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TWI451761B - 場景變化偵測方法與場景變化偵測裝置 - Google Patents

場景變化偵測方法與場景變化偵測裝置 Download PDF

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TWI451761B
TWI451761B TW097132537A TW97132537A TWI451761B TW I451761 B TWI451761 B TW I451761B TW 097132537 A TW097132537 A TW 097132537A TW 97132537 A TW97132537 A TW 97132537A TW I451761 B TWI451761 B TW I451761B
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Description

場景變化偵測方法與場景變化偵測裝置
本發明係有關於一種視訊偵測方案，特別係有關於一種場景變化(scene change)偵測方法及其相關裝置。
通常而言，一個視訊區段(segment)由多個不同類型的視訊序列組成，如視訊序列A、視訊序列B、視訊序列X等等。場景變化(scene change)通常是指視訊影像內容由視訊序列A轉換到視訊序列B。在某些應用中，如視訊編碼與訊框速率變換，需要偵測場景變化的發生並應用一些操作以減少或防止視訊品質的劣化。對於視訊編碼而言，有必要偵測場景變化發生的時間點，使得可以決定插入資訊框(information frame)至訊框之序列中的具體時間。對於訊框速率變換，有必要偵測場景變化發生的時間點，並依據偵測到的場景變化的時間產生一個或多個內插訊框。
傳統的場景變化偵測方案計算出當前訊框與前一/後一訊框之亮度平均值之間的差值(difference)。若差值大於預設閾值，則表示當前訊框與前一/後一訊框之間很大可能發生了場景變化。然而，若自兩個不同視訊序列的亮度所產生的平均值之間的差值很小，上述傳統的場景變化偵測方案可能無法恰當地偵測到場景變化。
另一傳統的場景變化偵測方案計算兩組參考運動向量(reference motion vector)之間的差值，兩組參考運動向量分別與視訊中的前一訊框及後一訊框相關。舉例而言，若與前一訊框相關的參考運動向量均指向左方的影像區塊，而與後一訊框相關的參考運動向量均指向右方的影像區塊(即向量不協調)，則上述差值較大，且其可能指示發生了場景變化。將上述差值與預設閾值相比較，此傳統的場景變化偵測方案便可偵測到場景變化是否發生，並依據偵測結果編碼視訊。雖然傳統的場景變化偵測方案在應用於視訊編碼時可正確運作，然而當其應用於具有A-B重複(A-B repeat)功能的視訊播放器時，可能無法正常運作。這是因為藉由使用A-B重複功能，視訊播放器可將一個視訊區段播放兩次。若與視訊區段內的訊框相關的參考運動向量指向特殊方向之影像區塊，即使利用傳統的場景變化偵測方案，也很難偵測到視訊區段之第一次顯示結束以及第二次顯示開始的時間(即場景變化發生的時間)。
舉例而言，視訊區段中包含有影像內容，上述影像內容可能是一個人騎著一輛腳踏車從背景畫面的左邊駛向背景畫面的右邊。當這個視訊區段被具有A-B重複功能的視訊播放器顯示兩次時，與此視訊區段之第一及第二次顯示的訊框相關的參考運動向量可能幾乎相同，而且第一及第二次顯示的當前訊框與前一/後一 訊框的亮度平均值也可能很接近。這種情況下，傳統的場景變化偵測方案無法偵測場景變化的發生。因此，需要提供一種新穎的場景變化偵測方法來解決上述問題。
有鑒於此，本發明之目的之一在於提供一種場景變化(scene change)偵測方法及其相關裝置，依據對應於不同訊框的最小區塊匹配成本(minimum block matching cost)的求和結果進行偵測，以於先前技術無法偵測場景變化的情形中準確偵測場景變化是否發生。
依據本發明之一實施例，提供一種場景變化偵測方法，包含有：計算與第一訊框內之複數個區塊及第二訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的第一求和結果及第二求和結果；以及依據第一求和結果與第二求和結果決定是否發生場景變化。
依據本發明之另一實施例，提供一種場景變化偵測裝置，包含有：計算電路，用於計算與第一訊框內之複數個區塊及第二訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的第一求和結果及第二求和結果；以及決策電路，耦接於計算電路，用於依據 第一求和結果及第二求和結果來決定是否發生場景變化。
本發明所提供之場景變化偵測方法及裝置與先前技術相比較，其有益效果包括：藉由計算最小區塊匹配成本的求和結果並進而決定是否發生場景變化，可在先前技術無法偵測的情形中準確偵測場景變化是否發生。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的“包含”係為開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定於”。以外，“耦接”一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
閱讀了下文對圖式所顯示之實施例之詳細描述之後，本發明對所屬領域之技術人員而言將顯而易見。
請參照第1圖，第1圖係為依據本發明第一實施例之場景變化(scene change)偵測裝置100之方塊圖。如第1圖所示，場景變化偵測裝置100包含資料流(data flow)控制器101、前一訊框資料緩衝器102、當前訊框資料緩衝器103、計算電路105以及決策電路110。資料流控制器101用於控制前一訊框資料緩衝器102與當前訊框資料緩衝器103，使其分別將前一訊框資料與當前訊框資料輸出至計算電路105。計算電路105係用於計算複數個最小區塊匹配成本(minimum block matching cost)的第一求和結果R1及第二求和結果R2，其中，最小區塊匹配成本與第一訊框內之影像區塊及第二訊框內之影像區塊相關。舉例而言，第二訊框在第一訊框之後，亦即，在本示例中，第一訊框作為前一訊框，第二訊框為當前訊框。決策電路110係用於依據計算電路105所產生之第一求和結果R1與第二求和結果R2，決定是否發生了場景變化。
特別地，當第一求和結果R1與第二求和結果R2之間的差值D1大於預設閾值Vth時，決策電路110決定發生了場景變化。因此，場景變化偵測裝置100藉由計算求和結果R1與R2之間的差值(difference)D1，能夠決定第一訊框與第二訊框(即前一訊框與當前訊框)之間是否發生場景變化。原因在於，發生於前一訊框與當前訊框之間的最小區塊匹配成本的求和結果的突增/突減(burst increment/decrement)，通常代表用於解碼前一訊框之目標 運動向量(target motion vector)與用於解碼當前訊框之目標運動向量不同且相衝突。換言之，場景變化偵測裝置100藉由計算對應於兩連續訊框的複數個最小區塊匹配成本的求和結果之間的差值，能夠決定兩連續訊框之間是否發生了場景變化。當場景變化偵測裝置100應用於具有A-B重複(A-B repeat)功能之視訊播放器時，場景變化偵測裝置100藉由比較上述差值D1與預設閾值Vth，判斷出上述目標運動向量是否互相衝突，從而極有可能正確偵測到場景變化。
請參照第2圖，第2圖係為依據本發明第二實施例之場景變化偵測裝置200之方塊圖。場景變化偵測裝置200包含資料流控制器201、前一訊框資料緩衝器202、當前訊框資料緩衝器203、計算電路205、調節電路215以及決策電路210。資料流控制器201、前一訊框資料緩衝器202、當前訊框資料緩衝器203以及計算電路205的功能及操作與第1圖中的資料流控制器101、前一訊框資料緩衝器102、當前訊框資料緩衝器103以及計算電路105的功能及操作相同，為簡潔起見，此處不再作進一步描述。本實施例與第一實施例之主要差異在於，場景變化偵測裝置200更利用調節電路215來產生與第一訊框及第二訊框的結構資訊(texture information)相關的複數個調節(adjustments)。然後，決策電路210依據第一求和結果R1’、第二求和結果R2’以及上述複數個調 節，來決定是否發生場景變化，其中，產生第一求和結果R1’及第二求和結果R2’的方法與第1圖中產生第一求和結果R1及第二求和結果R2的方法相同。
特別地，決策電路210將上述調節分別與第一求和結果R1’及第二求和結果R2’相結合，以獲得調節後的求和結果R1’adj與R2’adj，然後依據調節後的求和結果R1’adj與R2’adj決定是否發生場景變化。若調節後的求和結果R1’adj與R2’adj之間的差值D2大於預設閾值Vth’，決策電路210決定前一訊框與當前訊框之間發生了場景變化。將在下文闡述場景變化偵測裝置200參考調節後的求和結果R1’adj與R2’adj來決定是否發生場景變化的原因。在第一實施例中，當前一訊框與當前訊框具有複雜的結構資訊時，對應於前一訊框及當前訊框之最小區塊匹配成本的求和結果R1與R2之間的差值D1的階數(order)通常遠大於對應於具有簡單(plain)結構資訊的兩連續訊框之最小區塊匹配成本的求和結果之間的差值D1’的階數。差值D1的值大於預設閾值Vth是可能的，場景變化偵測裝置100因此決定發生了場景變化，而實際上，前一訊框與當前訊框之間並未發生場景變化。這是因為差值D1的階數很大，因而差值D1的值通常大於預設閾值Vth。換言之，在這種情況下，藉由決定發生了場景變化，場景變化偵測裝置100可能會作出錯誤的決定。此外，差值D1’的階數很小，因而其值通常小於預設閾 值Vth。這種情況下，場景變化偵測裝置100可能作出另一錯誤的決定(未發生場景變化)，但實際上卻發生了場景變化。為了增強第一實施例中場景變化偵測裝置100的功能，提供了第二實施例中的場景變化偵測裝置200。
以下描述中，藉由分別考量不同的因素，提供了產生上述調節的兩個例子。第一個例子中，調節電路215依據複數個畫素值之變化產生調節，這些畫素值位於對應於複數個最小區塊匹配成本的複數個目標運動向量所參考之複數個影像區塊內。特別地，對每一訊框，調節電路215計算多個影像區塊內之複數個畫素值之變化的總求和結果，多個影像區塊分別作為對應於最小區塊匹配成本的目標運動向量的參考。調節電路215將這個求和結果作為與此訊框相關的調節。所屬領域的技術人員應可了解如何在每一影像區塊內產生畫素值的變化之和，為簡潔起見，此處不再贅述。因此，只要第一訊框與第二訊框(即前一訊框與當前訊框)不同，調節電路215就可以產生兩個不同的調節，這些調節與第一訊框及第二訊框之結構資訊相關。接著，決策電路210接收這些調節並分別從第一求和結果R1’及第二求和結果R2’中減去這些調節，以獲得調節後的求和結果R1’adj與R2’adj。從而，當調節後的求和結果R1’adj與R2’adj之間的差值D2大於預設閾值Vth’時，如上所述，決策電路210決定發生了場景變化。
在第二個例子中，調節電路215依據複數個畫素差值之求和結果而產生調節，畫素差值分別與對應於複數個最小區塊匹配成本的複數個目標運動向量所參考之多個影像區塊內的空間梯度(spatial gradient)相關。舉例而言，調節電路215計算不同畫素之間的兩個總的畫素差值以產生調節，不同畫素係分別與前一訊框及當前訊框之空間梯度相關。對於前一訊框中目標運動向量所參考的影像區塊，調節電路215分別從每一當前畫素值中減去左上角(left-top)的畫素值，以獲得與此影像區塊自身相關的畫素差值。調節電路215接著將對應於所有影像區塊的畫素差值相加，以產生特定的求和結果，作為與此前一訊框相關的調節。接著，以類似的方式，調節電路215產生另一求和結果以作為與當前訊框相關的調節。因此，決策電路210藉由參考調節後的求和結果R1’adj與R2’adj，可正確決定前一訊框與當前訊框之間是否發生場景變化，其中調節後的求和結果R1’adj與R2’adj係藉由從第一求和結果R1’及第二求和結果R2’中減去上述調節而產生。當然，調節電路215亦可藉由分別從每一當前畫素值中減去右上角/右端/左端的畫素值，來獲得與此影像區塊相關的畫素差值。上述方案也遵循本發明之精神。再者，對於前一訊框與當前訊框，調節電路215可依據多個影像區塊的其他結構資訊(如邊緣資訊)來產生不同的調節，其中，多個影像區塊係作為分別與前一訊框及當前訊框相關的目標運動向量的參考。
為了更清楚地解釋本發明之精神，以下給出了對應於第1圖與第2圖之第一與第二實施例的相關流程圖。請參照第3圖，第3圖係為第1圖所示之場景變化偵測裝置100之操作流程圖，包含以下步驟：步驟300：開始；步驟305：控制前一訊框資料緩衝器102與當前訊框資料緩衝器103以輸出前一訊框資料與當前訊框資料；步驟310：計算與第一訊框(如前一訊框)內之複數個影像區塊及第二訊框(如當前訊框)內之複數個影像區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的第一求和結果R1及第二求和結果R2；以及步驟315：將第一求和結果R1與第二求和結果R2之間的差值與預設閾值Vth相比較，以決定是否發生場景變化。
請參照第4圖，第4圖係為第2圖所示之場景變化偵測裝置200之操作流程圖，包含以下步驟：步驟400：開始；步驟405：控制前一訊框資料緩衝器202與當前訊框資料緩衝器203以輸出前一訊框資料與當前訊框資料；步驟410：計算與第一訊框(如前一訊框)內之複數個影像區塊及第二訊框(如當前訊框)內之複數個影像區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的第一求和結果R1’及第二求和結果R2’； 步驟415：產生與第一訊框及第二訊框之結構資訊相關之調節；步驟420：將上述調節分別與第一求和結果R1’及第二求和結果R2’相結合，以獲得調節後的求和結果R1’adj與R2’adj；以及步驟425：將調節後的求和結果R1’adj與R2’adj之間的差值與預設閾值Vth’相比較，決定是否發生場景變化。
所屬領域之技術人員當可對本發明之裝置及方法做出變更與修改，凡不超出本發明之精神範圍內所做之更動與潤飾，均屬於本發明之保護範圍。
100、200‧‧‧場景變化偵測裝置
101、201‧‧‧資料流控制器
102、202‧‧‧前一訊框資料緩衝器
103、203‧‧‧當前訊框資料緩衝器
105、205‧‧‧計算電路
110、210‧‧‧決策電路
215‧‧‧調節電路
300~315、400~425‧‧‧步驟
第1圖係為依據本發明第一實施例之場景變化偵測裝置之方塊圖。
第2圖係為依據本發明第二實施例之場景變化偵測裝置之方塊圖。
第3圖係為第1圖所示之場景變化偵測裝置之操作流程圖。
第4圖係為第2圖所示之場景變化偵測裝置之操作流程圖。
200‧‧‧場景變化偵測裝置
201‧‧‧資料流控制器
202‧‧‧前一訊框資料緩衝器
203‧‧‧當前訊框資料緩衝器
205‧‧‧計算電路
210‧‧‧決策電路
215‧‧‧調節電路

Claims (8)

  1. 一種場景變化偵測方法，包含有：計算與一第一訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的一第一求和結果；計算與一第二訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的一第二求和結果；以及依據該第一求和結果與該第二求和結果決定是否發生一場景變化，其中依據該第一求和結果與該第二求和結果決定是否發生該場景變化之該步驟包含：當該第一求和結果與該第二求和結果之一差值大於一預設閾值時，決定發生該場景變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之場景變化偵測方法，更包含：產生複數個調節，該些調節與該第一訊框及該第二訊框之結構資訊相關；以及該決定是否發生該場景變化之步驟包含：將與該第一訊框及該第二訊框之結構資訊相關的該些調節分別與該第一求和結果及該第二求和結果相結合，以獲得複數個調節後的求和結果；當該些調節後的求和結果之間之一差值大於一預設閾值時，決定發生該場景變化。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之場景變化偵測方法，其中該些調節係分別依據複數個畫素值之變化而產生，該些畫素值位於複數個目標運動向量所參考之複數個影像區塊內，該些目標運動向量對應於該些最小區塊匹配成本。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之場景變化偵測方法，其中該些調節係分別依據複數個畫素差值之複數個求和結果而產生，該些畫素差值與複數個目標運動向量所參考之複數個影像區塊內的複數個空間梯度相關，該些目標運動向量對應於該些最小區塊匹配成本。
  5. 一種場景變化偵測裝置，包含有：一計算電路，用於計算與一第一訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的一第一求和結果，以及計算與一第二訊框內之複數個區塊相關之複數個最小區塊匹配成本的一第二求和結果；以及一決策電路，耦接於該計算電路，用於依據該第一求和結果及該第二求和結果來決定是否發生一場景變化，其中當該第一求和結果與該第二求和結果之一差值大於一預設閾值時，該決策電路決定發生該場景變化。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之場景變化偵測裝置，更包含：一調節電路，耦接於該決策電路，用於產生複數個調節，該些調節與該第一訊框及該第二訊框之結構資訊相關；其中該決策電路將與該第一訊框及該第二訊框之結構資訊相關的該些調節分別與該第一求和結果及該第二求和結果相結合，以獲得複數個調節後的求和結果，當該些調節後的求和結果之間之一差值大於一預設閾值時，該決策電路決定發生該場景變化。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之場景變化偵測裝置，其中該調節電路分別依據複數個畫素值之變化而產生該些調節，該些畫素值位於複數個目標運動向量所參考之複數個影像區塊內，該些目標運動向量對應於該些最小區塊匹配成本。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之場景變化偵測裝置，其中該調節電路分別依據複數個畫素差值之複數個求和結果來產生該些調節，該些畫素差值與複數個目標運動向量所參考之複數個影像區塊內的複數個空間梯度相關，該些目標運動向量對應於該些最小區塊匹配成本。
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