CN103313061B - 一种自适应背景更新的视频压缩传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自适应背景更新的视频压缩传输方法，通过帧间差分算法获取背景帧图像，每隔N帧重复获取新背景帧图像；将所述新背景帧图像与背景帧图像进行差异度计算，当结果大于设定阀值时，用新背景帧图像更新所述背景帧图像，将视频当前帧图像与所述背景帧图像进行差分运算，获取当前帧图像的包含运动物体的前景帧图像并传送至所述视频终端；所述视频终端将所述背景帧图像与所述前景帧图像进行叠加重构原始视频。本发明实施例还公开了一种自适应背景更新的视频压缩传输系统。采用本发明，避免在合成图像时需要运动物体的坐标参数，而是直接进行背景帧图像与前景帧图像进行自适应的叠加重构，避免增加信息的冗余量，节省传送带宽资源。

Description

一种自适应背景更新的视频压缩传输方法及系统

技术领域

本发明涉及一种视频压缩方法，尤其涉及一种自适应背景更新建模的视频压缩传输方法和系统。

背景技术

目前在现有技术中，视频压缩方面存在着很多的方法，但是总体来说都是基于压缩编码的，各种压缩方法有优点也有缺点，当其压缩率越大，视频的质量就越差,如AVI编码，MPEG-4编码等等。近年来随着压缩感知的发展，人们已将压缩感知运用到视频压缩上面来，但是算法计算的复杂度比较大，有时候效果也不尽理想。

例如公开号为CN101729902A的中国专利，公开了一种视频压缩方法，其是对背景和运动物体采取不同压缩方式的方法进行视频图像传输，并且对背景采用高质量参考帧进行编解码，对前景用普通参考帧进行编解码，采用这种方式将使得背景和前景的清晰度不一样，视频画面的不协调、不利于提高可读性。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种自适应背景更新的视频压缩传输方法及系统。可对视频进行实时、高效的压缩和恢复。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种自适应背景更新的视频压缩传输方法，包括下列步骤：

通过帧间差分算法获取背景帧图像并传送至视频终端；

每隔N帧重复上述步骤获取新背景帧图像；

将所述新背景帧图像与背景帧图像进行差异度计算，当结果大于设定阀值时，用新背景帧图像更新所述背景帧图像，并触发更新于所述视频终端；

将视频当前帧图像与所述背景帧图像进行差分运算，获取当前帧图像的包含运动物体的前景帧图像并传送至所述视频终端；

所述视频终端将所述背景帧图像与所述前景帧图像进行叠加重构原始视频。

进一步地，所述前景帧为除了当前帧图像运动物体外的背景区域为二值或灰度图像的图像。

更进一步地，所述获取背景帧图像为通过以下步骤实现：

（1）将第一帧图像I₀作为原始背景帧图像B₀；

（2）求出当前帧帧差分的二值图像BW_i：

${\mathrm{BW}}_i=\begin{array}{}\end{array}\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& \mathrm{abs}(I_i-I_{i-1})\&GreaterEqual;t\\ 0& \mathrm{if}& \mathrm{abs}(I_i-I_{i-1})<t\end{array}\right.$

其中，I_i、I_i-1分别为当前帧和上一帧图像，abs(I_i-I_i-1)为连续两帧的模值图像，t为帧差分图像灰度值直方图中最大峰值右边1/10最大峰值所对应的灰度级；

（3）由二值图像BW_i更新背景帧图像B_i：

$B_i(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}{B}_{i-1}(x,y)& \mathrm{if}& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=1\\ a{I}_i+(1-a)B_{i-1}(x,y)& \mathrm{if}& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=0\end{array}\right.$

其中，B_i(x,y)，BW_i(x,y)分别为背景图像和二值化图像在坐标位置(x,y)处的值，系数a为更新速度；

（4）令i＝i+1返回步骤（2）进行迭代，当迭代达到设定步数时结束迭代，并将B_i作为所提取的背景帧图像。

更进一步地，所述差异度计算为通过欧氏距离定义新旧背景的差异度sum：

$\mathrm{sum}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{{[B_i(i,j)-B_n(i,j)]}^2}$

其中B_n是每隔N帧就更新的新背景图像，B_i是原来的背景图像；

定义阀值T＝5×length(B_i)，函数length是计算图像像素点的数量；

当差异度sum大于阀值T时，用新背景帧图像更新当前的背景帧图像。

相应地，本发明实施例还提供了自适应背景更新的视频压缩传输系统，包括：

背景帧图像获取模块，通过帧间差分获取背景帧图像；

背景帧图像更新模块，每隔N帧重复进行获新背景帧图像，并与当前的所述背景帧图像进行差异度运算，当结果大于更新阀值时，用所述新背景图像更新所述背景帧图像；

前景帧图像获取模块，将当前帧图像与所述背景帧图像进行差分运算获得关于运动物体的前景帧图像；

传送模块，将背景帧图像传送至视频终端，当背景变化时发送新背景帧图像更新所述视频终端上的所述背景帧图像；将连续的前景帧图像传送至所述视频终端；

视频帧重构模块，对所述视频终端上的背景帧图像与连续的前景帧图像进行叠加重构出原始的连续的视频。

进一步地，所述背景帧图像获取模块还包括二值图像转换单元，对连续两帧的图像进行模值运算，根据运算结果是否大于设定的灰度值定义二值图像的值，并由二值图像构建背景帧图像。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：通过将前景帧图像与背景帧图像相分离，远距离分别传送背景帧图像和连续的前景帧图像，在终端对背景帧图像与连续前景帧图像进行叠加重构成连续的原始的视频，并在一定周期内对背景帧图像进行对比更新，当背景帧图像有更新时，触发更新视频终端的背景帧图像。本发明的这种方法避免了在合成图像时需要运动物体的坐标参数，而是直接进行背景帧图像与前景帧图像进行自适应的叠加重构，避免增加信息的冗余量，节省传送带宽资源。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

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作进一步地详细描述。

由于现有技术中的对背景和运动物体采取不同压缩方式的方法进行视频图像传输，导致合成后视频清晰度不统一，并且还有的需要将背景图像、变化的运动区域的图像及其对应在背景图像的坐标参数压缩成视频文件传送，使得压缩传送过程复杂，本发明提出了自适应背景更新建模、不需运动物体的坐标参数的视频压缩传输方法。

通过帧间差分算法获取背景帧图像，其步骤为：

（1）把第一帧图像I₀作为原始帧图像B₀；

（2）令迭代参数为1；

（3）求出当前帧帧差分的二值图像BW_i：

${\mathrm{BW}}_i=\begin{array}{}\end{array}\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& \mathrm{abs}(I_i-I_{i-1})\&GreaterEqual;t\\ 0& \mathrm{if}& \mathrm{abs}(I_i-I_{i-1})<t\end{array}\right.$

其中，I_i、I_i-1分别为当前帧和上一帧图像，abs(I_i-I_i-1)为连续两帧的模值图像（帧差分），t为帧差分图像灰度值直方图中最大峰值右边1/10最大峰值所对应的灰度级；

（4）由二值图像BW_i更新背景帧图像B_i：

$B_i(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}{B}_{i-1}(x,y)& \mathrm{if}& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=1\\ a{I}_i+(1-a)B_{i-1}(x,y)& \mathrm{if}& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=0\end{array}\right.$

其中，B_i(x,y)，BW_i(x,y)分别为背景图像和二值化图像在坐标位置(x,y)处的值，系数a为更新速度，取值为0.1；

（5）令i＝i+1返回步骤（3）进行迭代，当迭代达到设定步数时结束迭代，并将B_i作为所提取的背景帧图像；

将上述所获得的背景帧图像B_i发送至视频终端保存。

每隔N帧重复上述步骤获取新背景帧图像B_n，

对新的背景帧图像B_n与背景帧图像B_i进行差异度对比，当对比值大于阀值T时，就表面需要更新原来的背景帧图像B_i，并传送至视频终端上保存。

通过欧氏距离定义新背景帧图像B_n与旧背景帧图像B_i的差异度sum：

$\mathrm{sum}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{{[B_i(i,j)-B_n(i,j)]}^2}$

其中B_n是每隔N帧就更新的新背景图像，B_i是原来的背景图像。

定义阀值T＝5×length(B_i)，函数length是计算图像像素点的数量。

背景帧图像更新：

$B_i=\left\{\begin{array}{ccc}{B}_i& \mathrm{if}& \mathrm{sum}<T\\ B_n& \mathrm{if}& \mathrm{sum}>T\end{array}\right.$

将第i帧的视频帧图像与背景帧图像B_i进行差分运算，提取当前帧图像中运动前景帧图像F_i，并将前景帧图像F_i传送至视频终端。

前景帧图像F_i为除了当前帧图像运动物体外的背景区域为二值或灰度图像，以便于减小信息量，并易于合并重构处理。

视频终端将接收到的前景帧图像F_i与当前的背景帧图像B_i进行自适应叠加，重构出原始的视频。

本发明实施例还提供了一种自适应背景更新的视频压缩传输系统，其包括了背景帧图像获取模块、背景帧图像更新模块、前景帧图像获取模块、传送模块、视频帧重构模块，如图1所示结构框图。

背景帧图像获取模块20通过帧间差分算法从原始连续的视频帧10中提取当前的背景帧图像B_i。

背景帧图像更新模块30每隔N帧通过背景帧图像获取模块20重复进行获新背景帧图像B_n，并将新背景帧图像B_n与当前的背景帧图像B_i进行差异度运算，当结果大于更新阀值时，用新背景帧图像B_n取代当前的背景帧图像B_i。

通过欧氏距离定义新背景帧图像B_n与旧背景帧图像B_i的差异度sum：

$\mathrm{sum}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{{[B_i(i,j)-B_n(i,j)]}^2}$

其中B_n是每隔N帧就更新的新背景图像，B_i是原来的背景图像。

定义阀值T＝5×length(B_i)，函数length是计算图像像素点的数量。

前景帧图像获取模块40用于将当前帧图像与背景帧图像B_i进行差分运算获得关于运动物体的前景帧图像F_i。

传送模块50用于将背景帧图像B_i传送至视频终端保存，当背景变化时发送新背景帧图像更新视频终端上的背景帧图像B_i，并实时将前景帧图像获取模块40提取的前景帧图像F_i传送到视频终端。

视频帧重构模块60对视频终端上的背景帧图像B_i与连续的前景帧图像F_i进行叠加重构出原始的连续的视频。

通过上述的流程，在传送视频时，直接传送前景帧图像，使得在合成图像时并不需要运动物体的坐标参数，而是直接进行将背景帧图像与前景帧图像之间的自适应的叠加。对于大部分监控视频而言，其背景几乎是固定不变的，将背景与前景实时传送将增加信息的冗余量，本发明无需传送运动区域的坐标参数来实现原视频的重构，从而降低了算法的复杂度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种自适应背景更新的视频压缩传输方法，其特征在于，包括下列步骤：

通过帧间差分算法获取背景帧图像并传送至视频终端；

每隔N帧重复上述步骤获取新背景帧图像；

将所述新背景帧图像与背景帧图像进行差异度计算，当结果大于设定阀值时，用新背景帧图像更新所述背景帧图像，并触发更新于所述视频终端；

将视频当前帧图像与所述背景帧图像进行差分运算，获取当前帧图像的包含运动物体的前景帧图像并传送至所述视频终端；

所述视频终端将所述背景帧图像与所述前景帧图像进行叠加重构原始视频；

所述前景帧为除了当前帧图像运动物体外的背景区域为二值或灰度图像的图像；

所述获取背景帧图像为通过以下步骤实现：

(1)将第一帧图像I₀作为原始背景帧图像B₀；

(2)求出当前帧帧差分的二值图像BW_i：

${\mathrm{BW}}_i=\left\{\begin{array}{ccc}1& if& abs(I_i-I_{i-1})\&GreaterEqual;t\\ 0& if& abs(I_i-I_{i-1})<t\end{array}\right.$

其中，I_i、I_i-1分别为当前帧和上一帧图像，abs(I_i-I_i-1)为连续两帧的模值图像，t为帧差分图像灰度值直方图中最大峰值右边1/10最大峰值所对应的灰度级；

(3)由二值图像BW_i更新背景帧图像B_i：

$B_i(x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}{B}_{i-1}(x,y)& if& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=1\\ {\mathrm{aI}}_i+(1-a)B_{i-1}(x,y)& if& {\mathrm{BW}}_i(x,y)=0\end{array}\right.$

其中，B_i(x,y)，BW_i(x,y)分别为背景图像和二值化图像在坐标位置(x,y)处的值，系数a为更新速度；

(4)令i＝i+1返回步骤(2)进行迭代，当迭代达到设定步数时结束迭代，并将B_i作为所提取的背景帧图像；

所述差异度计算为通过欧氏距离定义新旧背景的差异度sum：

$sum=\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}\sqrt{{\&lsqb;B_i(x,y)-B_n(x,y)\&rsqb;}^2}$

其中,B_n(x,y)是每隔N帧就更新的新背景图像在坐标位置(x,y)处的值，

B_i(x,y)是原来的背景图像在坐标位置(x,y)处的值,m为设定的迭代步数；

定义阀值T＝5×length(B_i)，函数length(B_i)是计算图像像素点的数量；

当差异度sum大于阀值T时，用新背景帧图像更新当前的背景帧图像。