CN1181668C - 检测视频信号中的文本的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在检测视频信号(VS)中的文本信息的方法中，视频信号(VS)中高的水平频率被检测(ED)，来得到水平边缘检测结果(refo，refpp1，refpp2)，并且使在给定位置的水平边缘检测结果(refo)与在垂直邻近位置的水平边缘检测结果(refpp1，refpp2)关联。

Description

检测视频信号中的文本的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种检测视频信号中的文本的方法和设备。
背景技术
EP-A-0687105揭示了视频信号中检测移动的方法。这种方法可以用于在场中的线之间产生新的线。首先，穿过图像的差分信号被计算。使用两个连续场计算的边缘信息，来水平地扩展这个差分信号，其中差分信号给出了检测位置的最小移动区域。边缘检测器基于最小移动区域的连续奇数与偶数场之间的阈值差分信号，并且基于根据水平边缘的最小移动区域可控制的水平扩展。这里，水平边缘具有高的垂直频率。
US-A-5051826揭示了垂直边缘检测电路，它适用于电视图像移动的逐行扫描转换电路。它包括第一电路(基于线存储器)，用于从隔行扫描输入电视信号中产生场内差分信号，和第二电路(基于场存储器)用于从隔行扫描的输入电视信号中产生场间差分信号。当帧间差分信号小于预定值时，第三电路选择性地输出场内和场间差分信号的最大值，而当它大于预定值时，输出场内差分信号。这份文件中所谓的“垂直边缘”，与EP-A-0687105中所谓的“水平边缘”相同。
US-A-5565998(律师的记录摘要PHB33.833)揭示了在视频序列中识别电影帧的方法。
已知的移动补偿差值技术存在这样的问题，即它们不能处理滚动文本。特别困难的是对付在电影模式背景上滚动的视频模式文本，这在视频模式文本加到电影模式信号时发生。这里，电影模式意味着一对隔行场涉及相同的移动项，当使用1个电影帧来产生2个隔行视频场，从而在25Hz电影信号中获得50Hz视频信号时，这会发生。在视频模式中，每个场代表分离的移动项。在上述出版物中不处理这些问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的文本检测。
根据本发明的一种检测视频信号中的文本的方法，该方法包括：用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测步骤；和，用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的步骤。
本发明还包括基于上述方法的优选实施例。
根据本发明一种用于检测视频信号中的文本的设备，该设备包括：用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测装置；和，用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的装置。
根据本发明的一种显示装置，包括：一个用于检测视频信号中的文本的设备，其中包括用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测装置；和用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的装置；一个移动补偿处理器，用于根据所述文本检测设备的输出对所述视频信号进行移动补偿处理；和，一个显示器，用于显示所述移动补偿处理器的输出。
从此后描述的实施例及其说明中，本发明的这些和其它方面将会更明显。
附图说明
在附图中：
图1显示了显示装置，它包括根据本发明的移动文本检测器的第一
实施例；
图2显示了根据本发明的移动文本检测器的第二实施例；而
图3显示了本发明优选实施例中使用的测量窗口。
具体实施方式
根据本发明的静止/移动文本检测器的目的，是在视频图像中识别文本，其中文本对特殊的视频处理，如移动补偿插值非常敏感。我们定义文本为关联数量的连续字符，其间可能有空格。本发明不限于拉丁字符表中的字符，系统对其它字符表中的字符处理得也很好，特别是阿拉伯字符。
图1的显示装置包括：
-瞬态(边缘)检测器ED，它指示视频信号VS中任何文本瞬态的水平位置和方向(低到高的变化和高到低的变化)。
-关联器C，它比较3个空间连续线上的文本位置和方向(场n中的线m，场n中的线m-2(即在隔行视频信号中，相同场中的前置线)，和空间上在这些线m-2与m之间，但位于场n-1中的线m-1)。
-后处理单元PPU，它检查是否检测的瞬态实际符合文本，并且在这种情况下，它们指示检测的文本瞬态符合静止文本，还是符合水平说明移动文本。后处理单元PPU还可以给出附加的信息，如文本的速度。它可以被容易地扩展，从而还给出文本的高度和长度，它在屏幕中的位置等。后处理单元PPU将速度估计SE发出到关联器C。速度估计SE指示文本的速度，使关联器C找到正确的位置。
-窗口指示单元W，它允许限制部分特定画面的检测。
-移动补偿处理器MCP(例如，100Hz转换器)，它根据检测的文本和关联信息(静止/移动文本，速度等)，处理视频信号(VS)。
-显示设备D，用于显示移动补偿视频信号。
瞬态检测器ED和关联器C处理象素基，而后处理单元PPU处理线基。瞬态检测器ED查找一些象素(典型地为三个象素)中低阈值与高阈值交叉的亮度水平。检测器ED的输出refo(象素)是：
0如果象素符合高到低的瞬态。
2如果象素符合低到高的瞬态。
1其它情况。
基本上，检测器ED标记文本字符的大约第一和最后象素。
文本检测的原理使用了这样的事实，即小的垂直线是文本的特点，在文本的情况下，
-在一些连续线(场n中的线m，场n中的线m-2，和空间上在这些线m-2与m之间，但位于场n-1中的线m-1)上，检测器refo[象素]的输出之间有高的关联性，和
-在整个文本长度上，标记象素(在0和2的refo[象素])的密度相对高。
在隔行视频模式中，静止/移动检测的原理是：
-在静止文本中，从场n中的线m到场n中的线m-2匹配的瞬态频率，低于从场n中的线m到场n-1中的线m-1匹配的瞬态频率，其中场n-1中的线m-1垂直地位于场n中的线m与m-2之间，而
-在移动文本中，从场n中的线m到场n中的线m-2匹配的瞬态频率，更高于从场n中的线m到场n-1中的线m-1匹配的瞬态频率，其中场n-1中的线m-1垂直地位于场n中的线m与m-2之间。
通过用前置帧的数据代替前置场的数据，上述原理可以容易地适应逐行扫描视频模式。
关联器C和后处理单元PPU使用这些思想，来识别线是否包含静止文本，移动文本，还是不包含文本。在一个实施例中，使用了三个计数器。计数1代表从场n中的线m-2到场n中的线m匹配的频率。计数2代表从场n中的线m到场n-1中的线m-1匹配的频率。计数3符合线中文本的长度；它用于对文本检测设置适当的阈值。
如果计数2＞计数3/16，并且计数2＞计数1，则检测静止文本。
如果计数1＞计数3/16，并且计数1＞2*计数2，则检测移动文本。
这个系统被证明适于正确地检测静止和移动文本。特别是，没有发现系统将移动(静止)文本识别为静止(移动)文本的特定情况。在字符序列的高度内，特别是所有的线都识别为字符线，除了有时相应于字符序列顶部或底部的线。
在多路并发信号中，有一些“错误检测”的情况。通过在具有文本的线组之间，检测一些没有文本的线的出现，来解决这个问题。
这种算法能够被扩展，从而给出文本的水平速度。通过提供我们已知的文本移动方向，系统需要m线来识别文本在速度上等于m象素/场。如果我们不知道方向，那么我们需要2*m线来识别速度。在多数情况下，我们可以检测文本从屏幕的哪一侧进入，并且知道文本的方向。如果我们考虑，通常文本的速度(＝10象素/场，那么我们可以在一个字符高度内可靠地加速输出。当检测到文本时，这个文本搜索机制用于第一场。速度的结果可以直接用于后面场中的静止/移动文本检测。
该系统还可以容易地提供关于检测的文本的尺寸和位置的信息。
在图2中，给出了移动文本检测器更具体的方块图。系统的心脏仍然由边缘检测器ED、关联器C和后处理单元PPU组成。边缘检测器ED的输出是瞬态的位置和方向的信息。这个信息既被关联器C使用，又被存储在线存储器LM和场存储器FM中。关联器C需要三条线的边缘信息：当前线和当前场的前置线，和前置场之间的线。由于多数水平移动文本预期出现在屏幕的顶部和底部，加入了柔性的窗口指示单元W，来限制需要处理的量。
除了图1的实施例，图2的实施例包括基于象素的尖峰检测器P，其输出被基于场的控制处理器CP使用，通过边缘水平选择信号EL的方式，来适应边缘检测器ED的阈值水平。控制处理器CP将窗口选择信号WS发出到窗口指示单元W，用于适应窗口。例如，如果检测到移动文本，那么窗口可以适应文本的移动(例如除了二*二的水平独立窗口，还采用图3例子中的从hwindow_start_left到hwindow_start_right扩展的二*一的大窗口)。控制处理器CP还发出信号是电影模式还是视频模式或文本模式的信号。
所以，我们以柔性方式确定窗口(见图3)。这个柔性窗口确定的另一个原因是，可以以尽可能小的窗口，尽可能早地检测文本从右到左的滚动，或从左到右的滚动(例如阿拉伯文)。通过使hwindow_stop_left＞hwindow_start_right，并且vwindow_stop_top＞vwindow_start_bottom，4个窗口可以组合成一个。
在简单应用中，尖峰检测器P容易地检测测量窗口中最高的亮度水平。
文本检测器检测视频信号中大的、快的瞬态。有很多方法来实现。在一个实施例中，使用了“事件检测器”，它检测两个阈值何时交叉亮度(low_threshold，再次high_threshold)。只当阈值连续交叉时，输出将在预定时间内。
进一步的实施例包括第三检测器(阈值/速度检测器)，它不仅搜索阈值的交叉，而且设置允许瞬态的时间限制。以这种方式，考虑瞬态的振幅和速度。
移动文本的最大速度可以非常高。如果在2秒内文本交叉屏幕，那么意味着在100场内大约800个象素，或者每个场8个象素。通过这样的速度，检测器会锁定错误的瞬态，错误地指示文本非移动。由于这个原因，我们扩展检测器来给出上升和下降瞬态的差分输出：0＝检测的下降边缘，1＝没有边缘，2＝检测的上升边缘。
下面解释新的检测器。
阈值/陡度检测器检测亮度信号何时交叉低阈值或高阈值。其结果是两个1位信号。它们存储在一个移位寄存器中，该寄存器可以得到三个样本。
在下一步中，我们测量在3个象素中阈值是否交叉。通过将三个象素以前的1位信号与当前比较，我们来完成这步。如果是这种情况，那么我们作后面的事情：
-如果亮度信号从高到低(首先交叉高阈值，并且在3个象素内也交叉低阈值)，那么我们使输出信号为0；
-如果亮度信号从低到高(首先交叉低阈值，并且在3个象素内也交叉高阈值)，那么我们使输出信号为2；
-在所有其它情况下，输出信号为1。
为了在存储器中存储边缘信息，我们假设线存储器LM可以定位在处理器CP的本地缓存中。场存储器必须在外部(SD)RAM中，这样将影响存储器带宽。由于边缘检测ED只需要每象素2位，能够将四象素的边缘检测器输出封装成一字节。在硬件应用中，封装/拆封非常便宜，并且在那种情况下，会超过存储器带宽的增加。
下面介绍关联器C的操作。上述检测器ED识别文本字符开始或结束(输出0或2)的机率高的象素。关联器C的目标是确定象素是否符合文本，并且在我们处理文本的情况下，确定文本是静止的还是移动的。为此，关联器C将当前线的检测器ED的输出refo，与空间上相同场中之前2条线的检测器ED的输出refpp1比较，并且与前置场之前1条线的检测器ED的输出refpp2比较。
首先，在文本出现的线中，在整个文本宽度上，通常有相对高密集度的检测器输出0或2。如果我们假设文本出现，那么我们认为在多数情况下，文本的限制将符合不同于1的首先和最后的检测器输出。从检测器输出中，我们可以这样确定文本的长度。数据还可以用于设置文本识别检测器输出0或2的次数。
我们考虑这样的事实，即主要的文本字符趋于包含小的垂直线。由此，在文本出现的情况下，我们期待连续线检测器ED输出之间的很多相似。
在文本是静止的情况下，与相同场在空间之前2条线的检测器ED的输出refpp1相比，当前线检测器ED的输出refo会更好地匹配前置场之前一条线的检测器ED的输出refpp2。在隔行视频信号中，refpp1对应关于refo的相同场中的前置线。
相反，如果文本是移动的，那么与前置场在空间上之前一条线的检测器ED的输出refpp2相比，当前线检测器ED的输出refo会更好地匹配相同场在空间上之前2条线的检测器ED的输出refpp1。
静止文本的特点在于，从线m-1，场n-1到线m，场n匹配的瞬态频率，与从线m-2，场n到线m，场n匹配的瞬态频率是可比的。移动文本的特点在于，从线m-1，场n-1到线m，场n匹配的瞬态频率，低于与从线m-2，场n到线m，场n匹配的瞬态频率。
一个机构可以加到文本检测器中，来找出文本移动的速度。如果我们将正确的移动补偿应用在检测器的输出上，通过移动阵列refpp2[]中的索引，来计算当前线检测器的输出与前置场之前1条线的一个检测器如何频繁地匹配，那么通过关联器，移动文本将被看作是静止文本。然后文本的速度符合refpp2[]索引的移动。
一个搜索机构开始查找静止文本。如果检测到移动文本，那么速度增加一个象素/线。对于后面的文本线，当前线检测器ED的输出refo与前置场在空间上之前1线的检测器的一个refpp2如何频繁匹配的计算，考虑了一个象素的移动补偿。如果关联器C仍然指示“移动文本”，那么对于下一个文本线检测，速度进一步增加一个象素。当达到正确的速度时，这意味着速度*线之后，关联器指示“静止文本”。这个处理允许检测几条线中的文本和它的移动速度。
由于搜索机构从“静止文本”位置(速度＝0)开始，对于适当的收敛速度搜索，关联地知道文本在哪个方向上移动。如果我们假设足够快地检测到文本进入画面，那么根据文本被首先检测到的窗口，我们知道文本从左侧还是右侧进入屏幕。在那种情况下，我们还知道文本的滚动方向。另一种可能性是，在两个连续场中，比较检测从文本的第一象素和检测为文本的最后象素的信息。
本发明的一方面可以如下概括，在视频中，文本，特别是水平滚动文本，对移动补偿处理(例如100Hz转换)特别敏感。本发明的优选实施例能够检测文本，并且通过边缘检测器ED和关联器C的方式，确定它是静止的还是移动的。特定的应用还可以给出附加的信息，像文本的速度，它的高度或长度或它在屏幕上的位置。原理作用于隔行和逐行信号上，从关于不同时间(场/帧)的reffp2而不是refo和reffp1提供数据。本发明广泛地涉及文本检测，并且不限于滚动文本检测(尽管移动文本检测是优选实施例)或电影模式背景上的视频模式文本检测(尽管本发明好象在此应用中特别有用)。
应该注意，上述实施例说明而不是限制了本发明，并且本领域的专家能够设计出很多代替的实施例，而不必从所附权利要求书的领域中分离出来。在权利要求书中，放在圆括号中的任何参考符号不构成本发明的限制。单词“包括”不排除出现权利要求书中所列出那些以外的元素和步骤。元素前的“a”或“an”不排除出现多个这样的元素。单词“场”应用于隔行和逐行视频信号中。“垂直相邻位置”不需要在相同的场中。并且它们不需要在纯垂直线上，而它们可以在有些倾斜的线上，或者前置场导致的边缘检测的水平位置，可以与当前场导致的边缘检测的水平位置不同。本发明可以通过硬件的方式实现，其中硬件包括几个独立元件，并且可以通过适当编程的计算机实现。在设备权利要求书中列举了几种装置，可以通过一项或相同项的硬件实施几个这样的装置。在彼此不同的相关权利要求中陈述了适当的手段，这个唯一的事实不表示这些手段的组合不能被推荐使用。

Claims (5)

1.一种检测视频信号中的文本的方法，该方法包括：
用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测步骤；和
用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括测量所述检测步骤的输出的密度的步骤，该输出指示一个瞬态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤比较场内瞬态匹配频率与场间瞬态匹配频率以区别静止文本与移动文本的步骤。
4.一种用于检测视频信号中的文本的设备，该设备包括：
用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测装置；和
用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的装置。
5.一种显示装置，包括：
一个用于检测视频信号中的文本的设备，其中包括用于检测所述视频信号中的隔行的边缘位置、并且用于确定所述边缘是低到高的变化还是高到低的变化的边缘检测装置；和用于使所述边缘检测步骤的在一个给定位置的输出与所述边缘检测步骤在在垂直相邻位置的输出相关联的装置；
一个移动补偿处理器，用于根据所述文本检测设备的输出对所述视频信号进行移动补偿处理；和
一个显示器，用于显示所述移动补偿处理器的输出。
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