体步骤为：

1、将当前场数据输入场统计模块1，统计当前场的均值和均方差μ和σ：

μ = \frac{1}{M \times N} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} F_{n} (i, j)

σ = \sqrt{\frac{1}{M \times N - 1} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} {(F_{n} (i, j) - μ)}^{2}}

μ = \frac{1}{M \times N} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} F_{n} (i, j)

为当前场像素数据的均值。

2、门限生成模块2根据场统计模块1计算的当前场图像的均方差σ产生两个门限：

TH_L＝α*σ；Th_H＝β*σ；α、β为设定值；

3、将第n场和第n—2场图像数据F_n(i，j)和F_n-2(i，j)输入到场差异度生成模块3，在这个模块中计算两场图像相同坐标像素的灰度的绝对差SAD：

SAD＝abs(F_n(i，j)-F_n-2(i，j))

其中：F_n(i，j)代表当前场像素数据，F_n-2(i，j)代表与当前场最邻近的同极性场的数据，i，j为像素的坐标。统计大于门限TH_L和Th_H的像素点个数counter_L和counter_H，由这两个数值加权计算场差异度counter_n：

counter_n＝a×counter_L+b×counter_H其中，a、b为加权系数，与图像内容及噪声大小有关，且a+b＝1。

4、在场标志生成模块4中设置一个存储连续七场中同极性场的场差异度counter_i的队列，接收场差异度模块3输出的当前场的差异度更新队列，具体操作为：去掉队列的第一个数据并将后面四个数据向前移动一位，把当前场的场差异度加入队尾。判断当前场的差异度是否为5个差异度中的最小的并且满足counter_n<Mov_Th，其中Mov_Th为场的运动门限，一般为整幅视频图像像素点个数的百分比。如果满足条件，则设置当前场的标志为“0”，否则为“1”。考虑到视频中可能出现静态图像，静态视频图像的场差异度小，其场标志容易被判定为“0”而使生成的场标志序列和电影模式的标准序列不同产生误判，所以对静态视频图像要做特殊处理：设置一个静态门限Still_Th，如果当前场的差异度小于静态门限那么根据前一场是否为电影模式的场来决定当前场的标志：如果前一场被判定为电影模式的场，那么当前场的标志根据前面场的标志生成。具体方法是如果前面四场标志全部为“1”，那么当前场标志就为“0”，否则为“1”，同时修正当前静态场的场差异度，如，可以将该场的场差异度修改为连续五个场差异度的中值，以免影响后续输入场差异度的判断，这样静态场就被默认为属于电影模式的场；如果前一场为非电影模式的场，那么当前场的标志被设置为“0”并且不改变它的场差异度。

5、在场标志序列生成模块5中设置一个5bits序列用于存储连续五场的场标志，当前场的标志产生后，将5bits序列中的第一个标志去掉并将后四个标志前移一位，最后将当前场标志加入到序列最后一位中，这样就构成了当前场对应的场标志序列；

6、在匹配判断模块6中，将场标志序列与电影模式标准序列组比较，标准序列组含有5个基本序列：{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}，只要场标志序列与5个基本序列中的任意一个相同就判断当前场符合电影模式的规律。统计当前场前连续被判为电影模式场的数量film_counter，如果film_counter>5那么判断当前场为电影模式的场，并输出结果指出当前场去隔行算法采用weave算法；如果条件不满足，输出结果指出当前场才用非场复制的去隔行算法，并且对film_counter加1。

上述实施例的描述虽然仅仅以灰度作为例子进行了说明，但可以看出本发明的技术方案，同样可以基于色度空间的R、G、B数据来实现。

Claims

【权利要求1】电影模式视频信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、根据当前场像素数据的均方差σ得到门限值TH_L＝α*σ和Th_H＝β*σ；其中：α、β为设定值；

b、计算当前场与其最邻近的同极性场的相同坐标位置像素数据的绝对差SAD，统计SAD大于门限TH__L的像素数目counter__L和大于TH__L的像素数目counter__H；

c、根据counter__L和counter__H的加权计算得到当前场差异度countern；

d、比较当前场差异度countern与存储的连续五个场的场差异度，并判断countern是否为最小且小于运动门限Mov__Th，如果条件成立，就设置当前场的场标志为“0”，否则为“1”；

e、重复步骤b～d，计算连续七场中相邻同极性场的差异度得到一个5bits序列，将这个序列与电影模式的标准序列组比较，如果有相同项，则判断当前场为电影模式的视频场，否则判断当前场为非电影模式的视频场。
【权利要求2】根据权利要求1所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述均方差σ由下式得到：

$σ = \sqrt{\frac{1}{M \times N - 1} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} {(F_{n} (i, j) - μ)}^{2}}$

其中：F_n(i，j)代表当前场像素数据，i，j为像素的坐标；M和N分别是当前场图像的高和宽； $μ = \frac{1}{M \times N} Σ_{i = 0}^{M - 1} Σ_{j = 0}^{N - 1} F_{n} (i, j)$ 为当前场像素数据的均值。
【权利要求3】根据权利要求1所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述绝对差SAD由下式得到：SAD＝abs(F_n(i，j)-F_n-2(i，j))

其中：F_n(i，j)代表当前场像素数据，F_n-2(i，j)代表与当前场最邻近的同极性场的数据，i，j为像素的坐标。
【权利要求4】根据权利要求1所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述当前场差异度counter_n＝a×counter_L+b×counter_H；其中，a、b为加权系数，a+b＝1。
【权利要求5】根据权利要求1所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述电影模式的标准序列组包括：

{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}。
【权利要求6】根据上述任意一项权利要求所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述像素数据为图像的灰度。
【权利要求7】根据上述任意一项权利要求所述的电影模式视频信号检测方法，其特征在于，所述像素数据为色度空间的R、G、B值。