專利名稱：視頻場景切換檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種視頻場景切換檢測方法，尤其涉及一種適用于視頻數據庫信息檢索裝置和數字視頻信號處理器(如場/幀頻轉換器、去隔行掃描轉換器)中用于提升檢測精度和準度、降低虛警率和漏報率的視頻場景切換檢測方法。
背景技術：
場景切換，指的是一段連續(xù)影片中視覺上的中斷點，其通常來自于影片拍攝時攝影機的中斷或事后影片編輯的插斷點，一部影片通?？梢钥醋髟S多場景的集合，場景則是檢索一部影片的最小單位。而視頻場景切換檢測則是在所有視頻圖像分析處理應用中最基本的一個處理步驟。
由于場景切換檢測的重要性，目前已經出現(xiàn)了許多相關算法，其中比較典型的現(xiàn)有技術包括像素差分算法和像素直方圖算法。
因為場景切換本質上可以看作是視頻序列的時間維度上的切分，其最直觀的表現(xiàn)是，在場景切換點相鄰幀同位像素間存在劇烈跳變。現(xiàn)有的像素差分算法(如中國第99813804號專利申請揭示的一種高清晰度電視編碼器中檢測場景改變與調節(jié)畫面編碼類型的方法與裝置)就是通過檢測相鄰幀間同位像素間的跳變統(tǒng)計量來鑒別場景切換。常用的跳變統(tǒng)計量有同位像素平均絕對偏差(MAD，請參閱式1)和同位像素突變概率統(tǒng)計(DP，請參閱式2)。
MAD=1H×WΣX→∈I|f1(X→)-f2(X→)|···(1)]]>DP=1H×WΣX→∈I(|f1(X→)-f2(X→)|>T 1:0)···(2)]]>上述式中f1和f2分別代表當前幀和前一幀的像素值，H和W則分別代表圖象的水平方向和垂直方向的像素數，T為誤差門限。然而，像素差分算法突出的問題是對噪聲和像機以及視頻對象的運動特別敏感，容易造成虛警。
現(xiàn)有像素直方圖算法(如中國第03147508號專利申請揭示的一種場景改變檢測器及其方法)的基本思想是，在同一組連續(xù)場景內視頻圖像全局視覺信息基本保持不變，表現(xiàn)在像素分布直方圖上的統(tǒng)計規(guī)律是，在同一組場景內的相鄰幀間的像素分布直方圖變化要遠遠小于其在場景切換邊界處的突變。直方圖檢驗算法的處理方法步驟通常包括首先將像素的域值劈分為離散小區(qū)間，進而統(tǒng)計每幅圖像落入每個小區(qū)間的像素個數得到圖像象素在像素的域值空間上分布直方圖，然后通過檢測相鄰幀間的像素直方圖的異變統(tǒng)計量來判別是否存在場景切換。常用的直方圖的異變統(tǒng)計量有點對點差分(B2B，請參閱式3)和直方圖交集補(CI，請參閱式4)。
B2B=12PΣi|H1(i)-H2(i)|···(3)]]>CI=1-1PΣimin(H1(i),H2(i))···(4)]]>上述式中H1和H2分別代表了當前幀和前一幀的直方圖，P代表H1或H2的累計和。相對于像素差分檢驗算法，像素直方圖檢驗法可以減少虛警概率。然而，由于此方法放棄了對視頻對象空間位置信息的考量，它會增加漏報概率，最簡單的反例是，如視頻對象的幀內換位。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種視頻場景切換檢測方法，從而解決目前視頻場景切換檢測方法的容易造成虛報、漏報概率較高的問題。
本發(fā)明所采用的技術方案為提供一種視頻場景切換檢測方法，其首先對當前輸入圖像的前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計，其次計算相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量，再根據所述統(tǒng)計量進行場景切換的判決，并輸出判決結果。
所述對輸入圖像前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計的步驟包括，首先將每個當前幀分成互不重疊的固定尺寸子塊；其次，選取其前一幀作為參考圖像，先計算當前子塊的前向運動矢量，并根據該前向運動矢量計算其運動補償誤配像素數，再對該運動補償誤配像素數進行直方圖統(tǒng)計；再次，考察是否遍歷整幅圖像，若是則結束統(tǒng)計，若否則跳至下一個子塊并返回到選取參考圖像計算其前向運動矢量之步驟重新運行。
所述計算當前子塊的運動補償誤配像素數的步驟包括，先計算當前塊與參考幀匹配塊的對應像素絕對偏差，再逐個判別上述對應像素絕對偏差是否大于給定像素匹配誤差門限，若是則塊誤配像素計數器加1，否則不變。
所述對當前子塊的運動補償誤配像素數進行直方圖統(tǒng)計的步驟包括，先檢查該誤配像素數落入其值域離散區(qū)間的位置索引，再將對應該區(qū)間位置索引的運動補償塊誤配像素直方圖計數器加1。
所述對當前子塊 的運動補償誤配像素數(NMP)、像素絕對偏差(PAD)及誤配像素計量(MPC)的計算方法如下NMP(X→0)=ΣX→∈B(X→0)MPC(f1(X→),f2(X→+D→))]]>PAD(f1(X→),f2(X→+D→))=|f1(X→)-f2(X→+D→)|]]> 其中 代表了圖象的像素位置坐標， 代表了起始像素位于 的圖像塊，X→∈B(X→0)]]>代表 遍歷當前塊 內所有像素，f1和f2分別代表了當前幀和前一幀的像素值， 為圖像塊的運動矢量，T為像素匹配誤差門限。
所述場景切換的判決方法是，若所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量大于判別門限，則認為當前幀為場景切換點。
所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量(J)是通過點對點差分函數計算所得，該函數如下J=12PΣi|H1(i)-H2(i)|]]>其中H1和H2分別代表了當前幀和前一幀的匹配塊誤配像素直方圖，P代表H1或H2的累計和。
可以理解，所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量(J)也可以通過直方圖交集補函數計算所得，該函數如下J=1-1PΣimin(H1(i),H2(i))]]>其中H1和H2分別代表了當前幀和前一幀的匹配塊誤配像素直方圖，P代表H1或H2的累計和。
上述方法在計算相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量之前還包括考察是否為本組場景的第二幀的步驟，若是則跳至下一幀并返回重新開始，若否則執(zhí)行計算該統(tǒng)計量；此外，該方法在輸出判決結果之后還包括考察是否遍歷整組視頻序列的步驟，若是則結束，若否則跳至下一幀并返回重新開始。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明視頻場景切換檢測方法采用基于運動補償的差分檢測技術，通過對圖像前向運動補償塊誤配像素直方圖的分析，來判決場景切換點，不僅可以克服相鄰幀同位像素差分算法對噪聲和運動的敏感性，而且還可以克服常規(guī)的像素強度統(tǒng)計直方圖分析決策方法中對視頻對象運動信息的忽視，大幅度降低視頻場景切換檢測的虛警概率和漏報概率，提升場景檢測的判別精度和準度。


圖1是本發(fā)明視頻場景切換檢測方法的處理流程示意圖；圖2是本發(fā)明視頻場景切換檢測方法的運動補償塊誤配像素直方圖統(tǒng)計流程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，本發(fā)明視頻場景切換檢測方法依據原理是在同一組連續(xù)場景內視頻圖像全局視覺信息基本保持不變，表現(xiàn)在運動補償塊誤配像素直方圖上的分布規(guī)律是，同一組場景內相鄰幀間運動補償塊誤配像素直方圖的異變要遠遠小于其在場景切換邊界處的突變。其具體實施包括以下步驟S101.對當前輸入圖像I的前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計；S102.考察I是否為本組場景的第二幀，若是則跳至下一幀并返回步驟S101，若否則執(zhí)行步驟S103；S103.計算當前幀的運動補償塊誤配像素直方圖相對于其前一幀的異變特征統(tǒng)計量J；S104.根據J進行場景切換的判決，并輸出判決結果如果J大于判決門限Th(本實施例Th＝0.4)，則認為存在場景切換；S105.考察是否遍歷整組視頻序列，若否則跳至下一幀并返回步驟S101重新執(zhí)行，若是則結束。
請一并參閱圖2，本發(fā)明視頻場景切換檢測方法的對輸入圖像前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計包括以下步驟S201.將當前圖像I分成互不重疊的固定尺寸為M×N的子塊(其中M和N分別為圖像塊的水平方向和垂直方向的像素數)；S202.選取其前一幀作為參考圖像，計算當前子塊的前向運動矢量 S203.根據 計算當前子塊的運動補償誤配像素數(Number ofMismatching Pixels，NMP)；
S204.對NMP進行直方圖統(tǒng)計；S205.考察是否遍歷整幅圖像，若否則跳至下一個子塊并返回步驟S202重新執(zhí)行，若是則結束統(tǒng)計。
在上述步驟中，本發(fā)明視頻場景切換檢測方法對運動補償塊誤配像素(NMP，請參閱式5)計算方法如下首先，計算當前塊與參考幀匹配塊對應像素絕對偏差(Pixel AbsoluteDifference，PAD，請參閱式6)，其次，逐個判別每個PAD是否大于給定的像素匹配誤差門限T(本實施例T＝15)，若是則誤配像素計數器(MismatchingPixels Counter，MPC)加1，否則不變(請參閱式5和7)。
NMP(X→0)=ΣX→∈B(X→0)MPC(f1(X→),f2(X→+D→))···(5)]]>PAD(f1(X→),f2(X→+D→))=|f1(X→)-f2(X→+D→)|···(6)]]> 其中 代表了圖象的像素位置坐標， 代表了起始像素位于 的圖像塊，X→∈B(X→0)]]>代表 遍歷當前塊 內所有像素，f1和f2分別代表了當前幀和前一幀的像素值， 為圖像塊的運動矢量，T為像素匹配誤差門限。
在上述步驟中，本發(fā)明視頻場景切換檢測方法對運動補償塊誤配像素(NMP)進行直方圖統(tǒng)計方法如下先檢查該NMP落入其值域
離散區(qū)間I1的位置索引i，再將對應該區(qū)間位置索引的運動補償塊誤配像素直方圖計數器H(i)加1。
在上述步驟中，本發(fā)明視頻場景切換檢測方法所述的相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變統(tǒng)計量J的計算，可以選用現(xiàn)有的點對點差分(B2B)函數(請參閱式3)，也可以選用現(xiàn)有的直方圖交集補(CI)函數(請參閱式4)。
權利要求
1.一種視頻場景切換檢測方法，其特征在于其首先對當前輸入圖像的前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計，其次計算相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量，再根據所述統(tǒng)計量進行場景切換的判決，并輸出判決結果。
2.如權利要求1所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述對當前輸入圖像前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計的步驟包括，首先將每個當前幀分成互不重疊的固定尺寸子塊；其次，選取其前一幀作為參考圖像，先計算當前子塊的前向運動矢量，并根據該前向運動矢量計算其運動補償誤配像素數，再對該運動補償誤配像素數進行直方圖統(tǒng)計；再次，考察是否遍歷整幅圖像，若是則結束統(tǒng)計，若否則跳至下一個子塊并返回到選取參考圖像計算其前向運動矢量之步驟重新運行。
3.如權利要求2所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述計算當前子塊的運動補償誤配像素數的步驟包括，先計算當前塊與參考幀匹配塊的對應像素絕對偏差，再逐個判別上述對應像素絕對偏差是否大于給定像素匹配誤差門限，若是則塊誤配像素計數器加1，否則不變。
4.如權利要求3所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述對當前子塊的運動補償誤配像素數進行直方圖統(tǒng)計的步驟包括，先檢查該運動補償塊誤配像素數落入其值域離散區(qū)間的位置索引，再將對應該區(qū)間位置索引的運動補償塊誤配像素直方圖計數器加1。
5.如權利要求4所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述對當前子塊 的運動補償誤配像素數(NMP)、像素絕對偏差(PAD)及誤配像素計量(MPC)的計算方法如下NMP(X→0)=ΣX→∈B(X→0)MPC(f1(X→),f2(X→+D→))]]>PAD(f1(X→),f2(X→+D→))=|f1(X→)-f2(X→+D→)|]]> 其中 代表了圖象的像素位置坐標， 代表了起始像素位于 的圖像塊，X→∈B(X→0)]]>代表 遍歷當前塊 內所有像素，f1和f2分別代表了當前幀和前一幀的像素值， 為圖像塊的運動矢量，T為像素匹配誤差門限。
6.如權利要求1至5任一項所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述場景切換的判決方法是，若所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量大于判別門限，則認為當前幀為場景切換點。
7.如權利要求6所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量(J)是通過點對點差分函數計算所得，該函數如下J=12PΣi|H1(i)-H2(i)|]]>其中H1和H2分別代表了當前幀和前一幀的匹配塊誤配像素直方圖，P代表H1或H2的累計和。
8.如權利要求6所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于所述運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量(J)是通過直方圖交集補函數計算所得，該函數如下J=1-1PΣimin(H1(i),H2(i))]]>其中H1和H2分別代表了當前幀和前一幀的匹配塊誤配像素直方圖，P代表H1或H2的累計和。
9.如權利要求1所述的視頻場景切換檢測方法，其特征在于該方法在計算相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量之前還包括考察是否為本組場景的第二幀的步驟，若是則跳至下一幀并返回重新開始，若否則執(zhí)行計算該統(tǒng)計量；此外，該方法在輸出判決結果之后還包括考察是否遍歷整組視頻序列的步驟，若是則結束，若否則跳至下一幀并返回重新開始。
全文摘要
一種視頻場景切換檢測方法，其首先對當前輸入圖像的前向運動補償塊誤配像素作直方圖統(tǒng)計，其次計算相鄰幀間的運動補償塊誤配像素直方圖異變特征統(tǒng)計量，再根據所述統(tǒng)計量進行場景切換的判決，并輸出判決結果。本發(fā)明視頻場景切換檢測方法采用基于運動補償的差分檢測技術，通過對圖像前向運動補償塊誤配像素計數統(tǒng)計直方圖的分析，來判決場景切換點，不僅可以克服相鄰幀同位像素差分算法對噪聲和運動的敏感性，而且還可以克服常規(guī)的像素強度統(tǒng)計直方圖分析決策方法中對視頻對象空間信息的忽視，大幅度降低視頻場景切換檢測的虛警概率和漏報概率，提升場景檢測的判別精度和準度。
文檔編號H04N17/00GK1761331SQ20051010565
公開日2006年4月19日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2005年9月29日
發(fā)明者張宗平, 劉鯤, 彭吉虎, 田華 申請人:深圳清華大學研究院