CN105681738B - 用于在视频流中***图形覆盖的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于在视频流中***图形覆盖的方法和设备。本发明一般涉及视频通信***，并且更具体地涉及用于基于视频流中的移动等级确定视频流的图形覆盖(102)的动画(104)等级的方法和设备(400)。

Description

用于在视频流中***图形覆盖的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及视频通信***，并且更具体地涉及用于在视频流中***动画图形覆盖的方法和设备。
背景技术
数字视频***通常将数字图像序列从诸如摄像机的源传递到诸如显示器的目的地。这种传递可以是直接从摄像机到实时显示器，或者这种传递可以通过存储视频并在稍后的时间显示视频而在时间上延迟。数字图像可以以其原本格式进行压缩或传递。
数字视频***内的各种***故障可使图像序列停止或锁定，导致处于帧冻结状态。例如，捕获实时视频流的摄像机和示出实时视频流的显示器之间的通信故障可引起这种冻结状态。在一些关键的应用中，快速了解视频***已经发生故障对操作者是重要的。这在以下情况下可能尤其如此：当事实上视频***未正确运行时，操作者的显示器上的静态图像可能使操作者错误地得出在源头的场景简单地没有改变的结论。关键应用的一些示例是安全监控、医疗监控、军事监视、导航或生产***跟踪。
据称，US8165226(波音公司)通过在视频流的每个帧中放入一编码解决了该问题。该编码从一个帧到下一个帧顺序地计数且被嵌入到每个帧的像素中。视频流的帧内的改变的编码在目的地处的验证或显示可确认视频流在显示之前不处于帧冻结故障状态。如果故障状态被编码验证过程检测到，则操作者可意识到故障。然而，这种***是复杂的且要求显示器连接到运行编码验证过程的处理器。
发明内容
据此，本发明的目的是解决或至少减少上面论述的缺陷中的一个或几个。通常，上面的目的通过所附的独立专利权利要求实现。
根据第一方面，本发明通过一种用于在一时间段的视频期间的视频流上***图形覆盖的方法来实现，其包括以下步骤：估计一时间段的视频流期间视频流的运动等级，基于所估计的运动等级针对该时间段的视频流确定图形覆盖的动画等级，在该时间段的视频流期间的视频流上***图形覆盖。至少能够确定第一动画等级和第二动画等级，其中第一动画等级高于第二动画等级，其中第一动画等级是基于所估计的运动等级低于阈限，并且其中第二动画等级是基于所估计的运动等级高于该阈限。
术语“一时间段的视频流”将在本说明书的背景中被理解为视频流的至少一个视频帧。
图形覆盖可包括任何类型的图形对象，诸如标识或砂漏的表示。
可通过任何合适的视频运动检测(VMD)算法估计运动等级。VMD是通过分析图像数据和一系列图像中的差异而定义场景中的活动性的方法。在其最简单的形式中，VMD可通过将一个图像中的像素的值和前一图像中的对应像素的值进行比较来执行，并且对这两个图像之间已经改变的像素的数目进行计数。因此，这两个图像之间的差异越大，运动等级将越高。通过分析前一时间段的视频流(例如上一秒)来执行运动等级的估计，且假设视频流的当前时间段的运动等级是相同的。
本发明是基于这样的认识：通过***具有基于图像覆盖所放置的视频流的运动等级的动画等级的图形覆盖，视频流的观看者能够容易地看出视频流所描绘的场景是简单的没有改变(因为在此情况下，即便图像的剩余部分是静止的，图形覆盖也将是活动的)，还是视频流处于帧冻结状态(因为在此情况下，图形覆盖也会被冻结)。
换句话说，由于动画等级被确定为使得较低运动等级(例如低于阈限)将导致较高动画等级，并且较高运动等级(例如高于阈限)将导致较低动画等级，与场景确实正在移动的情况相比，未改变的场景将导致图形覆盖具有较高的动画等级。
通过提供对一时间段的视频流执行的方法，实现了确定图形覆盖的动画等级的更灵活的方法。因此，动画等级针对每个时间段的视频流可单独分配。
换句话说，图形覆盖的动画等级可针对一时间段的视频流(例如1/30秒(1帧)、1秒、10秒、1分钟等)来确定。在确定动画等级时，可能还不知道该动画等级将应用多长的时间段。时间段的长度可基于例如视频流的属性或帧的阈限数目。
此外，通过由图形覆盖的动画等级在视频流中指示移动或缺乏移动，可实现显示视频流的客户端的复杂度降低，因为客户端仅必须以通常的方式显示视频流且仍然使观看者意识到因视频流的帧冻结状态而产生的故障状态。
根据一些实施例，升高的运动等级对应于的降低动画等级。这可能是有利的，因为具有高运动等级的视频流要求更高的比特率来传输包括该时间段的视频流的编码比特率。因此，通过降低图形覆盖的动画等级，可抵消由于视频流所描绘的场景的移动而导致的比特率升高。此外，通过在场景移动时降低图形覆盖的动画，包括图形覆盖的视频流的观看者的注意力可有利地被导向场景的实际移动而不被导向图形覆盖。
根据一些实施例，如果运动等级超过阈限值，则图形覆盖的动画等级被确定为零。这可进一步确保包括图形覆盖的视频流的观看者的注意力被导向场景的实际移动而不被导向图形覆盖。此外，包括该时间段的视频流和图形覆盖的编码比特流的传输所要求的比特率可保持在合理的水平。
根据一些实施例，降低的运动等级对应于升高的动画等级。根据一些实施例，图形覆盖的动画等级可升高至阈限动画等级。
根据一些实施例，该方法进一步包括以下步骤：将该时间段的视频流和图形覆盖编码成单个编码比特流，以及传输单个编码比特流。
根据一些实施例，视频流是实时视频流。实时视频流的帧冻结是尤其不利的，因为之后观看者可能漏掉场景中发生的重要事件，例如火情或盗窃的开始。通过使用根据上面描述的活动的图形覆盖，这种帧冻结状态可被迅速地察觉和处理。
根据一些实施例，该方法进一步包括以下步骤：通过以下至少之一确定该时间段的视频流的起始帧：
●计算从确定图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流的起始帧开始的帧数，并且确定所计算的帧数是否大于阈限，
●从获取视频流的PTZ视频摄像机接收到摇摄、倾斜和/或变焦(PZT)信号，
●通过在当前帧和确定图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流的一帧之间执行块匹配操作，来确定当前帧和前一时间段的该帧之间的差异等级，并且确定差异等级是否大于阈限。
仅通过在上述条件中的至少一个条件已经满足之后确定图形覆盖的动画等级，可在有利的时刻确定图形覆盖的动画等级。例如，在接收到PZT信号时，视频流中所描绘的场景可能改变，并且可能需要调整图形覆盖的动画等级。
此外，仅通过在视频流中的当前帧中的场景明显地不同于确定动画等级时的前一时间段中描绘的场景的情况下确定新的动画等级，可避免动画等级的不必要的确定，例如调整。因此，可实现降低的计算复杂度。
而且，在从上次确定开始经过特定数目的帧之前不确定新的动画等级，可避免动画等级的不必要的调整。因此，可实现降低的计算复杂度。
根据一些实施例，估计该时间段的视频流的运动等级的步骤使用以下至少之一来执行：该时间段的视频流的数据的子集，以及前一时间段的视频流的数据的子集。
根据一些实施例，术语“数据的子集”在本说明书的背景中将被理解为仅包括在对应时间段中的帧的子集被用于估计，和/或仅每个帧的一部分在估计动画等级时被使用。这可降低估计的计算复杂度，并且进一步还减少了估计所要求的时间。
在第二方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括具有指令的计算机可读存储介质，指令在由具有处理能力的设备执行时，适于实施根据第一方面的方法。
在第三方面，本发明提供一种视频流处理设备，包括：运动确定模块，被配置成估计一时间段的视频流期间的视频流的运动等级；动画确定模块，被配置成基于所确定的运动等级，确定该时间段的视频流的图形覆盖的动画等级；图形覆盖***模块，被配置成在该时间段的视频流期间的视频流上***图形覆盖。
动画确定模块被配置成确定至少第一动画等级和第二动画等级，其中第一动画等级高于第二动画等级，其中第一动画等级是基于所估计的运动等级低于阈限，并且其中第二动画等级是基于所估计的运动等级高于该阈限。
视频处理设备可有利地是数字视频摄像机的一部分，其中该时间段的视频流由数字视频摄像机获取。这减少了对连接到视频摄像机的其他电子设备的需求，并且例如针对组装原因以及减少安装视频处理设备和摄像机所需空间是有利的。
应注意的是，视频流处理设备可被配置用于执行上面描述的第一方面的任何实施例。
在第四方面，本发明提供一种***，包括：
视频流处理设备，包括：运动确定模块，被配置成估计一时间段的视频流期间的视频流的运动等级；动画确定模块，被配置成基于所确定的运动等级，确定该时间段的视频流的图形覆盖的动画等级；以及图形覆盖***模块，被配置成在该时间段的视频流期间的视频流上***图形覆盖。动画确定模块被配置成确定至少第一动画等级和第二动画等级，其中第一动画等级高于第二动画等级，其中第一动画等级是基于所估计的运动等级低于阈限，并且其中第二动画等级是基于所估计的运动等级高于阈限。
该***进一步包括编码器、第一数字网络模块、第二数字网络模块和解码器，编码器被配置成将该时间段的视频流和图形覆盖编码成单个编码比特流，第一数字网络模块被配置成经由数字网络传输单个编码比特流，第二数字网络模块被配置成经由数字网络接收单个编码比特流，解码器被配置成将单个编码比特流解码成包括图形覆盖的一时间段的视频流。
该***进一步包括客户端，客户端包括显示器，显示器被配置成显示该时间段的视频流。
附图说明
参照所附附图，通过下面本发明的实施例的说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解上面所述以及本发明的其他目的、特征和优势，其中相同的附图标记将用于相似的元件，其中：
图1通过示例示出其上***动画图形覆盖的视频流中的未改变场景，
图2通过示例示出当对视频流的场景中升高的运动等级进行响应时图形覆盖的动画被停止，
图3通过示例描述用于在时间段的视频流期间在视频流上***图形覆盖的方法，
图4示意性地描述视频流处理设备，
图5示意性地描述包括图4的视频流处理设备和用于显示包括图形覆盖的视频流的显示器的***，
图6示出运行中的图5的***。
具体实施方式
图1-图2示出一时间段的视频流的快照以及具有不同等级的动画104的图形覆盖102，其中所述时间段的视频流的图形覆盖102的动画104等级基于确定的在相应附图中描绘的场景的运动等级。
图1示出在由摄像机(例如，监控摄像机)获取的视频流中描绘的典型场景。在该场景上放置图形覆盖102。在该例子中，图形覆盖102是标识(logotype)，但诸如时钟或旗帜的表示之类的其他类型的图形覆盖同样是可能的。在图1的场景中，运动等级是低的，这意味着没有大的移动发生。该场景包括树，其可能有一点点移动，但这种小的移动可能对视频流的观看者来说难以察觉。为此，确定图形覆盖102的动画104等级大于零，例如使得图形覆盖102旋转、移动、自旋或其他类型的动画，以通知观看者视频流未处于帧冻结状态。
图2中，飞机202正在飞过，这意味着场景中的运动等级升高，并且因此视频流的观看者较能注意到。为此，确定图形覆盖102的动画等级为零。观看者不需要为了确定视频流不处于帧冻结状态而看反复移动的图形覆盖102。此外，当在场景中发生移动时，观看者的注意力被导向移动，而不是被导向活动的标识102。此外，对于大多数视频编码方法(诸如H.264、H.265、MPEG 1、MPEG 2、MPEG4)来说，与具有缓慢运动或没有运动的视频流相比，具有许多运动的视频流可能被较少地压缩。因此，用于传输具有运动的视频流的编码比特流所需的比特率升高。通过响应于视频流中升高的运动等级而降低图形覆盖102的动画等级，可以抵消因视频流中的移动而升高的比特率。应注意到，根据一些实施例，与图1中的图形覆盖102的动画104等级相比，图形覆盖102的动画等级不被确定为零，而仅仅是被降低。在飞机202已经飞出由视频流描绘的场景时，视频流中的运动等级可能再次降低。随后，这种降低的运动等级对应于图形覆盖102的升高的动画等级。
图3描述用于在一时间段的视频流期间的视频流上***图形覆盖的方法。
该方法开始于通过使用任何合适的VMD算法来估计S302该时间段的视频流期间视频流的运动等级。
基于估计的运动等级，针对所述时间段的视频流确定S304图形覆盖的动画等级。根据一些实施例，通过在仅两个值之间选择，或者零(没有动画等级)或者X，来确定动画等级，X是任何大于零的合适的动画等级，其例如意味着图形覆盖将旋转、自旋或移动。根据其他实施例，通过将视频流中的动画等级映射为用来确定动画等级的连续函数来确定动画等级。
在已经确定动画等级时，在该时间段的视频流期间的视频流上***S306覆盖图。这意味着针对该时间段的视频流期间的视频流中的各个帧，图形覆盖根据动画机制且根据确定的动画等级(其可以是零，这意味着没有旋转、自旋或移动发生)旋转、自旋或移动，并且随后被***到帧上。
根据一些实施例，该方法进一步包括将该时间段的视频流和图形覆盖编码S308成单个编码比特流以及传输S310单个编码比特流的步骤。
另外，根据一些实施例，在图形覆盖已经***到视频流上之后，并且可能在视频流和图形覆盖被编码S308成单个编码比特流的同时，该方法包括确定S301下一时间段的视频流的起始帧的步骤，即确定何时应当再次确定动画等级的步骤。这通过检查以下条件中的至少一个是否满足来进行：
●计算从确定图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流的起始帧开始的帧数，并且确定所计算的帧数是否大于阈限，
●已经从获取视频流的PTZ视频摄像机接收到摇摄、倾斜和/或变焦信号，
●通过在当前帧和确定图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流的一帧之间执行块匹配操作，来确定当前帧和前一时间段的该帧之间的差异等级，并且确定差异等级是否大于阈限。
即如果从上次确定动画等级以来已经过视频流中的特定帧数，和/或如果已经接收到PTZ信号，和/或如果视频流中的帧的内容已经改变到某种程度，则再次执行步骤S302、S304和S306，以便可能地调整图形覆盖的动画等级。
图4描述视频流处理设备400。视频流处理设备包括运动确定模块402，运动确定模块402被配置成估计该时间段的视频流期间的视频流的运动等级。此外，视频流处理设备包括动画确定模块404，动画确定模块404被配置成基于所确定的运动等级，针对所述时间段的视频流确定图形覆盖的动画等级。动画确定模块404被配置成确定至少第一动画等级和第二动画等级，其中第一动画等级高于第二动画等级，其中第一动画等级是基于所估计的运动等级低于阈限，并且其中第二动画等级是基于估计的运动等级高于该阈限。如上面清楚描述的，动画确定模块404可被配置用于确定两个以上的动画等级。进一步，视频流处理设备包括图形覆盖***模块406，图形覆盖***模块406被配置成在该时间段的视频流期间的视频流上***图形覆盖。运动确定模块402、动画确定模块404和图形覆盖***模块406可以以软件实现且由视频流处理设备400中的至少一个处理器执行，例如由视频流处理设备400的中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)执行。
图5描述包括图4中描述的视频流处理设备400的视频***500。该时间段的视频流513和图形覆盖102从视频处理设备400传输到编码器502，编码器502被配置成将该时间段的视频流513和图形覆盖102编码成单个编码比特流514。编码器可以以软件实现并由处理器执行。应注意的是，编码器可以是视频流处理设备400的一部分或以分立的设备实现。随后，单个编码比特流514被传输到第一数字网络模块504，第一数字网络模块504被配置成经由数字网络506传输单个编码比特流514。数字网络模块504可以是视频流处理设备400或编码器502的一部分，或以分立的设备实现。
单个编码比特流514经由数字网络506由第二数字网络模块508接收。解码器510被配置成将单个编码比特流解码成包括图形覆盖的一时间段的视频流。该***进一步包括客户端511，客户端511包括被配置成显示包括图形覆盖的该时间段的视频流的显示器512。根据实施例，客户端511包括数字网络模块508和解码器510。客户端可例如是计算机、计算机屏幕、平板电脑或智能手机。
图6描述运行中的***500。视频处理设备400以及数字网络模块(未示出)和编码器(未示出)是获取场景602的视频流的数字视频摄像机604的一部分。单个编码比特流514经由数字网络模块和数字网络506传输到客户端511。客户端包括显示器512，且进一步包括解码器(未示出)以及数字网络模块(未示出)。
显示的视频流包括图形覆盖102，图形覆盖102在该具体示例中具有大于零的动画104等级，因为场景602中的运动等级是低的，这意味着没有大的移动发生。如上面论述的，由于活动的图形覆盖102，客户端511中显示的视频流的观看者可相信视频流未处于帧冻结状态。

Claims (13)

1.一种方法，包括以下步骤：
通过分析一时间段的视频流期间的视频流的一系列图像中的差异，来估计(S302)所述时间段的视频流期间的所述视频流的改变量，
基于所估计的改变量，确定(S304)动画(104)等级，
其特征在于：
所述动画等级是放置在所述视频流所描绘的场景上的图形覆盖的动画等级，其中所述图形覆盖的动画等级涉及所述图形覆盖旋转、移动或自旋多少，
在所估计的改变量低于阈限的情况下，将所述图形覆盖的动画等级确定为比在所估计的改变量高于所述阈限的情况下更高，并且
在所述时间段的视频流期间的所述视频流上***(S306)所述图形覆盖，从而包括所述图形覆盖的所述视频流的观看者能够将冻结帧状态下的视频流与描绘在所述时间段的视频流期间没有改变的场景的视频流区分开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中升高的改变量对应于降低的动画等级。
3.根据权利要求2所述的方法，其中如果所述改变量超过阈限值，则所述图形覆盖的动画等级被确定为零。
4.根据权利要求1所述的方法，其中降低的改变量对应于升高的动画等级。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述时间段的视频流期间的所述视频流以及所述图形覆盖编码(S308)成单个编码比特流，以及
传输(S310)所述单个编码比特流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述视频流是实时视频流。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：
通过执行以下至少之一来确定(S301)所述时间段的视频流期间所述视频流的起始帧：
●计算从确定所述图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流期间的视频流的起始帧开始的帧数，并且确定所计算的帧数是否大于阈限值，
●从获取所述视频流的PTZ视频摄像机接收到摇摄、倾斜和/或变焦信号，
●通过在当前帧和确定所述图形覆盖的动画等级所针对的前一时间段的视频流期间的视频流的一帧之间执行块匹配操作，来确定所述当前帧和所述前一时间段期间的视频流的该帧之间的差异等级，并且确定所述差异等级是否大于阈限值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述时间段的视频流期间所述视频流的改变量的步骤使用以下至少之一来执行：
所述时间段的视频流期间的视频流的数据的子集，以及
前一时间段的视频流期间的视频流的数据的子集。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中估计所述改变量的步骤包括：将一个图像中的像素的值和前一图像中的对应像素的值进行比较，并且对在所述图像与所述前一图像之间已经改变的像素的数目进行计数。
10.一种计算机可读存储介质，所述介质具有指令，所述指令适于在由具有处理能力的设备执行时实施根据权利要求1-9中任一项所述的方法。
11.一种视频流处理设备(400)，包括：
改变确定模块(402)，被配置成通过分析一时间段的视频流(513)期间的视频流的一系列图像中的差异，来估计(S302)所述时间段的视频流期间的所述视频流的改变量，
动画确定模块(404)，被配置成基于所估计的改变量，确定(S304)动画(104)等级，
其特征在于：
所述动画等级是放置在所述视频流所描绘的场景上的图形覆盖的动画等级，其中所述图形覆盖的动画等级涉及所述图形覆盖旋转、移动或自旋多少，
所述动画确定模块(404)被配置为，在所估计的改变量低于阈限的情况下，将所述图形覆盖的动画等级确定为比在所估计的改变量高于所述阈限的情况下更高，以及
图形覆盖***模块(406)，被配置成在所述时间段的视频流期间的所述视频流上***(S306)所述图形覆盖，从而包括所述图形覆盖的所述视频流的观看者能够将冻结帧状态下的视频流与描绘在所述时间段的视频流期间没有改变的场景的视频流区分开。
12.根据权利要求11所述的视频流处理设备，是数字视频摄像机(604)，其中所述时间段的视频流期间的视频流通过所述数字视频摄像机获取。
13.一种***(500)，包括：
视频流处理设备(400)，包括：
改变确定模块(402)，被配置成通过分析一时间段的视频流(513)期间的视频流的一系列图像中的差异，来估计(S302)所述时间段的视频流期间的所述视频流的改变量，
动画确定模块(404)，被配置成基于所估计的改变量，确定(S304)动画(104)等级，其中所述动画等级是放置在所述视频流所描绘的场景上的图形覆盖的动画等级，其中所述图形覆盖的动画等级涉及所述图形覆盖旋转、移动或自旋多少，并且其中在所估计的改变量低于阈限的情况下，将所述图形覆盖的动画等级确定为比在所估计的改变量高于所述阈限的情况下更高，以及
图形覆盖***模块(406)，被配置成在所述时间段的视频流期间的所述视频流上***(S306)所述图形覆盖，从而包括所述图形覆盖的所述视频流的观看者能够将冻结帧状态下的视频流与描绘在所述时间段的视频流期间没有改变的场景的视频流区分开，
编码器(502)，被配置成将所述时间段的视频流期间的所述视频流以及所述图形覆盖编码成单个编码比特流(514)，
第一数字网络模块(504)，被配置成经由数字网络(506)传输所述单个编码比特流，
第二数字网络模块(508)，被配置成经由所述数字网络接收所述单个编码比特流，
解码器(510)，被配置成将所述单个编码比特流解码成一时间段的视频流期间的包括所述图形覆盖的视频流，以及
客户端(115)，包括：
显示器(512)，被配置成显示该时间段的视频流期间的视频流。
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