CN105282474A - 用于时移视频获取和压缩的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于时移视频获取和压缩的系统和方法。描述了用于获取并压缩时移视频的技术和设备。所述技术是自适应的，在拍摄期间修改获取帧率并且周期性地删除所捕获的图像。为了实现方法，用户不需要提前知道将获取多久的源视频。不管获取时间，自动地编辑作为结果的视频以提供预先定义的长度的时移片段或预先定义的范围内的长度的时移片段。

Description

用于时移视频获取和压缩的系统和方法
相关申请的交叉引用
本公开内容与在2014年5月30日提交的、发明名称为“用于时移视频的曝光测定”的共同受让的美国专利申请第14/292,547号(“‘547申请”)的主题有关。
技术领域
本公开内容总体上涉及视频捕获领域，尤其涉及获取时移(timelapse)视频。
背景技术
便携式集成计算设备的出现引起了照相机和视频设备的广泛激增。这些集成计算设备共同采用智能电话或平板计算机的形式，并且通常包括通用计算机、照相机、包括触摸敏感屏幕的复杂用户接口，以及通过WiFi、LTE、HSDPA和其它基于小区的技术或无线技术的无线通信能力。这些集成设备的广泛激增提供了使用这些设备的能力来执行本需要专用硬件和软件的任务的机会。例如，如上面所看到的，诸如智能电话和平板计算机的集成设备通常具有一个或两个嵌入式照相机。这些照相机通常等同于：可以通过使用固件和/或软件(例如“应用程序”)的通用计算机控制的镜头/照相机硬件模块，以及包括触摸屏固定按钮和诸如语音控制的无触摸控制的用户接口。
把照相机集成到诸如智能电话和平板计算机的通信设备中使得人们能够以从前不可能的方式共享图像和视频。当前，非常流行的是，获取照片并且通过经由文本消息、SMS或电子邮件发送照片、或者通过将照片上传到基于因特网的网站(诸如社交网络站点或者照片共享站点)来立即与其他人共享照片。
如上面对照片共享的描述一样，同样可以立即共享视频。然而，带宽限制和上传时间显著限制了可以容易地共享的视频的长度。在很多情况下，可能期望捕获所记录的整个动作的本质的短视频片段。视频片段的持续时间可以取决于视频片段的主题。例如，若干小时的车辆驾驶或者聚会的夜晚可能被缩短到仅持续一两分钟的时移视频片段。诸如日落或者云的移动的其它动作可以以20到40秒的片段来更好地表现。虽然可能期望缩短的持续时间的时移视频，但是用户经常可能希望获取历经更大时间长度(例如，历经数分钟、数小时甚至数天)的视频(这里被称为“源视频”)。用户可能期望缩短源视频的长度以提供缩短的时移视频片段。用户可能希望如上所述地共享视频，或者可能简单地期望缩短的时移回放。
发明内容
这里公开的是一种自适应方法，通过该方法自动地处理在任何给定时间长度上获取的源视频，以提供短的时移视频片段。为了实现该方法，用户不需要提前知道将要获取该源视频的持续时间。不管获取时间，作为结果的视频被自动地编辑以提供具有预先定义的长度的时移片段或具有预先定义的范围内的长度的时移片段。该方法涉及：保存在记录期间的图像，但随着拍摄继续而周期性地删除图像中的一些。此外，该方法涉及随着拍摄时间增加而减小捕获图像的速率。该方法是自适应的，在该方法中，随着拍摄继续而修改有效获取帧率。一旦获取停止，所保存的图像被编码为时移视频片段。其他实施例是被配置为实现这里描述的自适应方法的装置。
附图说明
图1是图示这里描述的自适应方法的实施例的流程图。
图2图示根据一个实施例的可编程设备。
图3是图示分析图像参数并且基于参数将标记与图像关联的方法的流程图。
具体实施方式
公开了提供指令以使得一个或更多个处理单元记录时移视频的系统、方法和程序存储设备。这里公开的技术可应用于任何数量的具有显示器的电子设备，诸如数码照相机、数码摄像机、移动电话、个人数据助理(PDA)、便携式音乐播放器、监视器，以及当然，台式、膝上型和平板式计算机显示器。
在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明构思的彻底理解。作为本描述的一部分，本公开附图中的一些附图以框图的形式表示结构和设备，从而避免模糊了本发明。为了清楚，未在本说明书中描述实际实现方式的全部特征。此外，在本公开内容中使用的语言原则上是出于可读性和指导性的目的而选择的，而不是被选择来描绘或限制发明主题，确定这样的发明主题需要诉诸于权利要求书。在本公开内容中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示连同该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在发明的至少一个实现方式中，而对“一个实施例”或“实施例”的多个引用不应该被理解为必须都引用相同的实施例。
将会理解：在任何实际实现方式的开发中(如在任何开发项目中)，必须做出很多决定来实现开发者的具体目标(例如，遵从与系统和业务有关的限制)，并且这些目标可以从一个实现方式到另一个实现方式而变化。还将会理解：这种开发努力可能是复杂且花费时间的，但是尽管如此，对于设计受益于本公开内容的图像处理系统的实现方式的本领域技术人员来说仅是常规工作。
与获取视频所花费的时间长度相比，时移减少了视频的回放时间。这里讨论的示例集中于提供20到40的时移片段。但是将会理解：可以选择任意持续时间。将源视频的40秒片段减少到时移视频的20秒的方法为：(1)以30fps的帧率获取40秒的源视频，总共生成1200个图像；(2)丢弃一半图像(例如每隔一个图像丢弃一个图像)，总共生成600个图像；以及(3)以30fps播放剩余的600个图像，生成20秒的时移视频。因为丢弃了一半的图像，所以即使实际上以30fps获取视频，获取帧率也“有效地”为15fps。因此，这里使用的术语“有效获取帧率”指的是剩余的图像数目除以真实的获取时间。当以30fps回放时，视频中的动作将呈现为以“逼真的(true-to-life)”动作的两倍的速度移动。为了从更长分段的源视频创建20秒的时移视频，将需要丢弃更多图像。例如，以30fps记录的80秒的源视频将产生2400个图像。丢弃这些图像中的1800个图像(即，每4个图像留下一个图像)将剩下600个图像，再次提供以30fps回放的20秒的时移视频。
随着获取源视频的时间长度增加，被丢弃以生成时移视频的图像数目也增加，并且快速地远超过实际使用的图像数目。那些未使用图像的获取和存储消耗了本可以用于其它操作的处理和存储资源。
替代获取然后丢弃所使用的图像，可以最初不获取它们。例如，如果用户以15fps(与上面示例中的“有效帧率”相同)而不是30fps的获取帧率获取了40秒的源视频，则他们将收集到总共600个图像。以30fps回放这600个图像将生成20秒的时移视频。同样地，用户可以以7.5fps的速率收集80秒的源视频以生成能够以30fps回放的600个图像，从而提供20秒的时移视频。
替代方法的问题在于：用户必须在他们开始记录之前知道他们将获取多久的源视频，以便知道要使用什么帧率进行记录。例如，如果用户以7.5fps的帧率获取源视频(例如，他们期望获取80秒)，但是他们仅获取源视频20秒，则他们最终将仅得到300个视频图像，从而仅提供10秒的时移视频。
在很多情况下，当用户开始获取视频时，他们可能不知道他们将拍摄多久。例如，如果他们拍摄日落，用户可能不知道他们将希望拍摄15分钟还是30分钟。因此，用户提前不知道减小获取帧率的因素。
这里描述一种用于获取和处理时移视频的自适应算法。如图1中的流程图图示了自适应算法的实施例。参考图1，用户已选择使用时移模式记录视频。操作100开始于照相机以第一帧率(R)101记录视频图像，第一帧率(R)101具有关联图像捕获时间间隔(图像捕获之间的时间)ΔT＝1/R。第一帧率(R)101一般可以是任何帧率，但是通常是快速帧率，该快速帧率与照相机在正常操作期间记录视频的同一帧率相同或相近。为了本讨论的目的，将第一帧率假设为30fps。
记录以第一帧率进行，直到获取了临界数目的视频图像为止。通过期望的回放时间和回放速率来确定临界图像数目。根据所图示的实施例，回放时间实际上是t1到t2的时间范围。指定范围而不是具体时间的原因将根据下面的说明而变得清楚。为了本讨论的目的，将回放速率假设为30fps，并且回放时间将从t1＝20秒到t2＝40秒。换言之，不管记录源视频的时间长度，将以30fps从20秒到40秒进行回放。根据操作100，用户不选择回放时间和帧率。代替地，用户简单地选择以时移模式记录视频，并且回放时间和帧率被预编程到设备中。根据其它实施例，用户可能能够选择回放时间和帧率。在任何一种情况下，回放时间和帧率如下地确定临界图像数目：临界图像数目是将提供在回放帧率下的最长期望回放时间的图像数目。例如，如果最长期望回放时间(如预编程到记录设备中的，或如由用户选择的)是40秒并且回放帧率是30fps，则临界图像数目将是1200个图像。
一旦达到了临界图像数目，则丢弃一半的存储图像103，并且帧率R被减小到R/2。例如，如果初始获取帧率是30fps并且临界图像数目是1200个图像，则丢弃一半的图像留下600个图像。
一般地，通过每隔一个图像丢弃一个图像来完成丢弃一半的图像。将理解：每隔一个图像丢弃一个图像使得每个图像之间的捕获时间间隔ΔT翻倍，从而提供有效地对应于15fps(R/2)的图像捕获速率的一系列图像。因此，剩余的600个图像具有15fps的有效获取帧率。
此外，继续以R/2(即，本示例中的15fps)进行记录。如果在该点停止处理，则剩余的600个图像将提供以30fps回放的20秒的时移视频。在本示例中，不管用于记录源视频的帧率R，将总是以30fps进行回忆回放。已经发现，30fps的回放帧率提供令人愉悦的回放体验。然而，将会理解：可以选择其他帧率。
如果记录继续并且再次达到临界图像数目(即，1200)，则将再次丢弃一半图像103，并且将再次减小一半记录帧率104。只要用户期望，就可以执行该操作100。用户可以在任何时间停止记录，这使得操作100结束。在用户退出记录的任何时间，将存在600和1200个之间的存储图像，从而提供20和40秒之间的30fps的时移回放。获取帧率随着记录时间增加而自适应地减小。此外，剩余图像的有效获取帧率随着记录时间增加而减小。
一旦操作100已经停止，根据诸如MPEG的视频编码协议将所存储的图像编码到电影片段中。将理解：可以使用如本领域中已知的其它编码协议。以预定帧率(即，例示中的30fps)对视频进行编码。通过记录停止时存储的图像的数目来确定总回放时间。在示例中，在任何给定时间存在600和1200个之间的存储图像，从而提供20和40秒之间的时移回放。根据替选实施例，可以预先确定总回放时间，并且可以基于存储器中的图像数目来调整回放速度。
将清楚的是，操作100的很多变形是可以的。例如，可能期望以例如2fps的较低帧率开始。如果使用2fps而不是30fps的初始帧率，并且如果临界图像数目是1200，则在记录10分钟之后将达到临界数目。
图2是示意性图示用于执行这里描述的方法的装置的实施例的框图。电子设备200可以包括：处理器205、显示器210、用户接口215、图形硬件220、设备传感器225(例如，接近传感器/环境光传感器、加速度计和/或陀螺仪)、麦克风230、音频编解码器235、扬声器240、通信电路245、数字图像捕获单元250、视频编解码器255、存储器260、贮存器265和通信总线270。电子设备200可以例如是个人数字助理(PDA)、个人音乐播放器、移动电话，或者笔记本、膝上型或平板型计算机系统。
处理器205可以执行由实行或控制由设备200执行的很多功能的操作(例如，诸如根据操作100的时移视频的生成和/或处理)所需要的指令。处理器205例如可以驱动显示器210并且从用户接口215接收用户输入。用户接口215可以采用各种形式，诸如按钮、小键盘、拨号盘、点击式转盘(clickwheel)、键盘、显示屏和/或触摸屏。处理器205可以是片上系统(诸如在移动设备中发现的那些片上系统)，并且可以包括专用图形处理单元(GPU)。处理器205可以是基于精简指令集计算机(RISC)或复杂指令集计算机(CISC)体系结构、或任何其它合适的体系结构，并且可以包括一个或更多个处理核。图形硬件220可以是用于处理图形和/或辅助处理器205处理图形信息的专用计算硬件。在一个实施例中，图形硬件220可以包括可编程图形处理单元(GPU)。
传感器和照相机电路250可以捕获静止图像和视频图像，可根据本公开内容对所述静止图像和视频图像进行处理以生成图像。可以至少部分地通过视频编解码器255和/或处理器205和/或图形硬件220,和/或合并在照相机电路250内的专用图像处理单元来处理来自照相机电路250的输出。可以将如此捕获的图像存储在存储器260和/或存储265中。存储器260可以包括由处理器205、图形硬件220和图像捕获电路250为执行设备功能而使用的一个或更多个不同类型的媒体。例如，存储器260可以包括存储器缓存、只读存储器(ROM)、和/或随机存取存储器(RAM)。贮存器265可以存储媒体(例如，音频、图像和视频文件)、计算机程序指令或软件、偏好信息、设备描述信息以及任何其它合适的数据。贮存器265可以包括一个或更多个非暂态存储介质，例如包括磁盘(固定的、软盘或可移除的)和磁带、诸如CD-ROM和数字视频盘(DVD)的光学介质，和诸如电可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的半导体存储器器件。存储器260和贮存器265可以用于保持被组织在一个或更多个模块中并且以任何期望的计算机编程语言编写的计算机程序指令或代码。当由例如处理器205执行时，这样的计算机程序代码可以实现这里描述的方法中的一个或更多个。
再次参考图1和图2，随着图像被获取(即，步骤101、106)，通常根据诸如JPEG压缩的图像压缩方法来保存图像。因为在操作100期间的各个时间处，不预先确定哪些图像将是操作结束时的最终图像集合，所以一般难以开始编码视频，直到操作100被完成并且最终图像集合被确定为止。这样，图像一般随着被采集而被写入贮存器265。在对操作100的上面的描述中，在任何给定时间存在600和1200个之间的保存图像。在1080分辨率，被压缩为JPEG的那些图像中的每个图像的大小稍稍小于1MB。给定存储的图像数据量，每个图像一般被写入贮存器265，而不是保持在存储器260中。
一般地，基于图像的相邻图像迭代地压缩图像不是最佳的，这是因为如上面指出的，最终的图像集合不被确定，直到操作完成为止。因此，难以实现更加积极的压缩技术。然而，如果预先预测出要删除的特定图像，则可以实现更加积极的压缩技术以减小图像数据的大小。例如，如果实现操作100，使得一般地删除所有奇数编号的图像，则可以更加积极地压缩奇数编号的图像中的全部或一部分。同样，如果基于图像参数而计划删除特定图像，如下面更详细地描述的，则可以积极地压缩这些图像。
一旦操作100已经停止，根据诸如MPEG格式之一的视频编码格式将所存储的图像编码到电影片段中。将理解：可以使用如本领域中已知的其它编码格式，诸如HEVC、Dirac、RealVideo等。
图3图示操作300，在操作300中，随着图像被获取，分析一个或更多个图像参数。可以被分析的参数的示例是：曝光值(EV)、运动参数、锐度、模糊、面部识别识别参数等。随着图像被获取301，一个或更多个参数被分析302。可以将与所分析的参数有关的标记与图像关联303。当图像被存储时，标记和关联也被存储304。继续获取，直到预先定义的临界数目的图像被存储为止305。一旦预先定义的临界数目的帧被存储305，就基于所分析的参数删除帧306。
操作300允许以智能方式丢弃图像。例如，如果在图像中检测到异常，则该图像可以被标记为删除。有可能在图像获取期间照相机被干扰或被遮蔽。如果该事件引起测量参数中的异常，则对应的帧可以被计划删除。本能领域技术人员将会了解实现标记操作300的很多技术。例如，默认操作可以要求删除所有奇数编号的图像。但是操作可以对一个或两个相邻图像内的任何异常图像进行检查，并且优选地删除异常图像。一般地，不会期望删除若干连续的图像。根据替选实施例，可以不删除被标记的图像。而是，标记被与图像一起保持，并被嵌入到作为结果的输出电影文件中，使得标记可以被用来通知进一步的视频编辑。
请理解：上面的描述旨在是例示性的，而不是限制性的。材料已经被呈现，使得本领域的任何技术人员能够做出并使用请求保护的本发明，并且在特定实施例的上下文中提供了所述材料，实施例的各种变化对本领域技术人员来说将是容易了解的(例如，所公开实施例中的一些可以以彼此结合的方式使用)。另外，将理解：可以以不同的顺序执行这里标识的各操作中的一些操作。因此，应该参考所附权利要求书，连同这样的权利要求书享有的等同物的全部范围，确定本发明的范围。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”作为普通英语使用，各自等同于“包括(comprising)”和“其中(wherein)”。

Claims (20)

1.一种计算机系统，包括：
照相机；
存储器，操作地耦合到所述照相机；以及
至少一个处理器，操作地耦合到所述存储器和所述照相机，其中，所述至少一个处理器被配置为：
执行操作的一个或更多个迭代，每个迭代包括：
利用所述照相机以第一捕获帧率获得第一多个图像；
存储所述第一多个图像；
当存储了预先定义的临界数目的图像时，丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分；
利用照相机以第二捕获帧率获得第二多个图像，所述第二捕获帧率低于所述第一捕获帧率；以及
将所述第二多个图像与未被丢弃的所述第一多个图像一起存储；
停止所述操作的执行；以及
编码所存储的所述第一多个图像和所述第二多个图像以产生视频，所述视频具有回放帧率和回放持续时间，其中，所述回放帧率或所述回放持续时间是预先定义的。
2.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分包括删除一半所存储的图像。
3.根据权利要求1所述的计算机系统，还包括分析所述第一多个图像的属性，其中，基于所述分析来丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分。
4.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述图像的预先定义的临界数目是基于在预先定义的回放帧率下的回放持续时间的范围。
5.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述图像的预先定义的临界数目是基于所定义的回放持续时间。
6.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述回放持续时间是预先定义的，并且通过预先定义的回放持续时间来确定所述回放帧率。
7.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，根据视频压缩格式完成所述编码。
8.一种计算机实现的方法，包括：
执行操作的一个或更多个迭代，每个迭代包括：
以第一捕获帧率获得第一多个图像；
存储所述第一多个图像；
当存储了预先定义的临界数目的图像时，丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分；
以第二捕获帧率获得第二多个图像，所述第二捕获帧率低于所述第一捕获帧率；以及
将所述第二多个图像与未被丢弃的所述第一多个图像一起存储；
停止所述操作的执行；以及
编码所存储的所述第一多个图像和所述第二多个图像以产生视频，所述视频具有回放帧率和回放持续时间，其中，所述回放帧率或所述回放持续时间是预先定义的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，丢弃所存储的图像中的一部分包括删除一半所存储的图像。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括分析所述第一多个图像的属性，并且其中，基于所述分析来丢弃所存储的图像中的一部分。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述图像的预先定义的临界数目是基于在预先定义的回放帧率下的回放持续时间的范围。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述图像的预先定义的临界数目是基于所定义的回放持续时间。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述回放持续时间是预先定义的，并且其中，通过预先定义的回放持续时间来确定所述回放帧率。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述编码是根据视频压缩格式。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述视频压缩格式是MPEG格式。
16.一种电子设备，所述电子设备包括：
照相机；
存储器，操作地耦合到所述照相机；以及
至少一个处理器，操作地耦合到所述存储器和所述照相机，其中，所述至少一个处理器被配置为：
使得所述照相机获取以第一图像捕获时间间隔分隔的第一多个图像；
使得所述存储器存储所述第一多个图像；
当存储了预先定义的临界数目的图像时，丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分；
使得所述照相机获得以第二图像捕获时间间隔分隔的第二多个图像，所述第二图像捕获时间间隔低于所述第一图像捕获时间间隔；以及
使得所述存储器将所述第二多个图像与未被丢弃的所述第一多个图像一起存储。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述处理器被配置为分析所述第一多个图像中的每个图像的属性。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述属性是从包括曝光值、运动参数、锐度、模糊和面部识别的组中选择的。
19.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述处理器被配置为基于对所述第一多个图像中的每个图像的属性的分析来丢弃所存储的所述第一多个图像中的一部分。
20.根据权利要求16所述的电子设备，还包括视频编解码器，其中，所述处理器被配置为使得所述视频编解码器编码所存储的所述第一多个图像和所述第二多个图像以产生视频。
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