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基本信息
- 項目名稱：
- 重要內(nèi)容無畸變的視頻圖像幅型比非等比例變換系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 為了適應(yīng)目前各種顯示媒介尺寸的多樣化，需要對視頻圖像進行高質(zhì)量的非等比例縮放處理。為了使視頻圖像在進行非等比例縮放時，不產(chǎn)生明顯的視覺感知畸變，本作品提出了一種基于內(nèi)容感知技術(shù)的視頻圖像幅型比非等比例變換的技術(shù)，在圖像中定義與視覺敏感性相關(guān)的能量線，通過刪插能量線的方法完成圖像的非等比例縮放，保證經(jīng)縮放后的視頻圖像中的重要目標(biāo)不發(fā)生人眼感知的視覺畸變，并達到視頻處理的實時性、連貫性的要求。
- 詳細介紹：
- 隨著數(shù)字媒體信息對數(shù)字媒體提出了更高的要求。同時，大屏幕液晶電視的普及，使得在將4:3格式的視頻素材應(yīng)用到16:9的電視系統(tǒng)中，需要對原始視頻素材進行非等比例縮放。同樣，寬屏攝像機/相機拍攝下的視頻、圖像素材應(yīng)用到窄屏的顯示媒介中也需要對視頻圖像素材進行非等比例縮放。 傳統(tǒng)的顯示媒介主要采用兩種方法解決非等比例幅型比轉(zhuǎn)化問題。貼黑邊的原理雖然不損失視頻圖像的內(nèi)容，沒有變形失真，但屏幕沒有充分利用；線性插值的方法雖然充分利用了屏幕，但會導(dǎo)致視頻圖像的變形失真。 據(jù)此，本作品提出了一種基于內(nèi)容感知技術(shù)的視頻圖像幅型比非等比例變換的技術(shù)，將視頻畫面上物體的視覺敏感性在時空域上以能量形式定義描述后，通過反復(fù)刪插低能量線的方式，改變顯示畫面的顯示比例，實現(xiàn)對視頻幀圖像的非等比例縮放，保證縮放過程中視頻圖像中的重要目標(biāo)不發(fā)生人眼感知的視覺畸變，并達到視頻算法要求的實時性、連貫性的要求。本作品在一款以TI公司TMS320DM642處理器為核心的開發(fā)板上實現(xiàn)，實驗結(jié)果表明本算法的處理效果明顯優(yōu)于常規(guī)縮放算法，并達到了實時處理的要求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的及基本思路：由于目前各種顯示媒介尺寸的多樣化，人們經(jīng)常需要對視頻圖像進行高質(zhì)量的非等比例縮放處理。例如，4:3格式的數(shù)字電視視頻素材應(yīng)用到16:9的電視系統(tǒng)中，需要對原始視頻素材進行非等比例縮放等。傳統(tǒng)的顯示媒介主要使用三種視頻縮放方法，貼黑邊的方法使屏幕沒有充分利用；線性插值的方法會導(dǎo)致視頻圖像的變形失真；裁剪法則會丟失部分圖像信息。 故本作品提出了一種新的重要內(nèi)容無畸變的縮放算法，在空域與時域上描述了視頻圖像中的視覺敏感性作為視頻能量，通過刪插最優(yōu)低能量線的方式，實現(xiàn)在視頻的非等比例縮放中重要內(nèi)容無畸變。在視頻縮放算法的連貫性上，采用了專有的連貫性保證機制；在算法的時效性上，采用了計分板算法加速及DSP硬件加速，達到了中等幅型比非等比例縮放的實時處理的要求。 創(chuàng)新點：1） 使用基于內(nèi)容感知技術(shù)的視頻圖像縮放技術(shù)，描述了視頻圖像中的視覺敏感區(qū)為重要內(nèi)容，保證視頻中的重要內(nèi)容在縮放中不發(fā)生人眼感知的視覺畸變。2） 利用DSP搭建硬件系統(tǒng)，使算法能夠達到實時性的要求。3） 引入視頻時空能量函數(shù)及視頻連貫性保證技術(shù)降低了結(jié)果視頻的抖動性。4）提出計分板算法，大大降低了視頻數(shù)據(jù)搬移的重復(fù)性。 技術(shù)關(guān)鍵：1) 視頻能量的定義。2）視頻低能量線的選取。3) 視頻連貫性的保障技術(shù)。4) 計分板加速算法的提出與實現(xiàn)。5) 為確保算法的實時性，在DSP端的系統(tǒng)設(shè)計。 主要技術(shù)指標(biāo)：系統(tǒng)最大處理視頻為600*800，畫面縮放比例小于35%；單幀處理時間<35ms。
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性：1）基于內(nèi)容感知的視頻圖像非等比例縮放。在視頻的非等比例縮放過程中，采用內(nèi)容感知技術(shù)，描述了視頻圖像中的視覺敏感區(qū)為重要內(nèi)容，保證視頻中的重要內(nèi)容在縮放中不發(fā)生人眼感知的視覺畸變。 2）縮放算法中空間、時間連貫性的保證。采用了獨有的時空連貫性保證機制，使得縮放后視頻盡量在畫面上不產(chǎn)生斷層，在時間軸上不產(chǎn)生抖動。 3）縮放算法的實時性保證機制。采用了計分板算法加速及DSP硬件加速后，能保證中等幅型的視頻縮放的實時性。 先進性：現(xiàn)行主流顯示媒介主要采用三種方法解決非等比例幅型比轉(zhuǎn)化問題，即貼黑邊、線性插值、裁剪法。，這三種方法均會帶來視覺畸變，畫面信息丟失等問題。本作品在不丟失視頻圖像重要信息的基礎(chǔ)上，保證了重要內(nèi)容不發(fā)生變形失真，提高了非等比例縮放算法的效果。 國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對視頻的非等比例縮放的研究主要局限在實時性及視頻連貫性。本作品利用DSP系統(tǒng)達到中等幅型比視頻縮放的實時性，且利用獨有的連貫性保證機制降低了視頻縮放處理的抖動。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年12月，作品“基于內(nèi)容感知技術(shù)的視頻圖像縮放方法”獲得校星火杯特等獎； 2010年6月，獲得申請公示中的國家發(fā)明專利一項； 2010年7月，在教育部科技查新工作站G10進行查新(詳見查新報告)； 2011年6月，第八屆西安高新陜西省挑戰(zhàn)杯科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 整體技術(shù)轉(zhuǎn)讓或部分核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物及現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 由于目前各種顯示媒介尺寸的多樣化，人們經(jīng)常需要對視頻圖像進行高非等比例縮放處理。例如， 4:3格式的數(shù)字電視視頻素材應(yīng)用到16:9的電視系統(tǒng)中，需要對原始視頻素材進行非等比例縮放等。同樣，寬屏攝像機/相機拍攝下的視頻、圖像素材應(yīng)用到窄屏的顯示媒介中也需要對視頻圖像素材進行非等比例縮放；再如，使用手機、PDA、平板電腦等觀看各種幅型比的視頻、圖像也需要對原始視頻圖像素材進行非等比例縮放。現(xiàn)在的顯示媒介市場并不能很好地解決非等比例幅型比轉(zhuǎn)化的問題，而本系統(tǒng)就是在這種市場需求的基礎(chǔ)上提出了解決方法，可將本系統(tǒng)應(yīng)用于電視信號的縮放，也可用于各種對于視頻、圖像的幅型比有非等比例變換要求的場合，如液晶電視，手機，顯示器，以及各種視頻、圖像后期制作等。 同時，為考慮適用場合的廣泛性，本系統(tǒng)設(shè)計了（1）PC-BASED系統(tǒng)，即不需要DSP加速的軟件視頻縮放系統(tǒng)，面對不需要實時性要求的大多數(shù)場合；（2）DSP-BASED系統(tǒng)，使用DSP硬件加速的軟硬件系統(tǒng)，面對需要實時性要求的高速處理場合。
同類課題研究水平概述
- 隨著數(shù)字媒體信息應(yīng)用的廣泛性及數(shù)字視頻獲得的便利性的提高，各種顯示媒介的幅型比發(fā)生了多樣化發(fā)展。而原始視頻在各種幅型比不同的媒介上顯示就存在視頻的非等比例縮放問題。 主流的顯示媒介主要采用三種方法解決非等比例幅型比轉(zhuǎn)化問題，即貼黑邊、線性插值、裁剪法。以液晶電視為例，現(xiàn)行數(shù)字電視信號主要為4:3幅型比，但液晶電視的幅型比為16:9，對于這中間的非等比例縮放問題，貼黑邊的方法雖然不損失視頻圖像的內(nèi)容，沒有變形失真，但屏幕沒有充分利用；線性插值的方法雖然充分利用了屏幕，但會導(dǎo)致視頻圖像的變形失真；裁剪法是線性液晶電視中使用最多的方法，首先對4:3的數(shù)字電視信號等比例放大到16:12的視頻結(jié)果，最終顯示屏幕中間16:9的范圍內(nèi)數(shù)據(jù)，但這種方法卻丟失了部分圖像信息。 國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對視頻的非等比例縮放的研究主要局限在實時性及視頻連貫性。 經(jīng)過文獻檢索，2008年長安大學(xué)的任衛(wèi)軍提出了圖像左右側(cè)各30%區(qū)域非線性插值，中間40%區(qū)域線性插值的方法，但會產(chǎn)生非線性與線性區(qū)交界處的斷面畸變，影響了視頻的連貫性，故只可適用于鏡頭不動，重要目標(biāo)物居中的簡單視頻。 Shai Avidan于2008年提出接縫焊接技術(shù)，在縮放中感知并保護重要內(nèi)容，但由于其采用后向能量計算方法，限制了其適用范圍，也只可運用于簡單視頻，且存在處理速度問題。2009年，他們又提出利用圖割法刪除/復(fù)制時間軸方向連貫的最低能量面的方法保持視頻圖像的原貌，但由于三維全局最優(yōu)解的求解計算量過大，不適用實時視頻處理。 本作品提出了一種新的縮放算法，根據(jù)視頻內(nèi)容定義視頻能量，通過刪插可在空域和時域上描述視覺敏感性的低能量線的方式，在非等比例縮放時，能夠保證重要內(nèi)容無畸變。并采用了獨特的視頻處理的連貫性與實時性的保障機制，使本系統(tǒng)能對于中等幅型的視頻非等比例縮放能在DSP系統(tǒng)上達到實時性要求。
