CN102685475B - 视频减帧率的隔行压缩显示方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视频处理，公开了一种视频减帧率的隔行压缩显示方法及其系统。本发明中，每隔X个场选取一个场图像，其中X为正偶数，只对选取的场图像进行视频压缩编码，因此经场图像选取后的场率，为在场图像选取前的场率的1/(X+1)。而在逐行显示设备上能配合去隔行算法，从一个场图像中恢复出一个帧图像，从而能有效地在码率带宽受限的情况下改善了显示视频的分辨率和流畅性。

Description

视频减帧率的隔行压缩显示方法及其系统

技术领域

本发明涉及视频处理，特别涉及视频处理中的降低视频带宽技术。

背景技术

随着视频采集和处理技术的发展，视频监控系统采用的分辨率越来越大，尤其是随着1080P/1080I等大分辨率高清设备的应用，压缩码率越来越高，这给图像存储带来了较大负担。同时3G无线等应用范围越来越广，低带宽传输也成为常见的要求之一。存储空间与传输带宽逐渐成为整个监控应用的瓶颈。一般而言，隔行扫描的视频系统所需存储空间和传输带宽要小于逐行扫描，但隔行采集压缩的视频在逐行显示设备上显示需要进行去隔行处理，而逐行显示的需求随着PC显示器等逐行设备的普及越来越成为主流。其中，逐行扫描(Prograssive Scan)是指：在图像采集端，每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，这种扫描方式称为逐行扫描。隔行扫描(Interlace Scan)是指：一幅图像分两次扫描，第一次扫1、3、5等奇数行，第二次扫2、4、6等偶数行，这两次扫描组合起来构成一幅完整的图像，这种扫描方式叫隔行扫描。隔行扫描视频系统的基本单位为场，奇数像素行构成的场称为奇场(或顶场)，偶数像素行构成的场称为偶场(或底场)。一般情况下隔行视频中奇场和偶场相继出现，且两个相邻场之间的时间间隔相等。

目前，降低视频带宽常用的方法有如下三种：

(1)提高视频压缩的比例。提高视频压缩比例是指在进行视频压缩时通过增加运算复杂度、量化因子等减少视频压缩后的数据量。采用提高视频压缩比例的方法时，特定的视频压缩标准(例如目前已经广泛应用的H.264/AVC压缩标准)能够达到的压缩比例受到率失真曲线的限制，压缩过度会导致图像失真增加，明显降低图像质量。

(2)降低视频分辨率。降低视频分辨率是指在压缩前将视频进行空域下采样缩小，例如将1280乘以720的图像缩小到320乘以180像素，以降低数据量，如图1所示。采用降低视频分辨率的方法时，会明显地丢失图像细节，导致监控对象等信息无法辨识，降低监控的实用性。

(3)降低视频帧率。降低视频帧率是指在压缩存储或传输前丢弃某些帧以减少数据量，例如将原始帧率30每秒的视频隔一帧丢弃一帧，变成15帧每秒，如图2所示。对于隔行采集设备，为了兼容逐行显示设备，往往需要进行去隔行抽帧后编码。如图3所示，根据奇场M和偶场M+1得到去隔行后的图像N；根据奇场M+2和偶场M+2得到去隔行后的图像N+1，以此类推。然后对隔行后的图像N、N+1、......N+5.......进行抽帧，对抽帧后的图像R、R+1、R+2......进行编码。然而，采用简单降低视频帧率的抽帧方法时，播放视频的流畅性会有明显下降，图像卡顿导致一些运动信息丢失或者给观看者不适感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视频减帧率的隔行压缩显示方法及其系统，以有效地在码率带宽受限的情况下改善显示视频的分辨率和流畅性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种视频减帧率的隔行压缩显示方法，包含以下步骤：

在获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，X为正偶数；

将选取的场图像，进行视频压缩编码；

在需逐行显示视频时，对经视频压缩编码后的压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据；

将解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。

本发明的实施方式还提供了一种视频减帧率的隔行压缩显示系统，包含压缩端和显示端，压缩端包含：

场图像获取模块，用于获取到视频的场图像；

场图像选取模块，用于在场图像获取模块获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，X为正偶数；

压缩编码模块，用于将场图像选取模块选取的场图像，进行视频压缩编码，输出经视频压缩编码后的压缩数据；

显示端包含：

解压缩模块，用于对压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据；

去隔行模块，用于在需逐行显示视频时，将解压缩模块得到的解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

时间间隔相等的场图像中每隔X个场选取一个场图像，将选取的场图像进行视频压缩编码，其中X为正偶数。在需逐行显示视频时，对经视频压缩编码后的压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据，然后将解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。由于只对选取的场图像进行视频压缩编码，因此经场图像选取后的场率，为在场图像选取前的场率的1/(X+1)。比如说，对于X＝2，X＝4和X＝6的情况，如果场图像选取前的场率为60(NTSC制式)，那么经场图像选取后的场率为20(X＝2)、12(X＝4)，8.57(X＝6)；如果场图像选取前的场率为50(PAL制式)，那么经场图像选取后的场率为16.67(X＝2)、10(X＝4)，7.14(X＝6)。而在逐行显示设备上能配合去隔行算法，从一个场图像中恢复出一个帧图像。由此可见，相对于现有技术中以抽帧的方式降低视频帧率，能够在显示视频的分辨率和帧率之间获得折中，并提升图像的主观质量和流畅性，更好地提供分辨率与流畅性之间的平衡。比如说，当X＝2时，能够将编码数据量降低到原有前端去隔行丢帧系统的三分之一，却能提供相当于原有系统三分之二的帧率，节省带宽并增加了流畅性，即有效地在码率带宽受限的情况下改善了显示视频的分辨率和流畅性。

进一步地，既可以通过场采集设备采集到视频的场图像，也可以通过帧采集设备采集到视频的帧图像，然后将逐行采集图像转换为隔行图像，从而能在隔行或逐行的采集设备及显示设备上实现兼容，使得本发明具备广泛的应用场景。

进一步地，在进行所述视频压缩编码时，可采用以下编码标准之一进行所述视频压缩编码：H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS。由于H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS等编码标准都对隔行图像有明确的标准定义，因此采用这些编码标准进行视频压缩编码，能有效提高视频压缩质量。

附图说明

图1是根据现有技术中的降低视频分辨率示意图；

图2是根据现有技术中的降低视频帧率示意图；

图3是根据现有技术中的去隔行后抽帧图像的示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的视频减帧率的隔行压缩显示方法流程图；

图5是根据本发明第一实施方式中的场图像选取示意图；

图6是根据本发明第一实施方式中的去隔行后逐行显示的示意图；

图7是根据本发明第二实施方式的视频减帧率的隔行压缩显示方法流程图；

图8是根据本发明第三实施方式的视频减帧率的隔行压缩显示系统结构图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种视频减帧率的隔行压缩显示方法，在本实施方式中，通过帧采集设备采集到视频的帧图像，具体流程如图4所示。

在步骤401中，判断帧采集设备是否以隔行采集的方式采集帧图像，如果是以隔行采集的方式采集帧图像，则直接将隔行采集到的图像作为场图像，进入步骤403，如果不是以隔行采集的方式采集帧图像(即以逐行采集的方式采集帧图像)，则进入步骤402。

在步骤402中，将采集到的逐行帧图像进行隔行抽取，得到隔行抽取后的场图像。具体地说，当帧采集设备是逐行采集时，将逐行视频抽取为隔行视频。抽取的一般方式是奇数帧选择其奇数行的图像构成一场，偶数帧选择第偶数行的图像构成一场，或者相反。也可以采用其它抽取或者滤波方式达到同样的目的。经过该步骤处理原始视频数据量减少一半。假设经过抽取后的隔行图像，其场率是2N，或同义地，称为帧率是N(场率是帧率的2倍)。N是一个正数。特别地，N尤其可以是符合NTSC制式的30(29.97)帧每秒以及PAL制式的25帧每秒，或这两种制式帧率的整数分之一。当N等于30时相邻两场间隔的时间约为16.7毫秒，N等于25时相邻两场的时间间隔为20毫秒。

接着，在步骤403中，在获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，X为正偶数。也就是说，当无法在符合图像质量要求的前提下压缩所有场图像并达到需要的码率时，本实施方式在每隔偶数场选取一场图像，进行后续的视频压缩，用X表示这个偶数，如图5所示(图5中给出了X＝2和X＝4的两种情况)。X的取值可以是根据系统情况预先配置的固定值；也可以根据经视频压缩编码后得到的压缩数据在当前带宽中传输时所需要达到的码率动态确定，通过将X增减变化以使输出码率满足要求。X越小视频越流畅，但码率也越高。

当然，本领域技术人员可以理解，如果在符合图像质量要求的前提下能将所有场图像完全压缩并达到需要的码率，则不需要进行视频减帧，也就不需要每隔偶数场选取一场图像，可以直接将所有场图像都进行后续的视频压缩。

接着，在步骤404中，将选取的场图像，进行视频压缩编码。具体地，在进行视频压缩编码时，可采用以下编码标准之一进行视频压缩编码：H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS。由于H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS等编码标准都对隔行图像有明确的标准定义，因此采用这些编码标准进行视频压缩编码，能有效提高视频压缩质量。

此外，本领域技术人员可以理解，也可以忽略隔行与逐行图像的区别，采用任意一种现有的视频标准编码实现。

接着，在步骤405中，将经视频压缩编码后的压缩数据进行存储或传输。本步骤为可选步骤，属于本领域的公知常识，在此不再赘述。

接着，在步骤406中，对压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据。与步骤404类似，可以通过现有的各种视频标准解码实现解压缩，如H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS等。优选地，使用对隔行图像有明确标准定义的场编码方式的视频标准编码实现，但也可以忽略隔行与逐行图像的区别采用任一种编码方式。

接着，在步骤407中，判断是否需要逐行显示，如果需要逐行显示，即解压缩后的数据面向逐行显示设备，则进入步骤408；如果不需要逐行显示，即解压缩后的数据面向隔行显示设备，则进入步骤409，直接在隔行显示设备中，隔行显示视频。

在步骤408中，去隔行后逐行显示视频。具体地说，当解压缩后的数据中顶场图像和底场图像均有出现时，通过时域运动判决和时空域联合插值的方式，比如场复制、时空域运动判决和联合插值等技术，将一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。比如说，当X＝2时，去隔行后的图像如图6所示。

不难发现，在本实施方式中，由于只对选取的场图像进行视频压缩编码，因此经场图像选取后的场率，为在场图像选取前的场率的1/X+1。比如说，对于X＝2，X＝4和X＝6的情况，如果场图像选取前的场率为60(NTSC制式)，那么经场图像选取后的场率为20(X＝2)、12(X＝4)，8.57(X＝6)。如果场图像选取前的场率为50(PAL制式)，那么经场图像选取后的场率为16.67(X＝2)、10(X＝4)，7.14(X＝6)。而在逐行显示设备上能配合去隔行算法，从一个场图像中恢复出一个帧图像。由此可见，相对于现有技术中以抽帧的方式降低视频帧率，能够在显示视频的分辨率和帧率之间获得折中，并提升图像的主观质量和流畅性，更好地提供分辨率与流畅性之间的平衡。比如说，当X＝2时，能够将编码数据量降低到原有前端去隔行丢帧系统的三分之一，却能提供相当于原有系统三分之二的帧率，节省带宽并增加了流畅性，即有效地在码率带宽受限的情况下改善了显示视频的分辨率和流畅性。而且，通过帧采集设备采集到视频的帧图像，然后对将逐行采集图像转换为隔行图像，能在隔行或逐行的采集设备及显示设备上实现兼容。

另外，值得一提的是，本实施方式对于隔行图像采集设备与逐行显示设备之间的兼容与性能提高最为显著，隔行图像采集设备至少包括PAL/NTSC/SECAM的标清制式，以及720I、1080I的高清系统，以及相应的演化，但不局限于这些制式；逐行显示设备包括现有的各种显示制式。

本发明第二实施方式涉及一种视频减帧率的隔行压缩显示方法。第二实施方式与第一实施方式基本相同，区别主要在于：

在第一实施方式中，通过帧采集设备采集到视频的帧图像，然后对将逐行采集图像转换为隔行图像，获取到视频的场图像。而在本实施方式中，直接通过场采集设备采集到视频的场图像，如图7所示。

由于既可以通过帧采集设备采集到视频的帧图像，然后对将逐行采集图像转换为隔行图像，获取到视频的场图像；也可以通过场采集设备采集到视频的场图像，使得本发明具备广泛的应用场景。

需要说明的是，本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种视频减帧率的隔行压缩显示系统。如图8所示，该视频减帧率的隔行压缩显示系统包含压缩端和显示端，压缩端包含：

场图像获取模块，用于获取到视频的场图像。

场图像选取模块，用于在场图像获取模块获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，X为正偶数，X的取值为根据系统情况预先配置的固定值。或者，X的取值根据经视频压缩编码后得到的压缩数据在当前带宽中传输时所需要达到的码率动态确定。

压缩编码模块，用于将场图像选取模块选取的场图像，进行视频压缩编码，输出经视频压缩编码后的压缩数据。

显示端包含：

解压缩模块，用于对压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据。具体可采用以下编码标准之一进行视频压缩编码：H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS。

去隔行模块，用于在需逐行显示视频时，将解压缩模块得到的解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。去隔行模块在将解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像时，通过时域运动判决和时空域联合插值的方式，比如场复制、时空域运动判决或联合插值，将一个场图像扩展为一个帧图像。

在本实施方式中，场图像获取模块包含：

帧采集设备，用于采集到视频的帧图像。

隔行判断子模块，用于判断帧采集设备是否以隔行采集的方式采集帧图像，并在判定以隔行采集的方式采集帧图像时，直接将隔行采集到的图像作为场图像，在判定不是以隔行采集的方式采集帧图像时，触发隔行抽取子模块。

隔行抽取子模块用于将采集到的逐行帧图像进行隔行抽取，得到隔行抽取后的场图像，并将隔行抽取后的场图像作为获取到的视频的场图像。

不难发现，第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种视频减帧率的隔行压缩显示系统。第四实施方式与第三实施方式基本相同，区别主要在于：

在第三实施方式中，场图像获取模块通过帧采集设备、隔行判断子模块和隔行抽取子模块实现。而在本实施方式中，场图像获取模块通过场采集设备实现。

不难发现，第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种视频减帧率的隔行压缩显示方法，其特征在于，包含以下步骤： 

在获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，所述X为正偶数； 

将所述选取的场图像，进行视频压缩编码； 

在需逐行显示所述视频时，对经所述视频压缩编码后的压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据； 

将所述解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。 

2.根据权利要求1所述的视频减帧率的隔行压缩显示方法，其特征在于，所述X为根据系统情况预先配置的固定值。 

3.根据权利要求1所述的视频减帧率的隔行压缩显示方法，其特征在于，所述X的取值根据经视频压缩编码后得到的压缩数据在当前带宽中传输时所需要达到的码率动态确定。 

4.根据权利要求1所述的视频减帧率的隔行压缩显示方法，其特征在于，通过场采集设备采集到所述视频的场图像；或者， 

通过帧采集设备采集到所述视频的帧图像，并通过以下方式获取到所述视频的场图像： 

判断所述帧采集设备是否以隔行采集的方式采集帧图像，如果是以隔行采集的方式采集帧图像，则直接将所述隔行采集到的图像作为场图像；如果不是以隔行采集的方式采集帧图像，则将采集到的逐行帧图像进行隔行抽取，得到隔行抽取后的场图像。 

5.根据权利要求1至4中任一项所述的视频减帧率的隔行压缩显示方法，其特征在于，在进行所述视频压缩编码时，采用以下编码标准之一进行所述视频压缩编码： 

H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS。 

6.一种视频减帧率的隔行压缩显示系统，其特征在于，包含压缩端和显示端，所述压缩端包含： 

场图像获取模块，用于获取到视频的场图像； 

场图像选取模块，用于在所述场图像获取模块获取到视频的场图像后，每隔X个场图像选取一个场图像，其中，所述X为正偶数； 

压缩编码模块，用于将所述场图像选取模块选取的场图像，进行视频压缩编码，输出经所述视频压缩编码后的压缩数据； 

所述显示端包含： 

解压缩模块，用于对所述压缩数据进行视频解压缩，得到解压缩后的数据； 

去隔行模块，用于在需逐行显示所述视频时，将所述解压缩模块得到的解压缩后的数据中的一个场图像扩展为一个帧图像，显示将各场图像扩展后得到的各帧图像。 

7.根据权利要求6所述的视频减帧率的隔行压缩显示系统，其特征在于，所述X为根据系统情况预先配置的固定值。 

8.根据权利要求6所述的视频减帧率的隔行压缩显示系统，其特征在于，所述X的取值根据经视频压缩编码后得到的压缩数据在当前带宽中传输时所需要达到的码率动态确定。 

9.根据权利要求6所述的视频减帧率的隔行压缩显示系统，其特征在于，所述场图像获取模块通过场采集设备实现，所述获取到的视频的场图像为所述场采集设备采集到的场图像；或者， 

所述场图像获取模块包含： 

帧采集设备，用于采集到所述视频的帧图像； 

隔行判断子模块，用于判断所述帧采集设备是否以隔行采集的方式采集帧图像，并在判定以隔行采集的方式采集帧图像时，直接将所述隔行采集到的图像作为场图像，在判定不是以隔行采集的方式采集帧图像时，触发隔行抽取子模块； 

所述隔行抽取子模块用于将采集到的逐行帧图像进行隔行抽取，得到隔行抽取后的场图像，并将隔行抽取后的场图像作为所述获取到的视频的场图像。 

10.根据权利要求6至9中任一项所述的视频减帧率的隔行压缩显示系统，其特征在于，所述压缩编码模块在进行所述视频压缩编码时，采用以下编码标准之一进行所述视频压缩编码： 

H.264/AVC、MPEG4、MPEG2、MJPEG、AVS。