CN102291533B

CN102291533B - 视频采集方法

Info

Publication number: CN102291533B
Application number: CN201110169273.5A
Authority: CN
Inventors: 李泉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: CN102291533A

Abstract

本发明公开了一种视频采集方法，以视频采集设备捕获画面的中心为原点，依次向外逐渐降低分辨率将捕获画面划分为多级捕获区域，进而依次读取原点和以原点为中心的逐渐向外的环状扫描线上的数据，其中环状扫描线定义为层。依据本发明在无损人眼观察的情况下，能够有效地减少数据处理环节和传输环节的负担。

Description

视频采集方法

技术领域

本发明涉及一种视频采集方法。

背景技术

视频采集（Video Capture）主要作用是把模拟视频转换成数字视频，并按数字视频文件的格式保存下来。所谓视频采集就是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号，通过专用的模拟、数字转换设备，转换为二进制数字信息的过程。数字采集设备，如电脑摄像头，由于受到摄像头与电脑之间的信息传输速度和能力的制约，往往无法同时保证获得令人满意的清晰度和刷新速度。如果用户要得到较高的分辨率，往往要忍受较低的帧率，使得显示画面看起来很“卡”；而如果追求流畅的画面，则往往要接受比较低劣的画面质量。随着数字处理技术的不断提高，各种提高分辨率和帧率的方法和装置不断被提出并得到应用，同时电脑本身处理数据能力的提高，使得这方面问题得到了一定程度的改善，但总的来说，提高分辨率和刷新速度是一对矛盾，用户往往不得不重点选择其中之一而在另一方面有所舍弃。

数字成像的摄像机，是一种把景物光像转化为电信号的装置，其结构可以大致分为以下几部分：光学系统（主要指镜头）、光电转换系统（主要指摄像管及摄像器件）、电路系统（主要指视频处理电路），其中电路系统即视频处理电路是用来处理视频数据的软件处理通道。公知的图像处理方法中，每一幅画面各个部分的分辨率都是一致的，即在一幅画面上各个位置都拥有同样的分辨率，而视频处理电路、数据传输通道和电脑处理系统要为图像各点处一致的分辨率付出均等的代价。

对于人来说，眼睛是获取外部信息的主要窗口，“看”的目的在于获得人需要的信息，而非想得到可以获得的所有信息。由于人的大脑处理能力的有限性，人脑在同一时刻只能通过“注意机制”集中获取某一局部区域的有限信息，而其他区域的信息由于不被“注意”，其接受能力是十分有限的。

根据格式塔心理学，人眼在观察处理景物时具有相近性、封闭性、相似性和连续性。其中连续性是指：我们在看事物时倾向于把事物看成在空间、时间域中是整体性的和延续的，对于获得信息中缺失的部分，如果人脑认为是已经了解了的，就会用大脑中已有的信息来自动填充缺失信息。

摄像头在实际应用中，多用于视频聊天、视频会议、远程监控等。在很多应用场合中，人们并不需要视频中传输来的影像中的全部信息，而只需要了解其中感兴趣的部分，如人脸表情的变化，而对于背景中的信息则不去注意。

在这种情况下，现有的视频信息处理方式以完全一致的分辨率处理整个视频画面，对于视频处理和信息传输来说，都是一种不必要的负担。

根据对人眼分辨力及水平和垂直方向视角的研究，人眼的视角是有限的，并且因人而异。一般而言，映在人眼视网膜上的图像，只有中心部分能分辨清楚，这叫分辨视域，约15度。从十几度到30度之间则称为有效视域，观众能立刻看清物体的存在和有什么动作，还不到需要转动头部才能辨别清楚的程度，但分辨能力已经下降了。超过水平方向视野角30度的周边部分称为诱导视野，俗称眼睛的余光，只能感觉到物体的存在或有动作出现，并不能看清楚是什么物体或什么动作。当人们感觉到有动体或变化的时候，就会把眼珠或头颈转过去，让动体落入视角正中以便分清何物。由此可以看出，只有处于中心部分图像的信息才会被人眼精确获取，稍外围有效视域关注度则会降低，而眼睛的余光部分则只需要得到物体存在和变化的信息，对细节并不关注。

由于人眼的这种特点，在以上应用场合中，使用者都会有意识的在调试摄像头时让最需要关注的事物如人脸等位于镜头正中，此时完全没有必要让整幅画面都使用完全一样的高分辨率，现有的图像采集方法对数据的处理和传输有比较大的负面影响。

发明内容

因此，本发明为了克服现有图像采集方法影响数据处理与数据处理速度的缺陷，提供了一种在无损人眼观察的情况下，提供一种能够减少数据处理环节和传输环节负担的视频采集方法。

本发明采用以下技术方案：

该发明视频采集方法，以视频采集设备捕获画面的中心为原点，依次向外逐渐降低分辨率将捕获画面划分为多级捕获区域，进而依次读取原点和以原点为中心的逐渐向外的环状扫描线上的数据，其中环状扫描线定义为层。

依据本发明的上述方法，等于是在摄像头系统与视频编码器之间进行前置处理，更具体的讲本方案不是摄像头系统采集架构的改变，而是数据读取方式的改变。现有的扫描方式是行列扫描，比如以分辨率为1024×768的屏幕来说，即每一条水平线上包含有1024个像素点，共有768条线，即扫描列数为1024行，行数为768列，难以做到变分辨率扫描。依据本发明，以环状扫描线读取数据，划分多级捕获区域，采用中心区域分辨率高，越往外分辨率越低的方式，可以大幅降低数据读取量；因此，使用户在得到注意区域高分辨率的同时，通过降低其他区域的分辨率，减少整个画面的数据量，从而减少了数据处理环节和传输环节的负担，在单位时间内传输数据量相同的前提下，达到提高帧率、提高画面连续性的目的；或者在对画面连续性没有过高要求的前提下，提高注意区域的分辨率，得到足够的信息量。

上述视频采集方法，所述多级捕获区域中的中心区域的层数的修改权限开放给用户。

上述视频采集方法，所述层为正方形。

上述视频采集方法，所述多级捕获区域中的级数为两级，第一级为中心区域，第二级为外围区域，其中中心区域设定为所属各层分辨率相等，而外围区域的所属各层分辨率依次等幅降低。

上述视频采集方法，所述外围区域所属各层与中心区域最外层从内到外分辨率依次降低。

上述视频采集方法，定义以所述原点为原点的直角坐标系，所述正方形的边相应平行于坐标轴，象素点在相应层上的位置称为位，所述等幅降低采用确定外围所属各层位数相等的方式。

上述视频采集方法取中心区域最外层的位数m，外围区域任意一层的位数计为n，每层按照逆时针或者顺时针的位顺次计为位次，则读取该层位次的方法是首先依据公式rand(0,1)取m个随机数，然后乘n，进而取整，得到的数字作为当前层读取位次。

上述视频采集方法，还包括在取得当前层读取位次后的缺失校验步骤，该步骤为首先确定实际获得位次的总个数，除以m，若小于等于95%；则进行位次补偿。

上述视频采集方法，所述位次补偿为确定当前层读取位次的步骤后在该层所缺失的位次中再进行位次的随机确定。

上述视频采集方法，还包括在依次读取原点和以原点为中心的逐级向外的环状扫描线上的数据步骤后的格式转换步骤，该步骤为把环状扫描线的数据格式转换成行列扫描线数据格式。

附图说明

图1为人眼分辨力及视角示意图，图中d为注意区域高度，D为图像高度，φ表示视角，而θ表示注意角度。

图2为依据本发明的一种视频采集方法流程。

图3为中心区域与外围区域结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的说明，一种视频采集方法，以视频采集设备捕获画面的中心为原点，依次向外逐渐降低分辨率将捕获画面划分为多级捕获区域，进而依次读取原点和以原点为中心的逐渐向外的环状扫描线上的数据，其中环状扫描线定义为层。如附图1所示，环状可以为矩形环，也可以为圆环，之所以用环不用线，主要是象素点有一定的宽度。

关于多级，即把统一、连续的整体画面分割为多个画面按照不同方式读取数据，是清楚的。

根据预设分辨率，重置视频采集的坐标系。采集视频画面时，不再按照行、列的次序依次读取摄像头传感器信息，而是取预设分辨率下的几何中心为坐标原点设置直角坐标系，从坐标原点开始，呈环形依次向外读取数据，构造直角坐标系比较容易与现有的行列扫描方式进行格式转换，当然，格式转换并非必需步骤，环状存成一种格式，再通过逆转换转换过来也可以。

较佳的选择是所述多级捕获区域中的中心区域的层数的修改权限开放给用户，用户可以根据需要设置中心区域的层数或者说大小以及分辨率。

而为了更便于坐标转换，所述层为正方形，正方形是矩形的特殊形式，虽然屏幕也好，视频部获取区域也罢，多是长宽不等的矩形，在这种情况下，在遍历画面时，利用正方形的层就会出现可能有一部分空白区域，空白区域无象素，不需要读取。

接前述内容，重置视频采集的坐标系时，取预设分辨率的几何中心为坐标原点，即：

x₀=B/2

y₀=H/2

（B为视频画面宽度值，H为视频画面高度值）

围绕原点依次向外围展开的封闭像素点（当然，可能依据具体的画面或者图像会有部分正方形不连续，但不影响数据读取的表达）构成的每一个正方形连续线称为“层”C，像素点在每层上的位置称为“位”W,整幅图像上每一个像素点（x,y）均可用层位C_iW_j表示，下标“i”、“j”分别代表层数和位数；

任一像素点所在层数C=︱Max(x,y)︱；

按照由内到外的顺序将画面设置层数C，原点为C₀,第一层为C₁，第二层为C₂……，依次设置为C_i；

设定每一层与X轴右方交点位置像素点为该层起点，定义为W₁，按逆时针方向旋转依次设置为W_j；

所述多级捕获区域中的级数必然至少为两级，那么级数越多必然计算越复杂，通过验证，两级时只要通过合理配置中心区域层数m就能够满足后续处理的低存储量要求，为两级时第一级为中心区域，第二级为外围区域，其中中心区域设定为所属各层分辨率相等，而外围区域的所属各层分辨率依次等幅降低，通过这种配置方式，除满足前面的基本要求之外，还可以通过外围区域的分辨率设置为从内层到外层逐次降低，分辨率的平稳过渡，使人的视觉在主观上减少突兀感。

进一步地则是所述外围区域所属各层与中心区域最外层从内到外分辨率依次降低，以做到中心区域和外围区域的平滑过渡。

依前述内容，多级捕获区域一定程度上也可以认为是外围区域概念的外延，当然，级数多了，更外层的可以不做平滑处理，以减小计算量。

如前所述，定义以所述原点为原点的直角坐标系，所述正方形的边相应平行于坐标轴，象素点在相应层上的位置称为位，所述等幅降低采用读取外围所属各层位数相等的方式。据此可以大幅降低计算量，提高处理环节的速度。一个示例，设中心区域最外层层数为C_m，该层像素总位数为W_m。则外围区域第一层为C_m+1，该层总位数为W_m+4。外围区域任意一层层数为C_n，该层总位数为W_n，总位数为W_n-1+4。

设定外围区域任意一层读取数据位数总数均等于中心区域最外层总位数W_m。由于每一层总位数均比上一层多4个，所以每层不读取的数据位数均比上一层多4个，从而在事实上降低了每层的分辨率。

进而，为了使不读取的数据分散化以免产生大块的数据空白区域，也就是使不读取的位尽可能的不相邻，在读取数据选择上使用随机函数进行处理，方法如下：

取中心区域最外层的位数m，外围区域任意一层（记为当前层）的位数计为n，每层按照逆时针或者顺时针的位顺次计为位次，则读取该层数据的方法是首先依据公式rand(0,1)取m个随机数，然后乘n，进而取整，得到的数字作为当前层读取位次，依据所获得位次依次读取当前层相应位上的数据。上述内容可以采用一个整体的公式就是j=[n*rand（0,1）]。

采用上述公式，不可避免的会出现取整之后部分位次相同的情形，使得所获得位数少于m个，造成位次缺失比例失调，但由于本方法本身目的即为降低外围区域分辨率，所以，只要缺失比例不大，即不用特别处理。不过一旦缺失部分比例过大，比如丢失超过5%，需要进行处理。更准确的，依据上述方案还包括在取得当前层读取位次后的位次缺失校验步骤，该步骤为首先确定实际获得位次的总个数，除以m，若小于等于95%（0.95m），则进行位次补偿。

所述位次补偿为确定当前层读取位次的步骤后在该层所缺失的位次中再进行位次的随机确定。对与外围的层，因总位次数目比较多，因重复丢失的位次的比例相对较小，简单的重新确定位次也未尝不可；但对于内层的层，因总位次数目相对较少，因重复丢失位次的比例较高，因此，采用补偿是必要的。

位次确定可以作为视频设备初始化的内容，不涉及每次读取数据都需要初始化。

如前所述，为了保证通用性，依据前述方案还包括在依次读取原点和以原点为中心的逐级向外的环状扫描线上的数据步骤后的格式转换步骤，该步骤为把环状扫描线的数据格式转换成行列扫描线数据格式。这种转换在采用前面所说的正方形扫描线的情况下变得非常简便，当然，所有的转换方式都是简单的位置映射，正交的边对应行列扫描的行列，转换算法本领域的技术人员据此容易获得。

格式转换过程会在一定程度上增加摄像头DSP运算量，但由于该转换只是简单的位置映射，故而运算量不大；转换之后的数据量也不会变化。

值得指出的是，该转换过程并不是必须的。只要接收端的软件设置得可以接收并正常显示该格式的图像数据信息，就不必进行该转换，但是该格式图像在使用其他图像显示和视频播放软件播放时可能会遇到问题。所以，是否进行转换，可以由生产厂家按照需要进行选择。

最后，可以将完成坐标转换的图像信息输出到编码器，以进行后续处理。

下面以用于视频聊天的电脑视频摄像头为例，用于在进行视频聊天打开摄像头时，均会检查摄像头拍摄显示区域，将镜头对准所要重点关注的画面正中（如人脸），并调整分辨率或采用默认分辨率。此时只有中央部分画面属于重点关注区域。

摄像头感应器读取数据后，由该处理软件进行处理，首先在预设分辨率下，转换坐标系，按照由内层到外层的顺序读取数据。中心区域的数据按照顺序依次全部读取，外围区域每层须先确定读取位置，先由m个随机数乘以该层位数总数，得到m个数字确定为读取位；计算读取位有效数量总和，将该总和除以m，如小于一定比例（如95%），则用缺少的数量m-∑m_i再次乘以随机数并取整，得到相应的数字作为读取位数。此次计算仍有可能有重叠部分，但是越接近外层，每层的像素总位数就会越大，重叠缺失的概率就会越低。根据计算出来的外层区域读取层数和位数读取数据后，即完成了一幅画面的数据读取。然后对读取的画面数据进行坐标转换，转为通用格式进行储存，然后进行发送。

如用户设定中心区域分辨率为640*480，即目前最常用的30万像素，中心区域层数为80层，则整幅画面实际像素小于等于95600，只有原画面像素的31.1%，则在相同的数据传输速度下，画面帧率可以提高3倍以上，达到提高画面连续性的效果。

上述技术方案不适用于需要对全画面均有较高注意要求的场合，如监控等，而只适用于对画面关注程度远高于边缘区域的场合，如视频聊天、视频会议等。

Claims

1.一种视频采集方法，其特征在于，以视频采集设备捕获画面的中心为原点，依次向外逐渐降低分辨率将捕获画面划分为多级捕获区域，进而依次读取原点和以原点为中心的逐渐向外的环状扫描线上的数据，其中环状扫描线定义为层；

所述多级捕获区域中的级数为两级，第一级为中心区域，第二级为外围区域，其中中心区域设定为所属各层分辨率相等，而外围区域的所属各层分辨率依次等幅降低；

所述层为正方形；

所述外围区域所属各层与中心区域最外层从内到外分辨率依次降低；

定义以所述原点为原点的直角坐标系，所述正方形的边相应平行于坐标轴，象素点在相应层上的位置称为位，所述等幅降低采用确定外围所属各层位数相等的方式；

取中心区域最外层的位数m，外围区域任意一层的位数计为n，每层按照逆时针或者顺时针的位顺次计为位次，则读取该层位次的方法是首先依据公式rand(0,1)取m个随机数，然后乘n，进而取整，得到的数字作为当前层读取位次。

2.根据权利要求1所述的视频采集方法，其特征在于，所述多级捕获区域中的中心区域的层数的修改权限开放给用户。

3.根据权利要求1所述的视频采集方法，其特征在于：还包括在取得当前层读取位次后的缺失校验步骤，该步骤为首先确定实际获得位次的总个数，除以m，若小于等于95%，则进行位次补偿。

4.根据权利要求3所述的视频采集方法，其特征在于：所述位次补偿为确定当前层读取位次的步骤后在该层所缺失的位次中再进行位次的随机确定。

5.根据权利要求1所述的视频采集方法，其特征在于：还包括在依次读取原点和以原点为中心的逐级向外的环状扫描线上的数据步骤后的格式转换步骤，该步骤为把环状扫描线的数据格式转换成行列扫描线数据格式。