TWI475471B - 利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統 - Google Patents

Description

利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統

本發明是有關於一種視訊壓縮方法及系統，且特別是有關於一種利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統。

傳統的監控系統是採用固定式攝影機擷取特定區域的視訊畫面，並顯示在主機端的螢幕上以供使用者觀看，藉此達到監控的目的。監控攝影機還可掛載到移動設備上，而可藉由移動設備的控制，改變其拍攝角度或拍攝位置，進而增加其監控範圍。

受惠於網路傳輸技術的精進，監控攝影機擷取的視訊畫面已可以透過網路傳送至遠端的主機，讓遠端的使用者可以監控不同區域的視訊畫面。而隨著攝影機解析度的增加，其所擷取之視訊畫面的資料量也大幅提升，因此，視訊畫面在傳送之前，必需先經過壓縮處理，才能夠透過有限的網路頻寬傳送。

上述視訊畫面的壓縮係與各張畫面之間的變化有絕對關係，一般需藉由移動估計單元(Motion Estimator)來估測各張畫面之間的移動向量，並使用此移動向量來壓縮畫面資料。一般固定式攝影機由於拍攝範圍固定，其拍攝畫面不會劇烈變動，因此移動估計的運算並不會占用過多的系統資源。

然而，一旦攝影機的拍攝角度或拍攝位置改變，監控攝影機所拍攝畫面的變化將大幅增加，這對於移動估計單元而言，將需要花費更多的計算資源及時間，才能達成移動向量的估測，系統的效能也因而受到考驗。

本發明提供一種利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統，藉由偵測觸控螢幕上觸碰操作的移動向量，並用以作為監控畫面移動估測的移動向量，而可減少移動估測運算所需的資源及時間。

本發明提出一種利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，適用於包括觸控螢幕及至少一個影像擷取裝置的監控系統。此方法係先利用各個影像擷取裝置拍攝參考畫面，接著偵測觸控螢幕上的觸碰操作，並計算觸碰操作的移動向量，而根據此移動向量，移動影像擷取裝置以拍攝目前畫面。然後，將參考畫面區分為多個參考區塊，並根據所述移動向量搜尋目前畫面中對應於各個參考區塊的目前區塊。最後則比較各個參考區塊與對應之目前區塊的差異，據以決定是否使用觸碰操作的移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料。

在本發明之一實施例中，上述比較各個參考區塊與對應之目前區塊的差異，決定是否使用觸碰操作的移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料的步驟包括計算各個參考區塊與對應之目前區塊中多個對應像素之亮度值的差值總和，並與門檻值比較。其中，若判斷差值總和小於門檻值，直接使用移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料；若差值總和不小於門檻值，執行移動估測於參考區塊與目前區塊，並使用移動估測所得之移動向量壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料。

在本發明之一實施例中，上述計算各個參考區塊與對應之目前區塊中對應像素之亮度值的差值總和的步驟包括取各個參考區塊中四個角落像素的亮度值以及對應之目前區塊中對應之角落像素的亮度值，以計算差值總和。

在本發明之一實施例中，上述偵測觸控螢幕上之觸碰操作，並計算觸碰操作的移動向量的步驟包括計算觸碰操作中多個觸碰點之移動向量的平均值，以做為觸碰操作的移動向量。

在本發明之一實施例中，上述根據移動向量，移動影像擷取裝置以拍攝目前畫面的步驟包括計算觸碰螢幕之解析度與影像擷取裝置之解析度間的比例關係，以及依照此比例關係調整觸碰螢幕之移動向量為移動影像擷取裝置的移動量。

在本發明之一實施例中，上述將參考畫面區分為多個參考區塊的步驟包括根據影像擷取裝置之解析度，決定所區分之參考區塊與目前區塊的尺寸。

本發明提出一種監控系統，其包括至少一影像擷取裝置、觸控螢幕及控制單元。其中，影像擷取裝置是用以拍攝畫面。觸控螢幕是用以偵測觸碰操作。控制單元係耦接影像擷取裝置及觸控螢幕，而用以計算觸碰操作的移動向量，據以移動影像擷取裝置以拍攝參考畫面及目前畫面。其中，控制單元係將參考畫面區分為多個參考區塊，並根據移動向量搜尋目前畫面中對應於各個參考區塊的目前區塊，以及比較各個參考區塊與對應之目前區塊的差異，據以決定是否使用觸碰操作的移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括計算各個參考區塊與對應之目前區塊中多個對應像素之亮度值的差值總和，並與門檻值比較，其中若此差值總和小於門檻值，即直接使用移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料。

在本發明之一實施例中，上述之監控系統更包括移動估測單元，其係在控制單元判斷差值總和不小於門檻值時，執行移動估測於參考區塊與目前區塊，並提供執行移動估測所得之移動向量給控制單元，而由控制單元使用移動估測所得之移動向量壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括取各個參考區塊中四個角落像素的亮度值以及對應之目前區塊中對應之角落像素的亮度值，以計算差值總和。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括計算觸碰操作中多個觸碰點之移動向量的平均值，以做為觸碰操作的移動向量。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括計算觸碰螢幕之解析度與影像擷取裝置之解析度間的比例關係，並依照此比例關係調整觸碰螢幕之移動向量為移動影像擷取裝置的移動量。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括根據影像擷取裝置之解析度，決定所區分之參考區塊與目前區塊的一尺寸。

基於上述，本發明之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統利用在觸控螢幕上操作，藉以控制監控攝影機拍攝視訊畫面。而藉由將觸碰操作的移動向量直接作為視訊畫面之間移動估測的移動向量，可縮減移動估測的運算時間。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例所繪示之監控系統的方塊圖。請參照圖1，本實施例之監控系統10包括至少一個影像擷取單元11(例如影像擷取單元1、影像擷取單元2、…、影像擷取單元n，其中n為正整數)、觸控螢幕12及控制單元13，其功能分述如下：影像擷取單元11例如是包含光學定焦鏡頭或光學變焦鏡頭，以及電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補金氧半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)元件等感光元件的裝置，其可用以拍攝視訊畫面。

觸控螢幕12例如是由液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器或場發射顯示器(Field Emission Display，FED)等顯示器，以及電阻式或電容式等觸控面板組合而成，其可同時提供顯示及觸碰操作功能。

控制單元13係耦接至影像擷取單元11及觸控螢幕12，其例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置，其可管理並控制監控系統10的所有工作。

詳言之，圖2是依照本發明一實施例所繪示之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法流程圖。請參照圖2，本實施例的方法適用於圖1的監控系統10，以下即搭配監控系統10中的各項元件說明本實施例輔助視訊壓縮方法的詳細步驟：首先，由控制單元13利用各個影像擷取裝置11拍攝參考畫面(步驟S202)。此處的參考畫面是影像擷取裝置11尚未受到控制單元13控制而移動之前所拍攝到的畫面，或是前一次受控移動後所拍攝到的畫面，而可用以作為下一張畫面執行移動估測所參考的畫面。

接著，控制單元13會偵測觸控螢幕12上的觸碰操作，並計算此觸碰操作的移動向量(步驟S204)。詳言之，每當使用者在觸控螢幕12上進行觸碰操作時，觸控螢幕12即會偵測被手指觸碰到的觸碰點位置，此觸碰點的位置資訊將會送到控制單元13，而由控制單元13去計算觸碰操作在觸控螢幕12上移動所產生的移動向量。需說明的是，上述的偵測方式應用在支援多點觸碰的觸控螢幕上時，還可判斷使用者的手勢，進而控制各個影像擷取裝置11執行該手勢對應的動作，例如旋轉或移動。

詳言之，若控制單元13偵測到多個觸碰點時，例如會計算這些觸碰點之移動向量的平均值，而用以做為觸碰操作的移動向量。舉例來說，若控制單元13偵測到雙指朝同一方向的觸碰拖曳操作時，即可分別計算兩隻手指的移動向量，然後再取這兩個移動向量的平均值，用以做為此觸碰操作(即雙指觸碰拖曳)的移動向量。

然後，控制單元13即根據所計算的移動向量，控制影像擷取裝置11移動以拍攝目前畫面(步驟S206)。其中，控制單元13例如會先計算觸碰螢幕12之解析度與影像擷取裝置11之解析度之間的比例關係，然後再依照此比例關係將觸碰螢幕12之移動向量對應調整為移動影像擷取裝置11的移動量。藉此，可提供使用者較佳且較直覺的操作感受來控制影像擷取裝置11的移動。

接下來則進行畫面壓縮的步驟，此時控制單元13會將上述擷取到的參考畫面區分為多個參考區塊，並根據上述計算所得的移動向量，搜尋目前畫面中對應於各個參考區塊的目前區塊(步驟S208)。詳言之，由於影像擷取裝置11的移動方向及移動量是由觸碰螢幕12上觸碰操作的移動方向及移動量來決定，因此，影像擷取裝置11移動前後所拍攝到的畫面之間，也會與觸碰操作的移動向量存在某種程度的關係。據此，本實施例即根據上述觸碰操作的移動向量來找尋移動後所拍攝之目前畫面與移動前所拍攝之參考畫面之間的對應區塊，進而實施後續的移動估測。

需說明的是，在一實施例中，上述區分之參考區塊與目前區塊的尺寸可以是一個固定值，例如為4*4像素的區塊。而在另一實施例中，參考區塊與目前區塊的尺寸也可以是由影像擷取裝置之解析度來決定。簡言之，若影像擷取裝置之解析度較低，則可使用尺寸較大的參考區塊(如16*16像素的區塊)與目前區塊來估測參考畫面與目前畫面的差異；反之，若影像擷取裝置之解析度較高，則可使用尺寸較小的參考區塊(如4*4像素的區塊)與目前區塊來估測參考畫面與目前畫面的差異。當使用尺寸較小的區塊時，若尺寸最小之區塊與相鄰區塊的移動向量在一門檻值以內(X方向移動向量≦門檻值且Y方向移動向量≦門檻值)，則可合併此二區塊，例如合併為4*8像素或8*4像素之區塊，然而可再往鄰近區塊合併(例如可合併為8*8像素、8*16像素、16*8像素、16*16像素的區塊)。

在找尋到相對應的參考區塊及目前區塊之後，控制單元13即會去比較各個參考區塊與對應目前區塊之間的差異，據以決定是否使用此觸碰操作的移動向量來作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料(步驟S210)。詳言之，若找尋到的目前區塊與對應參考區塊之間的差異小於一定量時，即可判定此區塊的移動僅涉及由影像擷取裝置11移動所造成的全域性(global)運動，而非區塊內物體移動所造成的區域性(local)運動。藉此，觸碰操作的移動向量即可直接用來作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，進而省去移動估測的步驟。

值得一提的是，針對上述比較參考區塊與對應目前區塊之差異的步驟，本發明還提供一種簡便且快速的方式，僅藉由比較區塊內特定像素的差異，即可判斷出整個區塊是否適於直接取用觸碰操作的移動向量來進行壓縮。以下則再舉一實施例詳細說明。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法流程圖。請參照圖3，本實施例的方法適用於圖1的監控系統10，以下即搭配監控系統10中的各項元件說明本發明輔助視訊壓縮方法的詳細步驟：首先，由控制單元13利用各個影像擷取裝置11拍攝參考畫面(步驟S302)。接著，由控制單元13偵測觸控螢幕12上的觸碰操作，並計算此觸碰操作的移動向量(步驟S304)，然後根據所計算的移動向量，控制影像擷取裝置11移動以拍攝目前畫面(步驟S306)。之後，控制單元13會將上述擷取到的參考畫面區分為多個參考區塊，並根據上述計算所得的移動向量，搜尋目前畫面中對應於各個參考區塊的目前區塊(步驟S308)。上述步驟係與前述實施例中的S302~S308係與前述實施例中的步驟S202~S208相同或相似，故其詳細內容在此不再贅述。

與前述實施例不同的是，本實施例在找出各個參考區塊對應的目前區塊之後，控制單元13即會計算各個參考區塊與對應目前區塊中多個對應像素之亮度值的差值總和(步驟S310)，然後再將此差別總和與一個門檻值比較，以判斷此差值總和是否小於門檻值(步驟S312)。其中，控制單元13例如是取各個參考區塊中四個角落像素的亮度值以及對應目前區塊中對應角落像素的亮度值，以計算上述的差值總和。

舉例來說，圖4是依照本發明一實施例所繪示之計算參考區塊與對應目前區塊之差異的範例。請參照圖4，當使用者利用手指在觸控螢幕40上執行一個由左至右的觸碰拖曳操作時，監控系統即可計算出此觸碰拖曳操作的移動向量V(Δ x，Δ y)，其中包括x分量Δ x及y分量Δ y。根據上述移動向量V移動影像擷取單元，即可獲得移動前後所拍攝到的參考畫面41及目前畫面42。此時，若要計算參考畫面41中之參考區塊412移動前後的移動向量，則可根據上述的移動向量V反推目前畫面42中對應於參考區塊412位置MB(xi+Δ x,yi+Δ y)的目前區塊422的位置MB(xi,yi)。接著，本實施例僅取參考區塊412中的四個角落像素R1、R2、R3、R4的亮度值來與目前區塊422中的四個落度像素C1、C2、C3、C4的亮度值做比較，而計算出對應角落像素之亮度值的差值總合。其中，僅取四個角落像素的用意在於減少系統計算亮度差值時所需占用的計算資源及時間，而若角落像素的差異不大，則可代表整體區塊的差異也不大。

最後，若所計算的差值總和小於門檻值，即直接使用上述的移動向量作為參考區塊與目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料(步驟S314)。

反之，若差值總和不小於該門檻值，則執行移動估測於參考區塊與目前區塊，並使用移動估測所得之移動向量來壓縮參考區塊與目前區塊之畫面資料(步驟S316)。詳言之，監控系統10中例如還包括一個移動估測單元(未繪示)，其可在控制單元13判斷差值總和不小於門檻值時，在參考區塊與目前區塊之間執行移動估測，並提供移動估測所得的移動向量給控制單元13，使得控制單元13可以使用移動估測所得之移動向量來壓縮參考區塊與該目前區塊之畫面資料。

綜上所述，本發明之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法及監控系統藉由偵測使用者在觸控螢幕上的觸碰操作，計算此觸碰操作的移動向量，並選擇性地應用在監控畫面的資料壓縮，藉此可大幅縮減移動估計單元計算移動向量所需的時間及計算量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．監控系統

11．．．影像擷取裝置

12、40．．．觸控螢幕

13．．．控制單元

41．．．參考畫面

412．．．參考區塊

42．．．目前畫面

422．．．目前區塊

S202~S210．．．本發明一實施例之方法流程

S302~S316．．．本發明一實施例之方法流程

圖1是依照本發明一實施例所繪示之監控系統的方塊圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法流程圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法流程圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之計算參考區塊與對應目前區塊之差異的範例。

S202~S210．．．本發明一實施例之方法流程

Claims (13)

1. 一種利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，適用於包括一觸控螢幕及至少一影像擷取裝置的一監控系統，該方法包括下列步驟：利用各該至少一影像擷取裝置拍攝一參考畫面；偵測該觸控螢幕上之一觸碰操作，並計算該觸碰操作的一移動向量；根據該移動向量，移動該影像擷取裝置以拍攝一目前畫面；區分該參考畫面為多個參考區塊，並根據該移動向量搜尋該目前畫面中對應於各該些參考區塊的一目前區塊；以及比較各該些參考區塊與對應之該目前區塊的一差異，據以決定是否使用該觸碰操作的該移動向量作為該參考區塊與該目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，其中比較各該些參考區塊與對應之該目前區塊的該差異，決定是否使用該觸碰操作的該移動向量作為該參考區塊與該目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料的步驟包括：計算各該些參考區塊與對應之該目前區塊中多個對應像素之亮度值的一差值總和，並與一門檻值比較；以及若該差值總和小於該門檻值，直接使用該移動向量作為該參考區塊與該目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料；以及若該差值總和不小於該門檻值，執行一移動估測於該參考區塊與該目前區塊，並使用該移動估測所得之移動向量壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，其中計算各該些參考區塊與對應之該目前區塊中該些對應像素之亮度值的該差值總和的步驟包括：取各該些參考區塊中四個角落像素的亮度值以及對應之該目前區塊中對應之角落像素的亮度值，以計算該差值總和。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，其中偵測該觸控螢幕上之該觸碰操作，並計算該觸碰操作的該移動向量的步驟包括：計算該觸碰操作中多個觸碰點之移動向量的一平均值，以做為該觸碰操作的該移動向量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，其中根據該移動向量，移動該影像擷取裝置以拍攝該目前畫面的步驟包括：計算該觸碰螢幕之一解析度與該影像擷取裝置之解析度間的一比例關係；以及依照該比例關係調整該觸碰螢幕之該移動向量為移動該影像擷取裝置的一移動量。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用觸控螢幕輔助視訊壓縮的方法，其中區分該參考畫面為多個參考區塊的步驟包括：根據該影像擷取裝置之解析度，決定所區分之該參考區塊與該目前區塊的一尺寸。
7. 一種監控系統，包括：至少一影像擷取裝置；一觸控螢幕，偵測一觸碰操作；以及一控制單元，耦接該至少一影像擷取裝置及該觸控螢幕，計算該觸碰操作的一移動向量，據以移動該影像擷取裝置以拍攝一參考畫面及一目前畫面，其中該控制單元區分該參考畫面為多個參考區塊，並根據該移動向量搜尋該目前畫面中對應於各該些參考區塊的一目前區塊，以及比較各該些參考區塊與對應之該目前區塊的一差異，據以決定是否使用該觸碰操作的該移動向量作為該參考區塊與該目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中該控制單元包括計算各該些參考區塊與對應之該目前區塊中多個對應像素之亮度值的一差值總和，並與一門檻值比較，其中若該差值總和小於該門檻值，直接使用該移動向量作為該參考區塊與該目前區塊之間的移動向量，並用以壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之監控系統，更包括：一移動估測單元，在該控制單元判斷該差值總和不小於該門檻值時，執行一移動估測於該參考區塊與該目前區塊，並提供執行該移動估測所得之移動向量給該控制單元，而由該控制單元使用該移動估測所得之移動向量壓縮該參考區塊與該目前區塊之畫面資料。
10. 如申請專利範圍第8項所述之監控系統，其中該控制單元包括取各該些參考區塊中四個角落像素的亮度值以及對應之該目前區塊中對應之角落像素的亮度值，以計算該差值總和。
11. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中該控制單元包括計算該觸碰操作中多個觸碰點之移動向量的一平均值，以做為該觸碰操作的該移動向量。
12. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中該控制單元包括計算該觸碰螢幕之一解析度與該影像擷取裝置之解析度間的一比例關係，並依照該比例關係調整該觸碰螢幕之該移動向量為移動該影像擷取裝置的一移動量。
13. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中該控制單元包括根據該影像擷取裝置之解析度，決定所區分之該參考區塊與該目前區塊的一尺寸。