專利名稱：：利用遺傳算法和存儲器存儲加速視頻系統(tǒng)優(yōu)化的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于評估和實(shí)現(xiàn)視頻質(zhì)量的系統(tǒng)和方法。具體來講，本發(fā)明涉及一種利用遺傳編碼和存儲器存儲用于加速視頻系統(tǒng)優(yōu)化的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)在名稱為《一種用于以最佳方式混合使用多種視頻算法的不同實(shí)施來實(shí)現(xiàn)最佳對象視頻質(zhì)量的總體設(shè)計方案(AGeneralSchemeforDiffusingDifferentImplementationsofaNumberofVideoAlgorithmsinanOptimumWayforBestObjectiveVideoQuality)》的美國專利申請第09/817981號(申請日為2001年3月27日)以及名稱為《一種用于自動評價視頻質(zhì)量的可升級動態(tài)度量標(biāo)準(zhǔn)(AScalableDynamicMetricForAutomaticEvaluationofVideoQuality)》的美國專利申請第09/734823號(申請日為2000年12月12日)中提出了評估視頻質(zhì)量的遺傳算法的應(yīng)用，這種算法的應(yīng)用可以是也可以不是提高視頻質(zhì)量的反饋系統(tǒng)的一部分，這兩個申請的內(nèi)容以引用的方式并入本文。在前述的申請中，改善視頻質(zhì)量評估的主要對象包括提供一系列對象質(zhì)量視頻模塊，每一個模塊包括能夠提供對象視頻質(zhì)量評估的一種具體類型的算法。在現(xiàn)有技術(shù)中，視頻系統(tǒng)由大量的視頻功能塊構(gòu)成(例如，銳度提高、噪聲降低、色彩修正...等等。)。由于這些視頻功能塊中的每一個都需要若干控制參數(shù)，所以針對每一個功能的實(shí)施過程的組合可能是無窮無盡的，并且應(yīng)用的順序可能是不肯定的。此外，可行的結(jié)構(gòu)的總數(shù)會非常的大，通過每一種結(jié)構(gòu)都會得出一種特定的圖像質(zhì)量，這種圖像質(zhì)量在某些方面不同于所有其它組合方式得出的圖像質(zhì)量。前面引用的專利申請，雖然提供了新穎的且非顯而易見的評估質(zhì)量的方法，但是卻在處理和評估組合方式所需的時間方面受到了阻礙。換句話說，遺傳算法的執(zhí)行時間可能過長，尤其是在需要評估的圖像是直播圖像，或者存在一系列快速變換的鏡頭的時候。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明提供了一種用于利用遺傳算法和存儲器存儲加速視頻系統(tǒng)優(yōu)化的系統(tǒng)和方法，其中，預(yù)先評估的染色體及其相關(guān)圖像質(zhì)量，被存儲在用于快速檢索的存儲單元中，從而大幅度的節(jié)省了處理不必重新測試的預(yù)先評估的染色體(視頻系統(tǒng)的變化)的時間。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于減少視頻優(yōu)化的時間的方法包括以下步驟(a)提供一個利用試探性的優(yōu)化框架對視頻圖像輸入進(jìn)行視頻圖像評估的視頻處理系統(tǒng)，其中所說的視頻處理系統(tǒng)具有多個遺傳算法；(b)測試多個包括有用于優(yōu)化視頻圖像從而產(chǎn)生多個修正的圖像的多個遺傳算法的唯一組合的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；(c)基于修正圖像的對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評估，分配一個適宜值給步驟(b)中的多個系統(tǒng)優(yōu)化的每一個；(d)在存儲器中存儲每一個包括一個各自的修正圖像和相關(guān)的適宜值的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；(e)在進(jìn)行后面的視頻圖像評估之前，確定所述的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計是否包括一個或更多在步驟(b)中已經(jīng)被預(yù)先測試的并被存儲在存儲器中的遺傳算法的特定組合；和其中之一(f)(i)檢索包括有所述的一個或更多遺傳算法的特定組合的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果用于找出用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案；或者(f)(ii)測試在步驟(b)中沒有被測試并存儲的遺傳算法的任意組合，用來優(yōu)化后面的視頻圖像評估；和(g)根據(jù)步驟(f)的結(jié)果，找出用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在步驟(b)中進(jìn)行的存儲可以在哈希表(hashtable)中。另外，步驟(f)(ii)進(jìn)一步包括在所述的存儲器中存儲所述的在步驟(f)(ii)中測試的遺傳算法的任意組合的測試結(jié)果。步驟(a)中的輸入的視頻圖像可以是廣播圖像，以前已記錄的圖像，或者是被壓縮的圖像。步驟(b)中的進(jìn)行的測試可以通過一個系統(tǒng)優(yōu)化單元進(jìn)行。步驟(c)中適宜值的分配可以通過對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)模塊來進(jìn)行。另外，利用對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的視頻圖像評估可以反饋到系統(tǒng)優(yōu)化單元。根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，當(dāng)使用遺傳算法時減少優(yōu)化圖像時間的系統(tǒng)包括用于接收視頻圖像輸入的裝置；一個包括具有多個遺傳算法的遺傳算法模塊的視頻優(yōu)化單元；一個對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元，用于根據(jù)至少一個遺傳算法對由視頻優(yōu)化單元處理的視頻圖像的圖像質(zhì)量進(jìn)行評估以及分配一個適宜值給由視頻優(yōu)化單元處理的所說的視頻圖像；一個用于存儲關(guān)于由對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元評估的圖像的數(shù)據(jù)和與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的遺傳算法的特定組合的相關(guān)適宜值的存儲單元，其中當(dāng)所說的遺傳算法的特定組合將被用于處理后面的視頻圖像時，由存儲單元存儲的數(shù)據(jù)被恢復(fù)從而用于后面的使用。存儲單元包括一個哈希表。所說的視頻優(yōu)化單元中的遺傳算法優(yōu)化多個視頻特性，包括空間分級，直方圖修正，自適應(yīng)峰化和噪聲降低。存儲單元連同圖像質(zhì)量評估一起存儲圖像。上述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個用于測試所述的算法組合是否已經(jīng)被預(yù)先存儲在存儲單元中的測試裝置。另外，接收裝置包括用于接收視頻廣播的裝置。最后，接收裝置包括用于接收視頻數(shù)據(jù)流的裝置。圖1示出了利用二進(jìn)制染色體表示的視頻系統(tǒng)的圖示。圖2示出了一個利用存儲器單元使用遺傳算法來加速優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖3A和3B提供了一個示出根據(jù)本發(fā)明的方法的主要內(nèi)容的流程圖。具體實(shí)施例方式遺傳算法是迭代過程，這種迭代過程將主張以染色體鏈的形式編碼的多個(全體)視頻系統(tǒng)設(shè)計(候選解決方案)。最初的方案群體可以試探性地或隨機(jī)地選取，并且其染色體定義了一代中(多種系統(tǒng)設(shè)計)的每一個成員(視頻系統(tǒng)設(shè)計)。圖1表示通過利用二進(jìn)制染色體表達(dá)依照遺傳算法的視頻系統(tǒng)的一種實(shí)施方式(本領(lǐng)域技術(shù)人員要明白，給出系統(tǒng)和組成部分的設(shè)計方案是為了實(shí)現(xiàn)解釋說明的目的，而并非為了限定)。二進(jìn)制染色體包括一個空間縮放特性110、一個直方圖修正屬性120、一個自適應(yīng)峰化屬性以及噪聲降低屬性。還應(yīng)當(dāng)理解，該圖示還記錄了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，即，不同的視頻組成部分的次序(例如，所示的系統(tǒng)具有放大器、直方圖修正、峰化和噪聲降低的次序)以及兩個級聯(lián)的組成部分之間的數(shù)據(jù)總線寬度。針對視頻系統(tǒng)設(shè)計的每一代，對每一個候選方案進(jìn)行評估并且確定一個適宜值，這個適宜值代表所得到的圖像質(zhì)量有多好(或有多差)。圖像質(zhì)量是依據(jù)一個客觀標(biāo)準(zhǔn)來度量的，該標(biāo)準(zhǔn)是一種模擬人類視覺系統(tǒng)來測試圖像質(zhì)量的子系統(tǒng)。圖像質(zhì)量通常是包含在每一個候選染色體中的解碼數(shù)據(jù)位的函數(shù)。遺傳算法基于其適宜值(舉例來說，由系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像質(zhì)量有多好)選擇出用于在下一代中再現(xiàn)的候選染色體。被選擇的候選染色體利用基因重組操作跨越和突變來組合。當(dāng)找到一種可以接受的近似解決方案，達(dá)到一個特定的世代數(shù)量，或者直到解決方案匯聚，終止標(biāo)準(zhǔn)就被觸發(fā)。由于大部分時間消耗過程是在利用對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評估視頻系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像質(zhì)量輸出中，所以我們計劃采用快速檢索存儲機(jī)構(gòu)(例如，哈希表)將已評估的經(jīng)過測試的每個染色體(視頻系統(tǒng))與其相關(guān)圖像質(zhì)量一起存儲。利用存儲單元來存儲并隨后檢索已測試的染色體可以避免在整個優(yōu)化處理中的減速而產(chǎn)生高額評估成本。通常，如果遺傳算法需要被用于尋找N視頻設(shè)計的適宜值(圖像質(zhì)量)，除此之外只有M在此之前沒有被測試，則我們期望得到一個計算時間的增益ΔT＝(N-M)Teval-N*Tlook-up-M*Tupdate(1)Teval是單個評估時間，Tlook-up和Tupdate分別是在存儲器中查找記錄和寫入記錄所需的時間。該增益是正的，如果Teval>N*Tlook-up+M*TupdateN-M---(2)]]>在使用視頻系統(tǒng)進(jìn)行處理時，其中的評估時間會被擴(kuò)展到數(shù)十分鐘，因此本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)明顯的時間節(jié)省，因?yàn)閺墓１碇胁檎液托拚臅r間在納秒級，與上述提及的數(shù)十分鐘的評估時間完全相反！圖2示出了一個包含有哈希表的系統(tǒng)元件。根據(jù)圖2，可以看到該系統(tǒng)具有一個有視頻數(shù)據(jù)流輸入的視頻處理元件210。一個包含有遺傳算法模塊215的優(yōu)化單元包括所使用的一系列視頻處理算法(遺傳算法被示出，但是技術(shù)人員也認(rèn)可可以使用的其它類型的視頻處理算法)。優(yōu)化單元215用于對每一種視頻算法的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。一個對象質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元220提供一個用于自動評估視頻質(zhì)量的可縮放動態(tài)對象標(biāo)準(zhǔn)。從優(yōu)化單元215輸出的視頻流被反饋到對象質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元220。雖然對象標(biāo)準(zhǔn)可以是“雙端”(視頻質(zhì)量采用第一原始視頻圖像和通過確定原始視頻圖像的改變來比較評估質(zhì)量的第二處理視頻圖像來評估)或者是“單端”(一種算法應(yīng)用于它的質(zhì)量評估)，但是在目前所要求的發(fā)明中，使用的是單端型的對象標(biāo)準(zhǔn)。另外，一個存儲器單元225，該單元在最佳模式下是哈希表，(但是應(yīng)當(dāng)理解，其不局限于哈希表，還可以包括其他任何已知類型的存儲器)存儲有不同算法組合和相關(guān)圖像質(zhì)量評估的結(jié)果。只要存儲器單元有快速檢索時間，評估的存儲就能防止處理使用的再發(fā)生和來測試和存儲每一個染色體(視頻系統(tǒng))的時間浪費(fèi)以及每次將一個視頻輸入到系統(tǒng)就進(jìn)行一次評估的時間的浪費(fèi)。同樣，當(dāng)在一個視頻過程中發(fā)生細(xì)微的變化時，(例如，在一個特定場景下，一個穿著藍(lán)色襯衫的人坐在他的辦公室里。在另一個場景下(大概是隨后的一天)同一個人可能穿著不同的顏色，或者由于是晴天，室內(nèi)的光線比第一次評估稍微強(qiáng)一些，但是區(qū)別如此之小以至于為了通過全部圖像質(zhì)量評估處理需要趨于減緩優(yōu)化處理同時對基于不同于第一視頻的第二視頻得到的略微不同的場景作小的改變，這些改變可能是人眼都注意不到的。圖3A和3B示出了一個根據(jù)本發(fā)明的方法的主要內(nèi)容的流程圖。在步驟305，提供了一個視頻處理系統(tǒng)，利用試探性的優(yōu)化框架用于視頻圖像評估。雖然預(yù)想到試探性的優(yōu)化框架將使用遺傳算法，但是應(yīng)當(dāng)了解，其他類型的試探性優(yōu)化，例如模擬退火，禁止搜索也可以被使用。在步驟310，包括多個遺傳算法的唯一組合的多個系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于優(yōu)化視頻圖像輸入，每一個被測試的組合產(chǎn)生一個修正的圖像。在步驟315中，這些修正的圖像被分配一個適宜值，代表性地通過一個對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)模塊分配，所說的圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)模塊在前述被包含的參考資料中有更詳細(xì)的討論。在步驟320中，每一個包含有相應(yīng)修正后圖像的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，和一個適宜值一起存儲在存儲器中。為了進(jìn)行說明而不是進(jìn)行限制，哈希表是可以使用的存儲器中的一種。步驟305-320基本上覆蓋了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一部分，其中輸入視頻圖像信號已經(jīng)通過不同的設(shè)計和評估被優(yōu)化。隨后，在步驟325，另一個視頻圖像被輸入。在進(jìn)行對第一輸入視頻圖像的評估之前，首先確定所述的優(yōu)化設(shè)計是否包含有一個還是更多在步驟305-320中使用的遺傳算法的特定組合。假如它們在前面已經(jīng)被使用過了，那么它們同樣已經(jīng)被預(yù)先存儲(步驟320)。因此步驟330包括從哈希表中檢索用于后面的視頻圖像的結(jié)果以避免對染色體的再次測試。上述方法進(jìn)行到查找用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案的步驟340。但是，如果在步驟325中確定的結(jié)果是遺傳算法組合沒有被預(yù)先存儲，那么該方法就會象步驟310一樣進(jìn)行測試。然后在步驟340，查找到一個優(yōu)化解決方案。應(yīng)當(dāng)注意，可選擇的，在步驟320中的測試同樣被存儲以用于隨后的檢索。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精神或隨附的權(quán)利要求的范圍進(jìn)行各種修正。例如，模擬退火和禁止搜索可以被用來代替遺傳算法。隨存儲單元和對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不一樣，視頻優(yōu)化模塊的數(shù)量和類型可以和圖示有所不同。權(quán)利要求1.一種用于減少視頻優(yōu)化時間的方法，包括以下步驟(a)提供一個利用試探性的優(yōu)化框架對視頻圖像輸入進(jìn)行視頻圖像評估的視頻處理系統(tǒng)(s305)，其中所說的視頻處理系統(tǒng)具有多個的遺傳算法；(b)測試包括有用于優(yōu)化視頻圖像從而產(chǎn)生多個修正圖像的多個遺傳算法的唯一組合的多個系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(s310)；(c)基于所述修正圖像的對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評估，將一個適宜值(s315)分配給步驟(b)中的多個系統(tǒng)優(yōu)化中的每一個；(d)在存儲器中存儲每一個包括各自的修正圖像和相關(guān)的適宜值的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(s320)；(e)在進(jìn)行后面的視頻圖像評估之前，(s325)確定所提出的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計是否包括一個或更多在步驟(b)中已經(jīng)被預(yù)先測試的并被存儲在存儲器中的遺傳算法的特定組合；和其中之一(f)(i)檢索包括有所述的一個或更多遺傳算法的特定組合的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果(s330)，用于找出用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案；或者(f)(ii)測試在步驟(b)中沒有被預(yù)先測試和存儲的遺傳算法的任意組合(s335)，用來優(yōu)化后面的視頻圖像評估；和(g)根據(jù)步驟(f)的結(jié)果，查找用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案(s340)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(d)中的存儲是在哈希表中進(jìn)行的。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(f)(ii)進(jìn)一步包括在所述的存儲器中存儲所述步驟(f)(ii)中測試的遺傳算法的任意組合的測試結(jié)果。4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)中的視頻圖像輸入是廣播圖像。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)中的視頻圖像輸入是預(yù)先已記錄的圖像。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中預(yù)先記錄的圖像是被壓縮的圖像。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)中的進(jìn)行的測試可以通過一個系統(tǒng)優(yōu)化單元進(jìn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)中分配適宜值可以通過目標(biāo)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)模塊來進(jìn)行。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中利用對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的視頻圖像評估被反饋到系統(tǒng)優(yōu)化單元。10.一種當(dāng)使用遺傳算法時減少視頻優(yōu)化時間的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于接收視頻圖像輸入的裝置210；一個包括具有多個遺傳算法的遺傳算法模塊的視頻優(yōu)化單元215；一個用于根據(jù)至少一個遺傳算法對由視頻優(yōu)化單元處理的視頻圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評估，以及為由視頻優(yōu)化單元處理的所述視頻圖像分配一個適宜值的對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元220；一個用于存儲與由對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單元評估的圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)和與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的遺傳算法的特定組合的相關(guān)適宜值的存儲單元225，其中當(dāng)所說的遺傳算法的特定組合將被用于處理后面的視頻圖像時，存儲在存儲單元的數(shù)據(jù)被檢索從而用于后面的使用。11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所說的視頻優(yōu)化單元中的遺傳算法優(yōu)化多個包括空間分級，直方圖修正，自適應(yīng)峰化和噪聲降低的視頻特性。12.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所說的存儲單元連同圖像質(zhì)量評估一起存儲圖像。13.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個用于測試所述算法的特定組合是否已經(jīng)被預(yù)先存儲在存儲單元中的測試裝置。14.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所說的用于接收的裝置包括用于接收視頻廣播的裝置。15.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所說的用于接收的裝置包括用于接收視頻流的裝置。全文摘要一種利用遺傳算法和存儲器存儲來加速視頻系統(tǒng)優(yōu)化的系統(tǒng)和方法，借此，已經(jīng)被評估的染色體和相應(yīng)的圖像質(zhì)量被存儲在存儲器單元225用于快速恢復(fù)，(例如哈希表，)用于大大節(jié)省用于預(yù)先評估的染色體(視頻系統(tǒng)的變異)的處理時間。所述方法步驟包括(a)提供一個利用試探性的優(yōu)化框架的視頻處理系統(tǒng)，用于視頻圖像輸入的視頻圖像評估，其中所說的視頻處理系統(tǒng)具有多個遺傳算法；(b)測試多個包括有用于優(yōu)化視頻圖像從而產(chǎn)生多個修正的圖像的多個遺傳算法的特定組合的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；(c)基于一個修正圖像的對象圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評估，分配一個適宜的值給步驟(b)中的多個系統(tǒng)優(yōu)化的每一個；(d)在存儲器中存儲每一個包括一個各自的修正圖像和相關(guān)的適宜值的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；(e)確定被提出的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計是否包括一個或更多在步先前的驟(b)中已經(jīng)被預(yù)先測試的并被存儲在存儲器中的遺傳算法的特定組合；(f)恢復(fù)包括有所述的一個或更多遺傳算法的特定組合的已測試的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果用于找出用于后面視頻圖像評估的優(yōu)化解決方案。文檔編號H04N17/04GK1647504SQ03808524公開日2005年7月27日申請日期2003年3月20日優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日發(fā)明者W·阿里申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司