數字電視的視頻分析與組播傳輸研究

王 征

重慶廣播電視集團（總臺）技術制播中心，重慶 400039

數字電視的視頻分析與組播傳輸研究

王 征

重慶廣播電視集團（總臺）技術制播中心，重慶 400039

隨著人們生活水平的提升和人們對娛樂設定的標準不斷升級，數字電視出現并得到迅速的推廣，其作為數字信息技術的產物，將電視傳播方式與信息技術有機結合，與傳統模擬電視相比不僅畫面更加清晰、伴音效果得到大幅提升，而且對頻道資源的節省程度也非常理想，受到社會各界的廣泛關注，現階段其應用范圍已從家用娛樂向工業生產、企業管理等方面擴展，本文以數字電視為研究對象，從鏡頭分割、樣本視頻檢索、IPv6環境下的組播路由協議三個方面對數字電視的視頻分析與組播傳輸展開分析，為現階段寬帶社區業務系統的完善和升級作出努力。

數字電視；視頻分析；組播傳輸

在計算機應用技術、電子集成技術、通訊技術等快速發展并逐漸向電視領域滲透的過程中，電視節目在采集、制作、編輯、播放、傳輸、接收的各個環節開始應用數字技術，數字電視出現，其用數字信號取代傳統模擬信號，在新源壓縮方面開始應用數據編碼壓縮技術，將視頻、音頻、輔助數據等分別打包后復合成單路串行的數據流，使其在信道編解碼的環節不需要行、場信號，抗干擾能力得到提升。

1 數字電視的視頻分析

1.1 基于鏡頭分割的視頻分析

鏡頭分割的程度對視頻分析的效果有直接的影響，通常視頻由描述獨立故事單元的場景構成，而場景由多個語義相關的鏡頭構成，而鏡頭由多個連續幀構成，連續幀由一定的關鍵幀構成，所以視頻分析就是對幀內容的提取，而鏡頭分割是將一段視頻轉化成形式上多個獨立單元，使其能夠用多個關鍵幀表示的主要途徑[1]。通過鏡頭切割可以使系統的處理速度得到大幅度的提升，而存儲空間相對縮減，使視頻信號可處理的可能性增加，鏡頭分割一方面要保證鏡頭內不同的圖像幀在內容方面相近，一方面要保證相鄰鏡頭之間的圖像幀內容存在較大的差異，切變和漸變是現階段鏡頭切換的主要形式，傳統的視頻分析都以像素為研究對象，解碼運算量多，而其對運動的敏感性較強[2]。隨著視頻分析的逐漸深入在壓縮域進行掃換檢測的新方法出現，利用MPEG壓縮域信息檢測掃換，I幀P幀和B幀共同構成了MPEG視頻數據，而相鄰幀之間的變化區域以幀圖像邊緣為邊界而連續分布，整體覆蓋圖像幀，在應用此方法的過程中，首先其空間分布必須滿足備檢模塊可以構成某種具有幾何特性的以幀圖像邊緣為邊界的連續區域，而且當前幀的變化區域面積與整個幀圖像面積的比值必須在變化區域最小比例和最大比例之間。利用哈夫變換檢測，可對變化區域的連續性作出判斷，當確定Hough變化檢測呈直線后，可確定其經過的宏塊個數，如果直線實際的備檢宏塊個數與其經過的宏塊個數的比值大于或等于限制直線上備檢宏塊應占最小比例的閾值，可確定其備檢宏塊可以組成直線，多條連續的直線可形成連續的區域，而每個幀都會有其獨屬的坐標[3]。在空間分布的基礎上要進行時間分布特征分析，在時間上連續幀的坐標變化要具有一定的連續性，而且呈現出單純的遞增或遞減趨勢，連續幀的累加可以覆蓋整個幀圖像，即所有變化區域的比例之和應該在0.75和1.25之間，這樣避免了以幀長度作為檢測對象的不足，在DC圖像的直方圖檢測和復雜掃換模式檢測的基礎上，可以發現此種方式不僅能夠對視頻的開始點和結束點進行定位的掃換，而且掃換模式可以確定，能夠較好的實現對鏡頭切換的區分，其在解碼部分編碼字段的基礎上以少量的運算即可以實現。

1.2 基于樣本視頻檢索的視頻分析

隨著大數據時代的到來，信息的產生速度不斷加快，如何從大量的視頻信息中查閱具有某種內容信息的視頻成為新的難題，基于視頻內容的檢索即以視頻和視頻對象的內容和上下文的相關性在大范圍的視頻數據庫中進行檢索的行為，其算法可在沒有人的主動參與下實現自動識別和對視頻重要信息的理解。可見其一方面可以從視頻中提取多樣性的檢索特征，一方面在人機交互作用下在大量數據中進行近似信息匹配，現階段視頻特征檢索，主要利用QBIC、Photobook、VisualSEEK等系統，針對視頻關鍵幀的顏色、紋理、形狀、時空分布特征，以及連續幀的運動特征、鏡頭分割、相關反饋進行，但檢索的精度并不理想，所以以樣本為基礎的分級檢索視頻方法出現，其屬于逐步求精的過程，首先，進行快速粗檢，利用I幀中dct-dc-size字段過濾編碼長度與樣本存在差異的視頻數據；其次，利用B幀運動矢量的時空分布進行不符合要求的信息排除；最后，利用DC圖像實現精確匹配，通過此種方式，在少量計算的前提下，只通過解碼部分編碼字段，就可以實現實時檢索，舍去了預先提取關鍵幀的環節，精度得到了大幅度的提升[4]。

2 數字電視的組播傳輸

IPv6通過地址前綴將傳輸類型劃分為單播地址、泛播地址和組播地址三種類型，使地址空間在IPv4的基礎上得到了較大幅度的擴展，形成了結構化的路由層次，而且報頭格式得到有效的簡化，在即插即用的同時使IP地址的安全性和可移動性得到增強，而且對流的支持性也得到深化，使IPv4IP地址緊張的問題得到有效的緩解，但IPv6組播地址的應用仍存在一定的問題，例如可靠性和安全性不足，受網絡異構性的影響自身復雜性突出等。而利用IPv6組播地址格式相對于IPv4，其組播空間充足，而且為避免重復應用的地址在一段范圍內重復，應用范圍字段，使組播應用的順序性更加突出，而IPv6組播路由協議作為對組播源至接收方所有成員的組播分發樹的生成和更新進行控制的主體，其必須既能夠全面的接收組播報文，又能夠縮減網絡資源的占用量和組播的發送范圍，現階段其可分為密集模式、稀疏模式、鏈路狀態協議三種。PIM-DM協議其可獨立于單播路由協議存在，而且可以任何形式的單播路由協議組播，靈活性較強，其既有密集模式，又有稀疏模式，其密集模式更適合于高速網絡和接收數據的節點，其將初始最短路徑數作為廣播數，實現對接口數據的轉發，并利用Hello消息對每個結構設置鄰居列表，其中剪枝消息的功能是直接通知處于上游的路由器將目前所處接口從分布樹上直接剪除；而加入消息的功能是在上游接口處于共享鏈路，而且接收到剪枝消息的同時所發出加入消息，提醒上游路由器繼續發送消息，現階段針對IPv6環境下的組播路由協議在發送或接收Hello消息之前對事件及消息的處理情況以及PLT定時器的取值、接收到嫁接報文消息后覆蓋定時器的處理程序等問題都取得了一定的研究成果，由此可見數字電視組播傳輸有一定的可行性，但具體的細節還需要后續研究不斷地完善。

3 結論

通過上述分析可以發現，現階段已經形成有效的對鏡頭切變的檢測方法，而且隨著多媒體數據的快速增長，人們為實現快速便捷的多媒體信息檢索和查詢，已經認識到基于內容的多媒體檢索的可行性，通過在MPEG壓縮域中進行分級檢索，可以對數據庫各視頻片段進行有效的細化，實現對不同視頻單元的過濾，整個過濾過程計算量小，而且可舍去預先提取關鍵幀的過程，使實時檢索成為可能。

[1]楊松林．基于DM3730的無線數字電視視頻實時傳輸系統的研究[D]．長沙：中南大學，2014．

[2]李智強．基于UDP組播的MPEG-2碼流分析系統設計與實現[D]．泉州：華僑大學，2013．

[3]吳東亮．IP組播和RRPP環網在數字電視傳輸中的應用和分析[J]．海峽科學，2013，8：54-56．

[4]王毅．基于IPTV承載網的應用層組播研究[D]．重慶：重慶大學，2008．

G2

A

1674-6708（2015）148-0110-01

王征，工程師，本科，研究方向：電視視頻技術、視頻網絡技術