CN1947427A - 单色帧检测方法以及相应的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于能以视频流形式获得的数字编码视频数据的检测方法，该视频流包括被分成宏块的连续帧，宏块自身又被细分成相接的块。所述帧包括至少单独编码的I帧、从之前的I或P帧预测得到的P帧和B帧，B帧是从其两端的这些帧中的至少两个帧双向预测而得。根据本发明，所述处理方法包括步骤：根据预定帧内预测模式，确定当前帧的每一个块是否已被编码；为当前帧的所有块收集相似的信息，并传送与所述预定帧内预测模式相关的统计；分析所述统计以确定所述当前帧的块数量是否表示所述帧内预测模式；以及每当所述数量大于给定阈值时，检测帧序列中图像的出现或者图像子区域的出现，其中图像是单色的或者具有重复图案。

Description

单色帧检测方法以及相应的设备
发明领域
本发明涉及一种能够自动地检测例如H.264/MPEG-4.AVC视频流中的单色帧或者帧的一部分。该方法主要是基于使用由H.264引入的新编码参数，使得检测效率很高并且节省成本。
背景技术
近年来，国际视频编码标准在促进各种专业和客户应用采用数字视频中扮演了重要的角色。大部分有影响的标准是由两个机构开发的：ITU-T和ISO/IEC MPEG，有时是他们联合开发的(例如：MPEG-2/H.262)。最新的联合开发的标准是H.264/AVC，其被预计在2003年由ITU-T官方批准作为Recommendation H.264/AVC以及由ISO/IEC批准作为国际标准14496-10(MPEG-4 Part 10)高级视频编码(AVC)。H.264/AVC标准的主要目的曾是在压缩性能上获得重要成果，并提供一个“网络友好的”视频再现寻址“会议”(电话)和“非会议”(存储、广播、流)应用。最近，由于实现了这些目的，H.264/AVC被广泛地认可，并被技术和标准化团体例如DVB-和DVD-Forum考虑用于数个未来系统和应用。在互联网上，提供关于H.264/AVC信息的网站数量正在增加，在这些中间，ITU-T/MPEGJVT的官方数据库[Joint Video‘Team]提供了对反映了H.264/AV的发展和状态的文件的免费访问，其中包括草案更新。
在此可以回忆一下H.264/AVC的语法和编码工具。首先，H.264/AVC采用与已经建立的标准例如MPEG-2中已知的基于块运动补偿转换编码相同的原理。因此，H.264语法与头部通用层(例如图像-，片断-以及宏块-)以及数据(例如运动矢量、块转换系数、量化器定标)结合在一起。虽然，保持了大部分已知的与数据构建有关的概念(例如I、P或B图像，帧内-和帧间宏块)，但是也在头部和数据级(data lever)引出了某些新概念。H.264/AVC主要分离视频编码层(VCL)和网络抽象层(NAL)，其中视频编码层被限定为有效表示视频数据的内容，网络抽象层对数据进行格式化并以适合于更高级别(传输)系统传送的方式来提供头部信息。
H.264/AVC在数据级的主要的特性之一在于也对16×16宏块进行了更多精确地划分和操作(一个宏块MB既包括16×16个亮度块，又包括相应的8×8个色度块，但是许多操作，例如运动估计，实际上仅针对色度进行并将结果反映在色度上)。因此，运动补偿处理可以利用运动矢量准确增加到取样格的四分之一来形成大小上如同4×4的MB片断。并且，用于取样块的运动补偿预测的选择处理可以包括多个存储的先前编码图像，而不是仅选择相邻的图像。即使利用帧内编码，现在也可以利用先前编码取样从相邻块中形成块的预测(这种基于空间预测结果通过所谓的帧内预测模式来进行描述)。这方面与在此限定的本发明特别相关，并将在下面的说明中突出描述。在运动补偿或基于空间预测之后，最终的预测误差通常被转换并基于4×4的块大小被量化，而不是基于传统的8×8大小。H.264/AVC标准在其他编码阶段还利用了其他特定的实现方式(例如熵编码)，其大部分是固定的或者仅可以在图像级或者图像级以上改变。
正如之前的标准那样，H.264/AVC允许图像块以帧内模式编码，即不使用相邻图像的时间预测。一个新的H.264/AVC帧内编码利用了空间预测，使得通过一个块P预测一个帧内块，该块P是在同一图像中通过之前预测编码和重建的取样来形成的。这个预测块P将在编码之前从实际图像块中减去，这与实际图像块被直接编码的现有标准(例如MPEG-2、MPEG-4、ASP)不同。对于亮度取样，P可以从16×16MB或者MB的每4×4子块形成。对于每4×4块，存在总共9个可选择的预测模式，对于16×16MB有4个可选择模式，并且通常应用于每4×4色度块是一种模式，在此不作描述。
在本示例中，图1的左面部分示出了一个16×16亮度宏块，并在其右面部分示出了正在被预测的4×4子块(上述和左边的取样已在之前被编码和重建，并因此编码器和解码器可获得这些取样以形成一个预测基准)。预测块P是基于取样来计算的，图2左面部分示出了构成预测块P的取样标记(a至p)以及相关位置和用于预测的取样标记(A至M)(当像素E至H不能使用时，它们由像素值D代替)。图2右面部分的箭头表示每一个模式中的预测方向。对于模式3至8，每一个预测取样a至p作为取样A至M的加权平均值来计算。对于模式0至2，所有的取样a至p被给定一个相同值，其可以与取样A至D(模式2)、I至L(模式1)或A至D与I至L的和(模式0)的平均值相应。编码器典型地将为4×4块选出预测模式，该模式将块(将要被编码的)和相应预测P之间的残差减到最小。在4×4预测之后，H.264还允许整体上预测一个MB的16×16亮度部分。为此，指定四个可能的模式，这在图3中连续地示出。它们分别与来自上部取样的外插、来自左手面的取样的外插、上部和左手面取样的平均以及上部和左手面取样的线性“平面”函数的拟合相应。应注意，帧内模式的选择还必须用信号通知解码器，出于此目的，H.264限定了一个有效编码程序(其中心思想是通过利用观察相邻4×4块模式来避免4×4模式的编码分离，其中相邻4×4块模式通常非常相关)。
计算、通信和数字数据存储方面的最新发展引起专业和用户环境的大数字档案的巨大增长，其特征在于容量和内容种类稳定地增长。因此寻找快速检索感兴趣的存储信息变得非常重要。由于在数吉字节无组织存储数据中手动搜索是枯燥并费时的，因此，将信息搜索和检索任务转换成自动系统的需要正在增长。在大量的未构建视频内容档案中搜索和检索通常是在使用内容分析技术进行索引了该内容之后进行的。这些技术包括主旨在于自动地生成用于对所述视频内容进行说明的视频材料的注释(例如从与如色彩和纹理的属性有关的低电平信号至例如人脸的存在和位置的更高电平的信息的注释)的算法。
一个重要的内容描述符是所谓的单色(monochrome)或者“单色的(unicolour)”帧指示符。如果全部填充着同一种颜色(实际上，从产品到输出的信号链上的噪音，单色帧经常表现为一个单色例如蓝、灰黑和黑色的觉察不到的变化)，那么帧被认为是单色的。单色帧的检测在许多基于内容的检索应用中是一个重要步骤。例如，如专利申请公布US2002/0186768中所公开的，商业检测器和节目边界检测器依赖于是否存在单色帧的识别，其中单色帧通常是黑色，其被广播器插入以便分离两个连续的节目，或者将节目与商业广告分离开来。单色帧检测还用来从可视内容表中滤出不提供信息的关键帧。
由于即将到来的H.264/MPEG-4 AVC标准应用范围广泛，将持续地要求用于H.264/MPEG-4/AVC视频内容分析的有效的解决方案。近几年来，已经展示了数个用于MPEG-2视频的有效内容分析算法和方法，它们几乎专门在压缩领域中操作。这些方法的大部分可以延伸到H.264/AVC，因为如上所述，H.264/AVC在某种程度上指定了MPEG-2语法的超集。然而，由于MPEG-2的限制，一些现存方法不能够提供充足的或可靠的性能，这是一个缺陷，因为其通常通过包括在像素或音频领域中操作的额外并通常是昂贵的方法来进行寻址。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提出一种检测方法，其与传统的例如基于DCT系数统计的分析的检测方法方法比较，更合适并且需要更少的计算功率。
为此，本发明涉及一种应用于能以视频流形式获得的数字编码视频数据的检测方法，该视频流包括被分成宏块的连续帧，宏块自身又被细分成相接的块，所述帧包括至少I帧、P帧和B帧，其中I帧独立于其他任何帧直接或者通过来自块的空间预测进行编码，其中所述的块由同一帧中先前编码和重建的抽样形成，P帧在时间上位于在所述I帧之间并且从至少前一I或P帧预测而得，B帧在时间上位于I帧和P帧之间或者位于两个P帧之间，并且B帧从其两端的这些帧中的至少两个帧双向预测而得，所述处理方法包括步骤：
根据预定的帧内预测模式，确定当前帧的每一个连续块是否已被编码；
为当前帧的所有连续块收集相似的信息，并传送与所述预定帧内预测模式相关的统计；
分析所述统计以确定所述当前帧的块数量是否表示所述帧内预测模式；
每当所述数量大于给定阈值时，检测帧序列中图像的出现或者图像的子区域的出现，其中图像是单色的或者具有重复图案。
本发明的另一个目的是提供一种用于执行所述检测方法的检测设备。
为此，本发明涉及一种应用到能以视频流形式获得的数字编码视频数据的检测设备，该视频流包括被分成宏块的连续帧，宏块自身又被细分成相连的块，所述帧包括至少I帧、P帧和B帧，其中I帧独立于其他任何帧直接或者通过来自块的空间预测进行编码，其中所述的块由同一帧中先前编码和重建的抽样形成，P帧在时间上位于在所述I帧之间并且从至少前一I或P帧预测而得，B帧在时间上位于I帧和P帧之间或者位于两个P帧之间，并且B帧从其两端的这些码中的至少两个帧双向地预测而得，所述设备包括下列装置：
检测装置，其根据预定的帧内预测模式，确定当前帧的每一个连续块是否已被编码；
收集装置，其为当前帧的所有连续块收集相似的信息，并传送与所述预定帧内预测模式相关的统计；
分析装置，其分析所述统计并确定所述当前帧的块数量是否表示所述帧内预测模式；
检测装置，其在每当所述数量大于给定阈值时，检测帧序列中图像的出现或者图像的子区域的出现，其中图像是单色的或者具有重复图案。
附图说明
现在将通过参考附图，通过示例的方式对本发明进行描述，其中：
图1示出了原始16×16亮度宏块(左)以及将要被预测的4×4块(右)；
图2对4×4亮度块的双向帧内预测进行了说明；
图3示出了H.264中四个可能的16×16帧内预测模式；
图4是根据本发明处理方法的实施方框图。
具体实施方式
本发明的原理是基于这样的事实：H.264/AVC的创新编码工具帧内预测模式可以方便地应用于单色帧预测用途。主要的理念是观察组成一个图像的(宏)块的帧内预测模式的分布。当这些块的大部分显示相同或者相似的预测模式时：例如这些块的数量可以与一个固定的阈值相比较时，检测单色图像。当图像中大部分的块根据某一帧内预测模式被编码时，图像呈现非常低的空间变化，无论单色的还是包含重复的图案。对于这个算法的先前描述的产生内容表的应用或关键帧的提取应用，具有低或者非常低的空间变化(单色以及重复图案)的这些类型图像必须被丢弃。
图4的简图中示出了根据本发明的处理方法的实施，其描述了所提出的单色帧检测方法的一个可能实施，所述的实施为示例，本发明的范围不限于此。在所示的解码装置中，多路分离器41接收一个传输流TS，并产生多路分离后的音频和视频流AS和VS。该视频流由H.264/AVC解码器42接收，以便传送一个解码的视频流DVS。所述解码器42主要包括逆量化电路421(Q-1)、逆转换电路422(T-1)(在本示例中是一个逆DCT电路)以及运动补偿电路423。其还包括所谓的网络提取层单元(NALU)424，用于收集接收到的编码参数。所述单元424的输出信号是帧内预测模式参数统计IPMPS，这些统计由分析电路43接收，以进行适当的处理。然后，在该分析电路43中执行的处理操作产生一个与原始接收的流中的单色帧位置和持续时间有关的信息，并接着这个信息以例如通用CPI(特征点信息CharacteristicPoint Information)表的形式存储在文件44中。此时，该输出信息可以用于许多基于内容的应用，例如上述的应用(两个连续节目的分离或者节目和商业广告的分离，从内容表中滤出不提供信息的关键帧，等等)。
该方法的主要优点在于：与基于DCT系数统计分析检测的传统方法相比，其需要的计算功率小。这是由这样一个事实引起的：所提出的方法仅需进行部分解码到宏块编码类型的级别。所述方法的另一个优点是其使得具有很少信息或不具有信息或者包含重复图案的帧更容易地检测(检测具有重复图案的帧并非像素/DCT域中无关重要的操作)。该方法还可以被用于检测帧中的单色子区域。例如，  所谓“邮筒(letterbox)”格式的检测，在该检测中，图像的边界呈现出单色(例如黑色)的条。
必须理解，本发明不限于上述的实施例，并且在不脱离由附加权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以作出改变和修改。
应注意，例如，说明书或权利要求书中使用的措辞“宏块”和“块”不仅用于描述帧的矩形子区域的层次，例如象在标准MPEG-2或者MPEG-4等中使用的那样，其还用于描述帧的各种的任意形状子区域，如基于不规则形状块的编码或解码方案中出现的那些。
还必须注意，通过硬件或软件项目或者这两者来实现这些功能的方法很多。在这点上，附图是非常概略的并且仅表示本发明的一种可能的实施方式。因此，当一个附图示出不同块不同功能时，这决不排除单个硬件或软件项目执行数个功能。其也不排除硬件或软件项目组件或者其两者的组件执行一个功能。
还可以看出，权利要求中任何的标记不应构成对权利要求的限制。措辞“包括”不排除存在权利要求所列的元件或步骤之外的其他元件或步骤。元件或步骤之前的措辞“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件或步骤。

Claims (7)

1、一种应用于能够以视频流形式获得的数字编码视频数据的检测方法，该视频流包括被分成宏块的连续帧，宏块自身又被细分成相接的块，所述帧包括至少I帧、P帧和B帧，其中I帧独立于其他任何帧直接或者通过来自至少一个块的空间预测进行编码，其中所述的至少一个块由同一帧中先前编码和重建的抽样形成，P帧在时间上位于所述I帧之间并且从至少前一I-或P-帧预测而得，B帧在时间上位于I帧和P帧之间或者位于两个P帧之间，并且B帧从其两端的这些帧中至少两个帧双向地预测而得，所述处理方法包括步骤：
-根据预定帧内预测模式，确定当前帧的每一个连续块是否已被编码；
-为当前帧的所有连续块收集相似信息，并传送与所述预定帧内预测模式相关的统计；
-分析所述统计以确定所述当前帧的块数量是否表示所述帧内预测模式；
-每当所述数量大于给定阈值时，检测帧序列中图像的出现或者图像子区域的出现，其中图像是单色的或者具有重复图案。
2、如权利要求1所述的检测方法，其中，所述分析步骤被用于处理帧内模式统计和可能的其他编码参数，并且所述检测步骤被用来传送与图像或者图像子区域有关的信息，这些图像是单色的或者具有重复图案。
3、如权利要求2所述的检测方法，其中，与所述图像和子图像的位置和持续时间有关的该信息以文件的形式产生和存储，这些图像是单色的或者具有重复图案。
4、图权利要求1至3任一项所述的检测方法，其中，处理后的视频流的语法和语义是H.264/AVC标准的语法和语义。
5、一种检测压缩视频流中图像或图像的子区域的方法，所述图像是单色的或者具有重复图案，所述压缩视频流由连续的帧构成，所述检测方法包括如下步骤：
对输入数字视频数据进行编码；
通过权利要求1至4任一项所述的处理方法对所述数字编码视频数据进行处理，以便识别所述的单色或者具有重复图案的图像或者子图像。
6、一种应用到能以视频流形式获得的数字编码视频数据的检测设备，该视频流包括被分成宏块的连续帧，宏块自身又被细分成相接的块，所述帧包括至少I帧、P帧和B帧，其中I帧独立于其他任何帧直接或者通过来自至少一个块的空间预测进行编码，其中所述的至少一个块由同一帧中先前编码和重建的抽样形成，P帧在时间上位于所述I帧之间并且从至少前一I-帧或P-帧预测而得，B帧在时间上位于I帧和P帧之间或者位于两个P帧之间，并且B帧从其两端的这些帧中至少两个帧双向预测而得，所述设备包括下列装置：
-检测装置，其根据预定帧内预测模式，确定当前帧的每一个连续块是否已被编码；
-收集装置，其为当前帧的所有连续块收集相似信息，并传送与所述预定帧内预测模式相关的统计；
-分析装置，其分析所述统计并确定所述当前帧的块数量是否表示所述帧内预测模式；
-检测装置，其在每当所述数量大于给定阈值时，检测帧序列中图像的出现或者图像子区域的出现，其中图像是单色的或者具有重复图案。
7、一种用于检测装置的计算机程序产品，包括一组指令，所述指令在装载到所述检测设备后，引导所述检测设备执行如权利要求1所述检测方法的步骤。
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