電視視頻圖像幀的檢測與識別研究

花逢春

摘 要：在電子技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，社會、科技步入了新的發(fā)展階段。在人們生活中最明顯的體現(xiàn)就是電視技術(shù)的發(fā)展，從過去單一的電視發(fā)展為現(xiàn)代高清電視、數(shù)字電視。這種轉(zhuǎn)變充分體現(xiàn)了電視的獨(dú)有特性，不同于其他終端，電視的畫面質(zhì)感、清晰度較高，聲音保真度較高，因此電視可以帶給人充分的視覺享受。而電視圖像畫面的呈現(xiàn)無不以電視圖像處理技術(shù)以及電子圖像顯示技術(shù)為基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電視；圖像幀；檢測；識別

隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)在高清電視、數(shù)字電視領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，電視視頻圖像監(jiān)測技術(shù)也得到了越來越多的關(guān)注，并且隨著圖像監(jiān)測技術(shù)的不斷完善，人們可以借助更加智能化的手段鑒別電視播出中不符合要求的畫面。例如處理異常信號，對電視傳輸波形、頻率進(jìn)行監(jiān)測，或者在傳輸碼流基礎(chǔ)上對電視畫面進(jìn)行檢測處理，以及基于內(nèi)容畫面處理法等，不但圖像處理方式更加多元化，處理精度也越來越高，有效保證了電視視頻畫面質(zhì)量。

1 檢測識別技術(shù)手段

1.1 圖像模板圖像的監(jiān)測判斷

電視節(jié)目播出時(shí)常常需要在視頻圖像上掛臺標(biāo)以及一些角標(biāo)，這些固定模板圖像的判斷識別不像電視黑場的判斷識別一樣，需要涉及比對匹配模板圖像與視頻圖像的問題，因此相對復(fù)雜。

計(jì)算機(jī)圖像處理中的比對匹配技術(shù)始終是技術(shù)研發(fā)的重難點(diǎn)，例如手機(jī)的指紋開鎖技術(shù)、識別門禁系統(tǒng)等，都是利用了數(shù)字圖像處理技術(shù)對指紋以及面部圖像進(jìn)行比對匹配，當(dāng)然在實(shí)踐應(yīng)用中還會涉及其他復(fù)雜的技術(shù)。而在電視圖像監(jiān)測中，主要將視頻圖像同給定的模板進(jìn)行比對，若視頻中出現(xiàn)一段或一幀類似圖片，并且對比結(jié)果大于某一范圍則比對匹配成功。在當(dāng)今視頻內(nèi)容以及容量劇增的環(huán)境，單純的利用人工搜索的方式在視頻中找出特定的畫面，不但效率低，精準(zhǔn)度也相對較差。但是利用數(shù)字圖像比對匹配技術(shù)則可以快速精準(zhǔn)的得到結(jié)果。然而比對效果依照給定函數(shù)算法的不同而不同。OPENCV 函數(shù)工具庫里就提供多種圖像比對匹配處理的函數(shù)算法，如 cvMatchTemplate 和 Sift函數(shù)算法就是 OPENCV 函數(shù)工具庫里用得比較多的兩種不同圖像比對匹配處理算法。在下面實(shí)現(xiàn)方法里就著重講解這兩種圖像比對匹配處理算法或函數(shù)對圖像比對匹配的問題。

1.2 場景圖像為基礎(chǔ)的監(jiān)測判斷

對省級以上電視頻道，國家新聞出版廣電總局有著相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定，并且利用監(jiān)測軟件對上星頻道、衛(wèi)星頻道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以保證這些電視頻道播出內(nèi)容符合技術(shù)指標(biāo)和規(guī)定。從技術(shù)角度分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)主要有兩種。

場景圖像種類相對有限，并且圖像結(jié)構(gòu)相對簡單，因此處理難度相對較小。比如電視視頻圖像中突然出現(xiàn)了黑場畫面，當(dāng)全屏、全幅或整幅電視視頻圖像畫面都是彩條或彩場，視頻出現(xiàn)圖像靜幀等。從數(shù)字圖像處理方面對靜幀問題進(jìn)行分析，即視頻播放過程中，兩幀圖像出現(xiàn)了近似或一樣的畫面，從而令人在感官上有一種畫面靜止的感覺。若這種畫面靜止問題持續(xù)時(shí)間超過規(guī)定范圍，則判定為靜幀。從圖像層進(jìn)行分析，在日常的圖像處理中，若前后兩幀差法超出一定范圍，則判定視頻中有運(yùn)動(dòng)物品。相反，如果兩幀之間的臨圖差值小于某一范圍，利用這種監(jiān)測方式，可以判定這一場景是靜幀。在OPENCV中針對兩幀畫面有專門的函數(shù)，用于去噪和像素值做減，在理想狀態(tài)下，即像素差值接近于0，并設(shè)置某一閾值，通過對視頻進(jìn)行調(diào)整，使得其差值不超過這一閾值，如此狀態(tài)變?yōu)殪o幀，即出現(xiàn)了近似畫面或一樣圖像。以場景圖像為基礎(chǔ)的視頻圖像監(jiān)測以及靜幀判斷，在電視視頻的監(jiān)測中就是比較視頻圖像幀以及特定的幾種場景。通過這種方式進(jìn)行監(jiān)測判斷相對簡單。而其他不常規(guī)的電視視頻圖像場景的識別判斷就復(fù)雜得多，對電視播出安全來說也沒有什么實(shí)際意義。

2 實(shí)現(xiàn)方法

眾所周知，OPENCV的工具庫中，針對視頻圖像的處理算法以及函數(shù)非常豐富，通過其中的視覺函數(shù)的有效運(yùn)用可以發(fā)揮強(qiáng)大的視覺效果，因此其視頻圖像處理能力相對較好，尤其在VC6.0環(huán)境下以及C++語言、C語言環(huán)境下運(yùn)行時(shí)。從而有效發(fā)揮電視播出畫面的識別、監(jiān)測作用。

2.1 運(yùn)行環(huán)境

由于OPENCV是一個(gè)由采用C語言進(jìn)行的一系列C函數(shù)和少量C++類構(gòu)成的基于（免費(fèi)、開源）發(fā)行的跨平臺計(jì)算機(jī)視覺庫，可以運(yùn)行在Linux、Windows和Mac OS操作系統(tǒng)上，由于它是一個(gè)很好的用于圖像處理、分析、機(jī)器視覺方面的開源函數(shù)庫、工具庫，輕量且高效，而且還提供了MATLAB等多語言的接口，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺方面的很多通用算法。同時(shí)還為用戶提供友好的機(jī)器視覺函數(shù)接口，在多核機(jī)器上面，其處理和運(yùn)行速度上會更快，這為我們今天在電視視頻圖像領(lǐng)域處理和大量電視視頻畫面幀的檢測與識別帶來方便。

2.2 軟件的應(yīng)用效果

MFC為OPENCV提供了更加便捷的窗口界面，在Windows系統(tǒng)下，VC6.0提供了人機(jī)交互更加友好的MFC，并將OPENCV同C++語言結(jié)合起來，令運(yùn)行編譯更加便捷。由于在MFC環(huán)境下的界面設(shè)計(jì)了更加人性化的按鈕功能，同時(shí)疊加了C語言和C++語言共功能，令書寫環(huán)境更加便捷，同時(shí)二者結(jié)合后接口配置更加符合人們的使用習(xí)慣，在檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能上更進(jìn)一步。

除了對圖片進(jìn)行反色、邊緣化處理外，數(shù)字圖像處理還可以進(jìn)行判斷處理人臉識別功能，因此也適用于視頻圖像處理，只不過增加了處理過程中的運(yùn)算量。而在處理實(shí)時(shí)視頻流時(shí)，除了考慮運(yùn)算量的增加外還要考慮軟件的處理速度以及優(yōu)化函數(shù)問題，保證其處理速度小于40ms，即視頻一幀圖像的播放時(shí)間。電視的播放速度一般為25幀/s，一幀畫面停頓時(shí)間為40ms，若運(yùn)算時(shí)間過長，一幀沒處理完一幀圖像就來了，就無法完成處理。當(dāng)然，這只是在實(shí)時(shí)視頻圖像處理中的要求，在非實(shí)時(shí)視頻中只需要保證能夠處理完每幀畫面就可以，不要求處理時(shí)間。以O(shè)PENCV中的cvMatchTemplate函數(shù)算法為例，利用該算法處理時(shí)只能進(jìn)行大小固定的臺標(biāo)、角標(biāo)的處理，而對圖像縮小、放大等情況就無法進(jìn)行判斷、識別。此時(shí)就需要利用cvMatchShapes函數(shù)算法。該函數(shù)算法能夠比對依照比例縮放的相似圖像，通過比對視頻圖像特征值以及模板圖片的抽取，對視頻畫面進(jìn)行匹配。目前圖像處理技術(shù)針對圖像的比對、圖像的匹配等提供了諸多函數(shù)和算法，并且從網(wǎng)絡(luò)上，圖像匹配對比相關(guān)算法的數(shù)量也越來越多，本文只列舉兩種較為常用的函數(shù)進(jìn)行簡要分析。雖然圖像識別技術(shù)越來越多元化，借用函數(shù)算法后能夠更加智能，但是函數(shù)算法并非萬能，有時(shí)候也會出現(xiàn)問題，在運(yùn)行過程中必須對其進(jìn)行調(diào)試，依照實(shí)際需要更具視頻圖像對相應(yīng)參數(shù)繼續(xù)調(diào)整，從而令圖像的甄別功能更加完善。

3 結(jié)束語

上文主要分析了VC6.0+OPENCV軟件的思路及使用方法，并對軟件處理視頻圖像的效果以及模板匹配相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析。雖然本文沒有針對詳細(xì)的實(shí)施過程以及軟件的配置、代碼運(yùn)行和具體的函數(shù)算法進(jìn)行敘述，僅僅抽象的對軟件使用思路以及技術(shù)原理進(jìn)行探討，希望可以研討出性能更優(yōu)越的視頻圖像處理、監(jiān)測軟件，從而更好的推動(dòng)我國電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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