CN1726552A - 对mpeg－2压缩视频产生编辑效果 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于对MPEG－2压缩视频数据产生编辑效果的方法和装置。首先，选取一个编辑点。然后在编辑点的各侧选择两个锚定画面。产生一系列的帧以在编辑点处产生一个编辑过渡。该系列帧可以是B－画面帧、I－画面帧、或包括内部编码的宏块的B－画面帧。

Description

对MPEG-2压缩视频产生编辑效果
本申请涉及视频内容的编辑，更具体地涉及一种用于对压缩视频执行编辑过渡而不需要完全解码和重新编码视频流的方法和装置。
由于对视频产品如数字摄像机、可携式摄像机和存储设备(DVD)的需求的增长，数字视频编辑正变得日益流行。为增强视频制作的质量需要视频编辑效果。大多数视频编辑能被分入两个主要类别中：突变和渐变。渐变包括摄像机移动：全景拍摄、倾斜、变焦，以及视频编辑特殊效果：淡入(fade-out)、淡出(fade-in)、渐隐(dissolve)、擦除(wipe)。突变是在两个帧间过渡快速的两个镜头之间的最简单的编辑。
特殊效果在若干帧上逐渐发生。虽然在视频制作中可能的视频特殊效果的数量很高，但是大多数特殊效果落入几个类别中，例如淡变、渐隐或擦除。在淡变过程中，强度逐渐减少到单色，或从单色增加。在渐隐中，两个对象相加混合，其中一个的强度增加，另一个的强度减少。通过使一条线在一个方向中平移跨越帧而产生擦除，在该线的两侧的内容属于被编辑所分离的两个画面。所有这些特殊效果用于产生在两个场景之间的渐变。这些视频编辑工具被设计来用于空间域处理。
用于图像与视频的传输和存储的大的信道带宽和存储要求需要利用视频压缩技术。被称为MPEG(运动图像专家组)压缩的压缩标准是采用画面间压缩技术的全运动视频画面的压缩和解压缩的一套方法。内部画面(intra-picture)称为I-画面。中间画面(inter-picture)分为两个组：只采用过去的参考元素编码的中间画面称为P-画面，而采用过去和/或将来的参考所编码的中间画面称为B-画面。
因此，期望在多媒体数据库中的可视数据大部分以压缩的形式存储。这样，对压缩视频的编辑也是重要的。为此，典型的桌面视频编辑系统必需首先将压缩域表示转换为空间域表示，然后对空间域数据执行编辑功能。之后，编辑系统的输出必需被再压缩。这个解码、处理和随后的再编码的过程浪费时间并且消耗系统资源。
本发明的一个目的是通过提供一种以较少解码和重新编码对压缩视频提供编辑效果的方法和装置来克服上述缺陷。该系统通过在两个序列之间引入固定的比特图案以产生编辑效果，或者复制和修改画面的编码版本、使其中所有处理均在压缩域中完成，而不需要修改原始视频流便引入编辑效果。
根据本发明的一个实施例，公开了一种用于对压缩视频数据产生编辑效果的方法和装置。首先，选择一个编辑点。然后在编辑点的各侧选择两个锚定画面。产生一系列的帧以在编辑点处产生一个编辑过渡。该系列帧可以是B-画面帧、I-画面帧、或包括内部编码的宏块的B-画面帧。
本发明的上述和其他方面由于后面描述的实施例而将是明显的，并将参考该实施例予以阐述。
下面将参考附图借助示例来描述本发明，其中：
图1表示适合于宿有本发明的实施方式的音频-视频装置的方框图；
图2表示可用于执行本发明至少一个实施方式的置顶盒的方框图；
图3是根据本发明的一个实施方式的表示一个编辑点的视频流的图；
图4是根据本发明一个实施方式的已编辑视频流的图；
图5表示根据本发明的一个实施方式的垂直擦除操作；
图6表示根据本发明的一个实施方式的如何从原始块产生一个过渡过程中的宏块；
图7(a)-(b)表示根据本发明一个实施方式的圆形擦除；以及
图8(a)-(b)表示根据本发明一个实施方式的矩形擦除。
根据本发明的一个实施方式，用比传统方法少的解码和重新编码对压缩的视频流提供编辑效果。当在数字接口上回放一个已编辑的序列，那么能包括上述的效果，因为编辑操作的输出是有效的视频流。该操作可作为部分的接口处理而被生成，且不需要离线产生和存储在盘上。
通过描述根据MPEG-2(运动图像专家组)标准压缩视频数据的本发明的实施方式来阐述本发明。根据这个标准，从内部编码帧(也称为I-帧)和中间编码帧来建立压缩视频流。中间编码帧能后向指向在压缩视频流中的一个帧，这些是所谓的B-帧，或者，能既后向又前向地指向在压缩视频流中的帧，这些是所谓的P-帧。
各帧被分到宏块中，在宏块级别上完成中间和内部编码以及后向和前向指向。MPEG-2基于运动估计，意味着在B-帧中的第一位置的B-帧中的宏块能指向之前的I-帧中的第二位置。
在本发明的一个实施例中，假设第一序列以作为最后显示帧的一个P-帧或一个I-帧结束，且第二序列始于一个I-帧。这可以通过忽略一些额外帧来达到。如果需要，则有可能通过再一次丢弃其他不想要的画面而选取第一序列的最后画面为一个I-帧。
如上所述，通过在两个序列之间引入固定的位图案以产生编辑效果，或者复制和修改画面的编码版本、其中在压缩域中执行所有处理，而不需要修改原始视频流便引入编辑效果。
下面将描述，在单个过渡中，这两种方法的组合也是可能的，这里一些宏块只利用运动矢量来编码，而其他的宏块则通过复制和修改原始画面来产生。利用这些技术，能提供如擦除、淡出、交叉淡变等标准编辑效果。同样，也可提供其他编辑效果，这些编辑效果正常情况下在模拟视频处理中是找不到的，但由于MPEG-2编码的特性而能产生。
图1表示宿有适合于本发明的音频-视频装置。该装置包括用于接收要记录在盘3上的数字视频信号的输入端1。更进一步地，该装置包括用于提供从盘上再生的数字视频信号的输出端2。这些端子在使用中能通过一个数字接口而连接到采用置顶盒(STB)12形式的数字电视接收器和解码器，其也从卫星、电缆等接收MPEG TS格式的广播信号。
盘3的数据区由有相应扇区地址的、一个连续范围的物理扇区组成。这个地址空间被分为序列区，序列区是扇区的一个连续序列。图1所示的视频记录装置包括两个主要系统部分，称为盘子系统6和视频记录器子系统8，控制记录和回放。很容易理解，这两个子系统有很多特性，包括盘子系统能根据逻辑地址(LA)而透明地寻址并能保证用于从盘读取数据和/或将数据写入到盘的最大持续比特率。
用于实施这样的装置的合适的硬件配置是本领域技术人员所公知的，其中在专利申请WO-A-00/00981中描述了一个例子。上述装置通常包括信号处理单元，包含用于从盘3上读取/写入到盘3的读/写头的读/写单元。当马达旋转盘时，致动器在盘的径向方向定位头。存在一个以一种已知方式控制所有电路的微处理器。
图2表示根据本发明的装置的实施方式。该装置包括用于接收信息信号的输入端1和信号处理单元100。该信号处理单元100通过输入端1接收视频信息信号并把视频信息处理到信息文件中以便在盘3上记录该信息文件。更进一步，可得到读/写单元102。读/写单元102包括读/写头104，在本示例中是用于从盘3上读信息/写信息到盘3的光学读/写头。更进一步地，存在用于在盘3的径向方向定位头104的定位装置106。存在读/写放大器108以便放大将要记录的信号以及放大从盘3读取的信号。马达110可用来响应于由马达控制信号发生器单元112提供的马达控制信号而旋转盘3。存在用于通过控制线116、118和120来控制所有电路的微处理器114。输入单元130允许用户在视频数据中选择编辑过渡将被加入的编辑点。
信号处理单元100适于将通过输入端1接收到的视频数据转换为信道信号中的信息块：信息块的尺寸可变，但可能是例如在2MB到4MB之间。写单元102适于在盘3上的序列区中写信道信号的信息块。相应于原始音频信号的信息块被写入到不一定连续的、被称为碎片记录的多个序列区。下面将要描述，信号处理单元100根据各种编辑操作来产生编辑过渡。
根据本发明的一个实施例，两个画面之间的过渡通过插入利用参考原始画面的运动矢量的新画面而产生。插入的新画面是B-画面，并因此能参考老的锚定画面、新的锚定画面或上述两种画面。因为是按宏块来定义运动矢量，所以每个宏块能够从老画面、新画面或从上述两种画面的组合来选择。
如果原始序列包括B-画面，那么如果插入B-画面的序列则会产生一个问题。由于画面重新排序，所以在第一序列中的最后的I/P画面将在被插入的B-画面之后显示。为了解决这个问题，第二序列的第一I-画面能被放置在该组被插入画面之前。例如，假设原始流是如图3所示，其中编辑点出现在B15和I20之间。根据本发明，I-画面I20插入到编辑点的前面，并且由帧BX1BX2...BXn产生编辑过渡，正如图4中所示的。
通过用特殊运动矢量产生一系列的B-画面，在两个原始画面之间可产生过渡。要插入的B-画面的序列是独立于原始画面的内容的，且因此同样的B-画面的序列将独立于原始画面的内容而产生相同的效果。被插入的B-画面的尺寸将会很小而导致低的平均比特率。
擦除操作是从一个画面到另一个画面的过渡，该操作能水平地、垂直地或对角地执行。例如，图5表示垂直擦除。为了在MPEG-2中执行擦除，从第一或第二锚定画面选择每个宏块。由于在MPEG-2编码中的限制(运动矢量必须不指向画面的已编码部分之外)，所以一块一块地实施擦除。能利用B-画面从第一或第二锚定画面选择块来实施这种擦除效果。
例如，为了如图5所示实现从画面左侧起的擦除，最初所有块都取自第一锚定画面502。然后在擦除中的下一个阶段，所有最左的宏块都取自第二锚定画面504，而其余的宏块则取自第一锚定画面502。在下一步中，从第二锚定画面504选择块的另外的行等等，直到第一锚定画面502已经被第二锚定画面504代替。通过重复该被插入的B-画面多次，能够控制擦除的速度。
存在这个擦除效果的几种变形。在第一种变形中，第二锚定画面代替第一锚定画面，但是所有块都显示在屏幕上它们的正常位置中(因此所有运动矢量都为零)。第二种变形是通过在最左列中显示来自第二锚定画面的最右列的块而执行，这样来自第二锚定画面的块从第一锚定画面的一端推到另一端。类似地，第二锚定画面能表现为将第一锚定画面推离屏幕，也就是，对于每次迭代而言各块向右侧移动一个位置。对此的变形也是可能的，例如，新画面表现为从一端推到另一端，而老画面表现为静止。
在这个说明性的示例中，擦除是在逐块的基础上而不是在平滑的逐个像素的基础上执行的。另一种变形是利用双向B-画面来合并老的和新的画面的块，也就是，这样则B-画面指向来自第一画面的块和来自第二画面的块，这意味着，在擦除期间，在第二画面替换第一画面之前对块进行合并。类似地，这些擦除效果能在水平方向完成。
其他擦除变体也是可能的，例如，从左和右(或上和下)开始擦除，并在中间会合。另外，擦除可以以对角方式从顶角开始并延伸穿过整个画面。有可能从左开始擦除偶数宏块行，然后从右开始擦除奇数宏块行，或从相对方向并行擦除上述两者。类似的操作也能被执行用于水平擦除。
对于细胞自动机风格(cellular automata style)的过渡，来自老画面的少数块被来自新画面的块替换。然后，基于预定的规则，在每个连续的迭代中替换更多的块。例如，替换规则可能是替换与已经替换的块相邻的任意块的规则。这给出了从老画面长出新画面的印象。这能利用指向老画面或新画面之一的、大小为零的运动矢量来执行。这样，选择在另一个画面中相同的块。这个操作的变形是：老画面中的块被老和新画面中的相同位置(通过具有都为零的两个运动矢量而完成)的块组合替换，然后在下一个迭代中它被来自第二画面的块替换。
对于利用内部编码的画面的操纵的效果，是通过复制和操纵内部编码块来产生过渡的。这可以包括单独地操纵老和新画面或者将两者组合在一起。两个原始画面应该都是I-画面，并且被插入的画面也编码为I-画面。操纵两个原始画面的离散余弦变换(DCT)系数块来导致编辑过渡。尽管该实施例牵涉到VLC解码和编码，但该编码具有比完全MPEG-2解码和编码低得多的复杂性。插入I-帧序列可能增加比特率，但是有如下的解决方案：插入空的P-帧来导致复制并降低平均比特率且也减缓淡变的速度；增加I-帧的量化器刻度以减少被编码的比特。通常，编辑效果包括到能容易地编码的画面的过渡，因此稍后在过渡中所需要的比特数将更少。
通过多次复制I-帧且每次将所有系数的大小减小一个预定的因子来执行淡出操作，其中减少的大小确定过渡的速度。随着画面的淡出，所需要的比特数应该很快地减少。类似地，淡入操作是以相反的方式执行的。淡出也能与其他效果组合。通过丢弃宏块中的较高频率成分能得到模糊淡出。后随淡出的、到黑-白的淡变能通过在开始减少亮度成分之前首先(逐渐地)减少色度成分而得到。
对于交叉淡变操作，是产生从第一序列到第二序列的平滑过渡。如同淡变到黑色一样，交叉淡变可以通过对I-帧的DCT系数进行操作来执行。基本地，两个I-帧的DCT系数如下地相加：α*DCT1+(1-α)*DCT2，其中α从0开始且前进到1。能通过选择增加系数α的速度来改变过渡的持续时间。
对于DC交叉淡变操作，老画面淡变到只有DC的值，也就是，在每个连续画面中，去除更多的AC系数。另外，能加入新画面的DC系数的一个因子，因此结果是两个DC值的平均。然后，在加入新画面的AC系数的同时，第一画面的DC系数可被淡出。可以通过首先对色度(chromenence)(U，V)系数来执行这一操作或者将这些系数淡变到一个特定值来产生这一操作的变形。第三个变形是首先在U，V系数之间利用(α，1-α)淡变，使得老画面亮度与新画面色度组合，然后淡变到新画面亮度。
也有可能产生这样的编辑效果，其同时组合利用运动矢量和内部编码块的操作。在这种情况下，被插入的画面将是带有一些内部编码的宏块的B-画面。如上所述，擦除发生在从一个画面到另一个的过渡是水平地或垂直地被执行的情况中。图6表示过渡过程中宏块是如何从原始块产生的。(在解码的域中)组合来自第一序列601和第二序列602的画面的选择部分并将这些块重新编码为内部编码的块。从前一个或下一个画面直接复制其他宏块。因为MPEG-2标准明确地排除了指向画面之外的运动矢量，因此在过渡604过程中必须重新编码(内部的)这些块。如图6所示，在两个画面之间有一个硬中断603。也有可能在两个画面之间有一些重叠的像素以给出过渡过程中的平均效果。
这一擦除可能有几种变形。在第一种情况中，新画面从屏幕上推送老画面。在第二种情况中，新画面重写老画面，但是老画面在屏幕上的位置没有变化。其他擦除变形也是可能的，例如，从左和右(或从上和下)擦除并在中间会合。从上角擦除并扩展穿过整个画面。也可能是从左边的偶数宏块行和从右边的奇数宏块行进行擦除或从相对方向并行地擦除两者。
对于圆形擦除，如图7(a)所示，新画面从中心的一个点显现并通过向外扩展圆形而替换老画面。也可能是相反的情况，如图7(b)所示，其中新画面以边缘上的圆形显现并移动到一个点。容易理解的是，当这些图像被显示时，在某些情况下过渡可能表现为椭圆形的而不是圆形的。
对于完全在圆形内侧或外侧的宏块，没有问题，它们通过利用矢量运动而将被取自老画面或新画面。对于圆形上的宏块，有必要解码两个块，然后从老和新画面选择合适的像素来产生圆形效果，然后重新编码该块为内部编码块。通过重新编码圆形上的块，能得到在过渡点处的一个干净的中断(clean break)。也有可能，例如，只组合两个块(对两个块使用运动矢量)来给出一个非平滑的模糊过渡。如图8(a)-(b)所示的，也可能有一个类似的效果，但新画面是从中间的点开始，但做为矩形扩展并开始于边缘且向内移向中心。在这种情况下，在边界周围的块必须被重新编码以得到一个干净的中断。
可以理解本发明的不同实施方式不限于上述步骤的精确顺序，因为某些步骤的定时可以互换而不影响本发明的整个操作。更进一步地，术语“包括”并不排除其他因素或步骤，术语“一个”并不排除多个，且单个处理器或者其他单元能完成权利要求中记载的多个单元或电路的功能。
本发明能被概括为公开了对压缩的视频数据产生编辑效果的方法和装置。首先，选取一个编辑点。然后在编辑点的各侧选择两个锚定画面。产生一系列的帧来在编辑点处产生一个编辑过渡。各系列帧可以是B-画面帧、I-画面帧、或包括内部编码的宏块的B-画面帧。

Claims (23)

1、一种用于对压缩的视频数据产生编辑效果的方法，包括步骤：
选择一个编辑点；
在编辑点的每一侧选择两个锚定画面；
产生一系列帧以在该编辑点产生一个编辑过渡。
2、根据权利要求1的方法，其中该系列帧是B-画面帧。
3、根据权利要求2的方法，其中该系列的B-画面帧参考第一锚定画面、第二锚定画面或第一和第二锚定画面的组合。
4、根据权利要求2的方法，其中所述编辑效果是擦除。
5、根据权利要求2的方法，其中所述编辑效果是淡变。
6、根据权利要求3的方法，其中被编辑图像的每个宏块从第一锚定画面、第二锚定画面或第一和第二锚定画面的组合中选择。
7、根据权利要求6的方法，其中运动矢量在每宏块的基础上被定义。
8、根据权利要求4的方法，其中所述擦除效果通过从第一锚定画面选择过渡的第一侧上的宏块和从第二锚定画面选择该过渡的第二侧上的宏块而产生。
9、根据权利要求8的方法，其中在所述过渡的第二侧上的宏块被显示为处于对应所产生的画面中它们的最后定位的位置。
10、根据权利要求8的方法，其中所述第二锚定画面的宏块表现为从第一锚定画面的一端推到另一端。
11、根据权利要求8的方法，其中所述第二锚定画面表现为将第一锚定画面推离屏幕。
12、根据权利要求4的方法，其中所述擦除在垂直、水平或对角方向被执行。
13、根据权利要求12的方法，其中所述擦除在该第一锚定画面的两侧开始并会合于第一锚定画面的中间。
14、根据权利要求6的方法，其中来自第一锚定画面的宏块被第二锚定画面中的相应块随机地替换。
15、根据权利要求6的方法，进一步包括步骤：
用第一和第二锚定画面中的相应宏块的组合，随机地替换来自第一锚定画面的宏块；
用来自第二锚定画面的相应宏块替换上述组合宏块。
16、根据权利要求1的方法，其中该系列帧是I-画面帧。
17、根据权利要求16的方法，其中两个锚定画面的DCT系数块在系列的I-画面帧中被操纵以产生编辑过渡。
18、根据权利要求17的方法，其中所述编辑效果是淡变。
19、根据权利要求18的方法，其中通过在编辑过渡的每个连续的I-画面帧中将所有DCT系数的大小减小一个预定的因子而产生所述淡变效果。
20、根据权利要求17的方法，其中在编辑过渡的每个连续的I-画面中第一锚定画面的DCT系数被减小到零，且第二锚定画面的DCT系数从零增加到它们的实际值。
21、根据权利要求1的方法，其中该系列帧是可能包括内部编码的宏块的B-画面帧。
22、根据权利要求21的方法，其中所述内部编码的宏块是用于在两个锚定画面的图像之间形成过渡的宏块。
23、一种用于对压缩的视频数据产生编辑效果的装置，包括：
用于选择一个编辑点的装置(130)；
用于在上述编辑点的每侧选择两个锚定画面的装置(100)；
用于产生一系列帧以在上述编辑点处产生编辑过渡的装置(100)。
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