CN105306804A - 智能终端及其视频稳像方法及装置 - Google Patents
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Abstract
智能终端及其视频稳像方法及装置，所述方法包括：在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；以调整后的时间戳偏移进行后续图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。本发明依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种智能终端及其视频稳像方法及装置。
背景技术
录像设备在录像过程中，设备本身的抖动会导致其采集到的原始视频也存在相应的抖动。尤其是对于一些具备录像功能的便携式手持移动终端来说，其在摄像时抖动幅度较大，因而采集到的原始视频也常常会伴随有明显的画面抖动。
近年来，随着运动传感器的成熟，录像设备可以借助于运动传感器来感知设备的抖动，从而用于视频画面的稳像和防抖。
基于运动传感器的视频稳像方案可以分为光学防抖方案和数字防抖方案。前者需要在相机模组中使用专用的运动传感器，并且需要马达控制模块来完成光学成像系统的实时补偿，设计和生产成本较高；后者则不需要专用的运动传感器，并且稳像过程完全由数字方案实现，设计成本较低。
本发明讨论的是数字防抖方案。公开号为US2013/0076921A1的美国专利公开了一种视频稳像方法，在图像传感器采集画面之后，基于运动传感器的数据进行帧间抖动估计，并进行逐帧的运动补偿，输出稳像之后的视频序列。
由于运动传感器获得的录像设备运动路径(或称为抖动路径)是即时的，而图像传感器从图像帧被采样到帧间运动估计需要花费一定的运算时间(通常是几毫秒)，因此，运动传感器和图像传感器之间会存在一定的时间戳偏移(timingdelay，td)。
数字防抖方案在进行抖动估计时，需要确定运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。现有技术中通常通过一组实验样本来标定该时间戳偏移。例如，拍摄一组视频并同时记录运动传感器的采样数据，通过诸如特征点匹配等方式来估计视频帧间的相对运动，并将该运动与运动传感器采样的运动路径进行对比，从而得到运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。在得到时间戳偏移之后，就可以以此进行后续的抖动估计以及抖动补偿。
如图1所示，图1中的方块对应运动传感器的样本值及其相应的时间戳；圆圈表示将视频帧时间戳经过时间戳偏移校准(Tf+td)之后对应到运动传感器数据上的位置，其对应的运动信息(motion)值可以当作该视频帧对应的运动信息(具体的“对应”过程可以采用某种插值算法来实现，本发明对此不作限定)；三角表示采用非最优的时间戳偏移(记为td`)对视频帧时间戳进行时间戳偏移校准(Tf+td`)之后对应到运动传感器数据上的位置。
在视频稳像过程中，视频稳像系统若采用非最优的时间戳偏移进行时间戳偏移校准，将会导致抖动估计和抖动补偿时所采用的运动路径，与图像传感器采样到图像帧时录像设备实际的运动路径不一致，进而对稳像效果带来不利影响。如何得到尽可能接近最优的时间戳偏移，是影响数字防抖方案稳像效果的重要因素。
如前所述，现有技术中确定时间戳偏移的方法，是在稳像前预先标定。在完成标定后，即以该标定的时间戳偏移进行抖动估计和抖动补偿，并假定时间戳偏移在整个录像过程中是恒定的。
发明人发现，录像时的自动曝光功能或者其他系统设计方面的因素，有时会导致时间戳偏移发生变化。因此，现有技术中假定时间戳偏移在整个录像过程中恒定的做法，会对稳像效果带来不利影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：在视频稳像过程中，如何减小因运动传感器和图像传感器之间时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种视频稳像方法，包括：
在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
以调整后的时间戳偏移进行后续图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
可选的，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种视频稳像方法，包括：
根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应；
根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿；
对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩，在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移，所述第一阈值是预设的；
若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
以调整后的时间戳偏移对后续的图像帧循环执行上述步骤，直至不需要调整时间戳偏移为止。
可选的，在得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中得出不需要调整时间戳偏移的判断为止；在所述重新校准状态下，针对每一帧图像执行时间戳校准步骤，在所述重新校准状态以外，每隔若干帧或固定的时间间隔执行时间戳校准步骤；所述时间戳校准步骤包括：所述获取图像帧中各个宏块运动估计的残差、所述得出图像帧的残差、所述判断出是否需要调整时间戳偏移、和所述若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移的步骤。
可选的，在所述进行图像帧与抖动路径在时间上的对应之前，还包括：
图像传感器采集到图像帧，将图像帧与采样时间对应保存；
运动传感器感知到录像设备的抖动路径，将抖动路径与采样时间对应保存。
可选的，在所述对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿之前，还包括：对所述图像帧进行抖动路径平滑。
可选的，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
可选的，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种视频稳像装置，包括：残差获取单元、残差统计单元、调整单元和稳像单元；其中：
残差获取单元，用于在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差。
残差统计单元，用于在所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
调整单元，用于在所述残差统计单元得出图像帧的残差之后，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
稳像单元，用于根据时间戳偏移或调整后的时间戳偏移进行图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
可选的，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种视频稳像装置，包括：稳像单元、视频压缩单元、残差获取单元、残差统计单元、判断单元和调整单元；其中：
稳像单元，用于根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应，还用于根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿；
视频压缩单元，用于对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩；
残差获取单元，用于在所述视频压缩单元视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
残差统计单元，用于在所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
判断单元，用于在所述残差统计单元得出图像帧的残差之后，将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移，所述第一阈值是预设的；
调整单元，用于在所述判断单元判断出是否需要调整时间戳偏移之后，若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
所述稳像单元、视频压缩单元、残差获取单元、残差统计单元、判断单元和调整单元以调整后的时间戳偏移对后续的图像帧进行上述处理，直至所述判断单元得出不需要调整时间戳偏移的判断为止。
可选的，在所述判断单元得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中所述判断单元得出不需要调整时间戳偏移的判断为止；在所述重新校准状态下，所述视频稳像装置针对每一帧图像进行时间戳校准，在所述重新校准状态以外，所述视频稳像装置每隔若干帧或固定的时间间隔进行时间戳校准；所述时间戳校准具体是：所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差、所述残差统计单元得出图像帧的残差、所述判断单元判断出是否需要调整时间戳偏移、和所述调整单元在需要调整时间戳偏移的情况下，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。
可选的，所述视频稳像装置还包括：第一存储单元和第二存储单元；其中：
第一存储单元，用于在图像传感器采集到图像帧之后，将图像帧与采样时间对应保存；
第二存储单元，用于在运动传感器感知到录像设备的抖动路径之后，将抖动路径与采样时间对应保存。
可选的，所述稳像单元，还用于在对图像帧进行抖动估计和抖动补偿之前，对该图像帧进行抖动路径平滑。
可选的，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
可选的，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种智能终端，所述智能终端具备录像功能，包括图像传感器和运动传感器，还包括上述视频稳像装置。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
进一步地，通过预设第一阈值，并依据残差统计量和第一阈值判断是否需要调整时间戳偏移，以避免对每一帧图像都进行时间戳调整带来的运算负担。
进一步地，在得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，对于重新校准状态下和重新校准状态以外采用不同的时间戳校准频率，从而既保证了快速逼近时间戳偏移的真实值，又在时间戳偏移变化较小时减小了运算负担。
进一步地，采用诸如坐标下降法或梯度下降法等最优化算法来调整所述时间戳偏移，从而能够更快地逼近时间戳偏移的最优值。
附图说明
图1是运动传感器样本数据时间戳与图像传感器视频帧时间戳之间的偏移示意图；
图2是本发明实施例中的录像设备录像方法流程图；
图3是本发明实施例中的视频稳像方法流程图；
图4是本发明另一实施例中的视频稳像方法流程图；
图5是本发明实施例中的视频稳像装置结构框图；
图6是本发明另一实施例中的视频稳像装置结构框图。
具体实施方式
正如背景技术部分所分析的，由于运动传感器获得的录像设备运动路径是即时的，而图像传感器从图像帧被采样到帧间运动估计需要花费一定的运算时间，因此，运动传感器和图像传感器之间会存在一定的时间戳偏移。
该时间戳偏移是视频稳像系统进行抖动估计和抖动补偿时的重要参数。现有技术假定时间戳偏移在整个录像过程中是恒定的，但录像时的自动曝光功能或者其他系统设计方面的因素，有时会导致时间戳偏移发生变化。
针对现有技术的上述缺陷，发明人经研究后发现，在视频稳像过程中，若采用非最优的时间戳偏移进行抖动估计和抖动补偿，其一方面会导致稳像效果变差，另一方面还会引起视频压缩时运动估计的残差变大。
基于上述分析，发明人提出了依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移的发明构思。并在此基础上对现有的视频稳像方法进行了改进，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下参照附图，通过具体实施例进行详细说明。
首先对录像设备从图像帧采集到压缩后保存的过程进行简要介绍，参照图2所示的录像设备录像方法流程图。
S201，图像传感器采集到图像帧，将图像帧与采样时间对应保存。
录像设备通常以帧为单位对视频进行处理。
录像设备通过图像传感器采集到一帧图像帧后，以数字形式保存该图像帧，同时也会记录该图像帧对应的时间戳。
S202，运动传感器感知到录像设备的抖动路径，将抖动路径与采样时间对应保存。
录像设备通过运动传感器感知录像设备的运动路径，并将该运动路径与采样时间对应保存。录像设备可以包括图像传感器、运动传感器、视频稳像系统和视频压缩系统等部件。假设录像设备中各部件的运动路径相同，即认为运动传感器的运动路径等于整个录像设备的运动路径，又等于图像传感器的运动路径。
S203，根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应。
对于采样到的图像帧和抖动路径，进行时间戳对应步骤，即根据系统中保存的时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应。
如前所述，现有技术中时间戳偏移是预先标定的；而本发明可以实现时间戳偏移的动态调整。
可以理解的是，若采用非最优的时间戳偏移，就会在此步骤中错误地将t1时刻采集到的图像帧与t2时刻录像设备的抖动路径对应(t1≠t2)，从而对稳像效果带来不利影响。
S204，根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿。
在完成了图像帧和抖动路径在时间上的对应之后，可以先进行抖动路径平滑，而后进行抖动估计和抖动补偿。
当然，在极端的情况下，理论上也可以跳过抖动路径平滑的步骤，直接进行抖动估计和抖动补偿。
在完成了抖动补偿之后，即是完成视频稳像。
S205，对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩，在视频压缩过程中，得出帧间运动估计的残差。
将经过视频稳像之后的图像帧输入到视频压缩模块。视频压缩模块在视频压缩过程中，会进行运动估计(MotionEstimation)。
运动估计的基本思想，是将图像序列的每一帧分成多个宏块(例如可以是16×16＝256个宏块，通常情况下，这些宏块之间是互不重叠的)，并假定同一宏块内的所有像素位移相同。对于每一个宏块(称为“当前块”)进行运动搜索，即在参考帧的某一给定的搜索范围内根据预定的匹配条件找出与该当前块相似度最大的宏块(称为“匹配块”)。在搜索出匹配块之后，根据匹配块在参考帧中的位置，以及当前块在当前帧中的位置，两者之间的相对位移即为当前帧当前块相对于参考帧的运动矢量。
视频压缩过程中，一方面会根据前述搜索匹配块的方式得出实际的运动矢量(参考值)，另一方面也会对当前块的运动矢量进行估计，得出运动矢量的估计值，估计值与实际值之间的差即为残差。
在完成视频压缩之后，保存参考帧、运动矢量和残差数据，就可以恢复出压缩前的视频。
如下所述，本发明实施例提供一种视频稳像方法。
参照图3所示的视频稳像方法流程图，以下通过具体步骤进行详细说明：
S301，在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差。
在视频压缩过程中，会进行运动估计，并在压缩后的文件中保存图像帧中各个宏块运动估计的残差。本发明针对图像帧中的各个宏块获取其运动估计的残差，并在后续的步骤中以此为基础进行时间戳偏移的调整。
S302，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差。
如前所述，运动估计过程中，会将图像序列的每一帧分为多个宏块。此处仍假定将一个图像帧分为16×16＝256个宏块，则相应地也就有256个残差，统计这256个残差，即可得到该图像帧的残差。
视频稳像和视频压缩的过程，通常是以帧为单位进行处理的。本发明调整时间戳偏移的依据是图像帧的残差，而非图像帧中某一宏块的残差。
S303，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。
如前所述，时间戳偏移是视频稳像系统进行抖动估计和抖动补偿时的重要参数。若将抖动补偿视为多变量函数(这些变量除时间戳偏移以外，还包括镜头焦距、曝光时间、运动传感器的零点偏移等)的求值，则调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移的过程，即是搜索时间戳偏移这个参数的最优值(即为真实值)的过程。
具体地，可以采用坐标下降法、梯度下降法或是其他最优化算法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的最优值，本发明对具体的最优化算法的选择不作限定。
S304，以调整后的时间戳偏移进行后续图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
可以理解的是，由于录像设备通常是先进行视频稳像、后进行视频压缩，因此，在步骤S301得到残差时，该图像帧的稳像工作就已经先行完成了。经步骤S303调整后的时间戳偏移，将会在后续图像帧的视频稳像中，被用于时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
也就是说，本发明采用了一种反馈机制，利用视频压缩时得到的残差来对前端的视频稳像预处理提供反馈，从而实现了运动传感器和图像传感器之间时间戳偏移的动态同步。
通过上述对技术方案的描述可以看出，本实施例依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
由于现有的各种最优化算法通常会涉及多次迭代。因此，也就需要多次调整时间戳偏移，来逐渐逼近时间戳偏移的最优值。每一次迭代即是：调整时间戳偏移——以调整后的时间戳偏移进行下一帧图像的稳像——获取下一帧图像的残差的过程。
在实际应用中，每一帧图像其真实的时间戳偏移是动态变化的，并且图像压缩过程中的残差也是始终存在的。因此，若对于每一帧图像的残差都进行后续的时间戳偏移调整，以每秒60帧的视频为例，则每秒会涉及60次的时间戳偏移调整，由此会带来较大的运算负担。
为此，本发明实施例提供一种视频稳像方法，以避免上述时间戳偏移调整过于频繁的缺陷。
参照图4所示的视频稳像方法流程图，以下通过具体步骤进行详细说明：
S401，预设第一阈值。
所述第一阈值会在后续的步骤中用于判断是否需要调整时间戳偏移。
在具体实施中，该步骤可以在录像设备出厂前设置完成，也可以通过软件的方式提供相应的设置界面，由用户自主设置。
S402，图像传感器采集到图像帧，将图像帧与采样时间对应保存。
采集到的图像帧通常以帧为单位进行保存，录像设备在保存图像帧的同时，也会记录该图像帧被采样到的时间，即该图像帧对应的时间戳。
S403，运动传感器感知到录像设备的抖动路径，将抖动路径与采样时间对应保存。
运动传感器的作用是感知自身的位移，具体可以是陀螺仪或加速度传感器等。我们假设录像设备中各部件的运动路径相同，即认为运动传感器的运动路径等于整个录像设备的运动路径，又等于图像传感器的运动路径。
可以理解的是，步骤S402和步骤S403可以由图像传感器和运动传感器各自独立完成，因而不存在确定的先后关系。
S404，根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应。
如前所述，由于运动传感器获得的录像设备运动路径是即时的，而图像传感器从图像帧被采样到帧间运动估计需要花费一定的运算时间，因此，运动传感器和图像传感器之间会存在一定的时间戳偏移。
在完成步骤S402和S403之后，根据系统中保存的时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应，该时间戳偏移是经上一帧图像处理并调整时间戳偏移后的结果。可以理解的是，在首次执行此步骤前，需要给时间戳偏移赋予一个初值。
在此步骤中，若采用非最优的时间戳偏移进行上述对应，将会导致后续抖动估计和抖动补偿时所采用的运动路径，与图像传感器采样到图像帧时录像设备实际的运动路径不一致。
S405，根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿。
在具体实施中，在步骤S404完成了图像帧与抖动路径在时间上的对应之后，可以先进行抖动路径的平滑，而后进行抖动估计和抖动补偿。
当然，在极端的情况下，理论上也可以跳过抖动路径平滑的步骤，直接进行抖动估计和抖动补偿。
在完成了抖动补偿之后，即是完成了对该图像帧的视频稳像。
S406，对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩，在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差。
S407，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差。
S408，将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移。
本实施例并非对于每一帧图像的残差都进行后续的时间戳偏移调整，而是先借助于第一阈值进行判断，在需要进行时间戳偏移调整的时候才进行调整。
所述第一阈值已在先前的步骤S401中预设。
当残差大于第一阈值时(Si>th，其中，Si表示第i帧图像中各宏块的残差统计量，th表示第一阈值)，说明残差较大，需要调整时间戳偏移；反之，当残差小于第一阈值时(Si<th)，说明残差较小，无需调整时间戳偏移。
通过上述对技术方案的描述可以看出：本实施例通过预设第一阈值，并依据残差统计量和第一阈值判断是否需要调整时间戳偏移，以避免对每一帧图像都进行时间戳调整带来的运算负担。
S409，若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。
如前所述，现有的各种最优化算法通常会涉及多次迭代，且在实际应用中，每一帧图像其真实的时间戳偏移是动态变化的。因此，在步骤S409采用最优化算法，进行时间戳偏移的调整之后，调整后的时间戳偏移与其真实值仍然会存在一定的偏差。
在步骤S409之后，以调整后的时间戳偏移处理下一帧图像，即重复步骤S404至S409，直至在步骤S408中得出不需要调整时间戳偏移为止。
具体地，可以采用坐标下降法、梯度下降法或是其他最优化算法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的最优值，本发明对具体的最优化算法的选择不作限定。
以坐标下降法为例进行具体说明：
在第i帧图像的处理中，在步骤S408得出需要调整时间戳偏移的判断(Si>th，Si表示第i帧图像中各宏块的残差统计量，th表示第一阈值)之后，以预设的初始搜索步长(记为step，该step的值可以与残差统计量Si有关，也可以无关)进行时间戳偏移的调整，则有tdi+k＝tdi+step，其中，tdi+k表示对第i+k帧图像进行稳像时的时间戳偏移(本实施例以每隔k帧进行一次时间戳校准步骤为例)，也就是调整后的时间戳偏移，tdi表示对第i帧图像进行稳像时的时间戳偏移，也就是调整前的时间戳偏移。
在第i+k帧图像的处理中，根据步骤S408将该图像帧对应的残差统计量Si+k与第一阈值th进行比较，如果Si+k<th，则得出不需要调整时间戳偏移的判断，循环结束(即时间戳偏移的调整已经完成)，如果Si+k>th，则说明需要进一步调整时间戳偏移。
此时，根据坐标下降法，需要先判断上一轮调整的方向是否正确。具体地，将Si+k与Si进行比较，若Si+k<Si，则说明调整方向正确，若Si+k>Si，则说明调整方向错误。在调整方向正确的情况下，可以增大搜索步长，即tdi+2k＝tdi+k+2×step；在调整方向错误的情况下，则恢复到调整前的值，并在此基础上向反方向调整，调整的幅度减小，即tdi+2k＝tdi-step/2。
继续每隔k帧进行一次时间戳校准步骤，直至在步骤S409中得出不需要调整时间戳偏移的判断为止。
通过上述对技术方案的描述可以看出：本实施例依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
在具体实施中，可以针对每一帧图像执行上述步骤S407至S409，也可以每隔若干帧图像或者是固定的时间间隔执行上述步骤S407至S409，以减小运算负担。
进一步地，可以在某一次步骤S408得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进行重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中得出不需要调整时间戳偏移的判断为止。在重新校准状态下，对于后续图像帧的处理，可以针对每一帧图像执行上述时间戳校准步骤(即逐帧更新时间戳偏移)；而在非重新校准状态下，则可以每隔若干帧图像或者是固定的时间间隔执行上述时间戳校准步骤(即每隔固定周期更新时间戳偏移)，或者是参考其他辅助信息(例如图像成像系统的曝光设置等)来确定时间戳校准步骤的执行频率。可以理解的是，所述时间戳校准步骤即为上述步骤S407至S409。
通过不断地迭代来逼近时间戳偏移的最优值的过程，可以持续几帧或者是几十帧图像，具体是由第一阈值所决定的。若设定的第一阈值较大，即能够容忍较大的残差，则调整时间戳偏移的频率会较低，运算负担较小，但对于稳像效果的改善也较差；反之，若设定的第一阈值较小，则调整时间戳偏移的频率会较高，运算负担较大，但对于稳像效果的改善也更明显。
通过上述对技术方案的描述可以看出：本实施例在得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，对于重新校准状态下和重新校准状态以外采用不同的时间戳校准频率，从而既保证了快速逼近时间戳偏移的真实值，又在时间戳偏移变化较小时减小了运算负担。
如下所述，本发明实施例提供一种视频稳像装置。
参照图5所示的视频稳像装置结构框图：
所述视频稳像装置包括：残差获取单元501、残差统计单元502、调整单元503和稳像单元504；其中各单元的主要功能如下：
残差获取单元501，用于在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差。
残差统计单元502，用于在所述残差获取单元501获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
调整单元503，用于在所述残差统计单元502得出图像帧的残差之后，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
稳像单元504，用于根据时间戳偏移或调整后的时间戳偏移进行图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
在上述实施例中，依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
在具体实施中，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
如下所述，本发明实施例提供一种视频稳像装置。
参照图6所示的视频稳像装置结构框图：
所述视频稳像装置包括：稳像单元604、视频压缩单元605、残差获取单元601、残差统计单元602、判断单元606和调整单元603；其中各单元的主要功能如下：
稳像单元604，用于根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应，还用于根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿；
视频压缩单元605，用于对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩；
残差获取单元601，用于在所述视频压缩单元605视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
残差统计单元602，用于在所述残差获取单元601获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
判断单元606，用于在所述残差统计单元602得出图像帧的残差之后，将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移，所述第一阈值是预设的；
调整单元603，用于在所述判断单元606判断出是否需要调整时间戳偏移之后，若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
所述稳像单元604、视频压缩单元605、残差获取单元601、残差统计单元602、判断单元606和调整单元603以调整后的时间戳偏移对后续的图像帧进行上述处理，直至所述判断单元606得出不需要调整时间戳偏移的判断为止。
在上述实施例中，依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
进一步地，通过预设第一阈值，并依据残差统计量和第一阈值判断是否需要调整时间戳偏移，以避免对每一帧图像都进行时间戳调整带来的运算负担。
在具体实施中，在所述判断单元606得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中所述判断单元606得出不需要调整时间戳偏移的判断为止；在所述重新校准状态下，所述视频稳像装置针对每一帧图像进行时间戳校准，在所述重新校准状态以外，所述视频稳像装置每隔若干帧或固定的时间间隔进行时间戳校准；所述时间戳校准具体是：所述残差获取单元601获取图像帧中各个宏块运动估计的残差、所述残差统计单元602得出图像帧的残差、所述判断单元606判断出是否需要调整时间戳偏移、和所述调整单元603在需要调整时间戳偏移的情况下，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器607和图像传感器608之间的时间戳偏移。
在上述实施例中，在得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，对于重新校准状态下和重新校准状态以外采用不同的时间戳校准频率，从而既保证了快速逼近时间戳偏移的真实值，又在时间戳偏移变化较小时减小了运算负担。
在具体实施中，所述视频稳像装置还包括：图像传感器607、运动传感器608、第一存储单元609和第二存储单元610；其中：
第一存储单元609，用于在图像传感器607采集到图像帧之后，将图像帧与采样时间对应保存；
第二存储单元610，用于在运动传感器608感知到录像设备的抖动路径之后，将抖动路径与采样时间对应保存。
在具体实施中，所述稳像单元604，还用于在对图像帧进行抖动估计和抖动补偿之前，对该图像帧进行抖动路径平滑。
在具体实施中，所述调整运动传感器607和图像传感器608之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
在具体实施中，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
如下所述，本发明实施例提供一种智能终端。所述智能终端具备录像功能，包括图像传感器和运动传感器。
与现有技术的不同之处在于，该智能终端还包括如本发明实施例中所提供的视频稳像装置。因而该智能终端能够依据视频压缩过程中得到的运动估计的残差，来调整视频稳像过程中运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移，从而在时间戳偏移因自动曝光等因素发生变化时，系统能够对时间戳对应、抖动估计和抖动补偿时所使用的时间戳偏移进行动态调整，减小了因时间戳偏移的变化对稳像效果带来的不利影响。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (17)
1.一种视频稳像方法，其特征在于，包括：
在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
以调整后的时间戳偏移进行后续图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
2.如权利要求1所述的视频稳像方法，其特征在于，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
3.一种视频稳像方法，其特征在于，包括：
根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应；
根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿；
对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩，在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移，所述第一阈值是预设的；
若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
以调整后的时间戳偏移对后续的图像帧循环执行上述步骤，直至不需要调整时间戳偏移为止。
4.如权利要求3所述的视频稳像方法，其特征在于，在得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中得出不需要调整时间戳偏移的判断为止；在所述重新校准状态下，针对每一帧图像执行时间戳校准步骤，在所述重新校准状态以外，每隔若干帧或固定的时间间隔执行时间戳校准步骤；所述时间戳校准步骤包括：所述获取图像帧中各个宏块运动估计的残差、所述得出图像帧的残差、所述判断出是否需要调整时间戳偏移、和所述若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移的步骤。
5.如权利要求3所述的视频稳像方法，其特征在于，在所述进行图像帧与抖动路径在时间上的对应之前，还包括：
图像传感器采集到图像帧，将图像帧与采样时间对应保存；
运动传感器感知到录像设备的抖动路径，将抖动路径与采样时间对应保存。
6.如权利要求3所述的视频稳像方法，其特征在于，在所述对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿之前，还包括：对所述图像帧进行抖动路径平滑。
7.如权利要求3所述的视频稳像方法，其特征在于，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
8.如权利要求3所述的视频稳像方法，其特征在于，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
9.一种视频稳像装置，其特征在于，包括：残差获取单元、残差统计单元、调整单元和稳像单元；其中：
残差获取单元，用于在视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差。
残差统计单元，用于在所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
调整单元，用于在所述残差统计单元得出图像帧的残差之后，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
稳像单元，用于根据时间戳偏移或调整后的时间戳偏移进行图像帧的时间戳对应、抖动估计和抖动补偿。
10.如权利要求9所述的视频稳像装置，其特征在于，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
11.一种视频稳像装置，其特征在于，包括：稳像单元、视频压缩单元、残差获取单元、残差统计单元、判断单元和调整单元；其中：
稳像单元，用于根据时间戳偏移，进行图像帧与抖动路径在时间上的对应，还用于根据图像帧所对应的抖动路径，对该图像帧进行抖动估计和抖动补偿；
视频压缩单元，用于对抖动补偿之后的图像帧进行视频压缩；
残差获取单元，用于在所述视频压缩单元视频压缩过程中，获取图像帧中各个宏块运动估计的残差；
残差统计单元，用于在所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差之后，对图像帧中各个宏块的残差进行统计，得出图像帧的残差；
判断单元，用于在所述残差统计单元得出图像帧的残差之后，将所述残差与所述第一阈值进行比较，判断出是否需要调整时间戳偏移，所述第一阈值是预设的；
调整单元，用于在所述判断单元判断出是否需要调整时间戳偏移之后，若需要调整时间戳偏移，则采用最优化算法，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移；
所述稳像单元、视频压缩单元、残差获取单元、残差统计单元、判断单元和调整单元以调整后的时间戳偏移对后续的图像帧进行上述处理，直至所述判断单元得出不需要调整时间戳偏移的判断为止。
12.如权利要求11所述的视频稳像装置，其特征在于，在所述判断单元得出需要调整时间戳偏移的判断之后，进入重新校准状态，直至在后续的图像帧处理中所述判断单元得出不需要调整时间戳偏移的判断为止；在所述重新校准状态下，所述视频稳像装置针对每一帧图像进行时间戳校准，在所述重新校准状态以外，所述视频稳像装置每隔若干帧或固定的时间间隔进行时间戳校准；所述时间戳校准具体是：所述残差获取单元获取图像帧中各个宏块运动估计的残差、所述残差统计单元得出图像帧的残差、所述判断单元判断出是否需要调整时间戳偏移、和所述调整单元在需要调整时间戳偏移的情况下，依据所述图像帧的残差，调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移。
13.如权利要求11所述的视频稳像装置，其特征在于，还包括：第一存储单元和第二存储单元；其中：
第一存储单元，用于在图像传感器采集到图像帧之后，将图像帧与采样时间对应保存；
第二存储单元，用于在运动传感器感知到录像设备的抖动路径之后，将抖动路径与采样时间对应保存。
14.如权利要求11所述的视频稳像装置，其特征在于，所述稳像单元，还用于在对图像帧进行抖动估计和抖动补偿之前，对该图像帧进行抖动路径平滑。
15.如权利要求11所述的视频稳像装置，其特征在于，所述调整运动传感器和图像传感器之间的时间戳偏移具体是：采用坐标下降法或梯度下降法来调整所述时间戳偏移，使其逼近时间戳偏移的真实值。
16.如权利要求11所述的视频稳像装置，其特征在于，所述运动传感器为陀螺仪或加速度传感器。
17.一种智能终端，所述智能终端具备录像功能，包括图像传感器和运动传感器，其特征在于，还包括如权利要求9至16中任一项所述的视频稳像装置。
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