运动视频流的补偿方法、装置、智能终端及存储介质与流程

1.本发明涉及视频处理技术领域，尤其涉及的是一种运动视频流的补偿方法、装置、智能终端及存储介质。


背景技术：

2.在视频流传输中，当网络状态变差的时候，视频数据总会丢包。目前策略是fec(前向纠错码，forward error correction，简称fec)或者重传，但无论哪一种方式都让网络压力变大而更为拥塞。从另外一个角度看，视频内容由于具备很强的时空一致性，尤其是固定在运动物体上捕捉的视频，因此，为了减少网络的压力，可以主动丢包，接收后再进行补偿。
3.因此，需要寻求一种利用未丢失的帧来对这些丢失帧进行重建的方法。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种运动视频流的补偿方法、装置、智能终端及存储介质，利用运动视频流的时空一致性对丢失帧进行重建，从而大幅降低网络压力、获得更高的视频流畅度。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种运动视频流的补偿方法，其中，上述方法包括：
6.获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；
7.基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；
8.基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧；
9.基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。
10.可选的，所述空间数据包括通过加速计采集的加速度数据和通过陀螺仪采集的角度数据。
11.可选的，所述基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧，包括：
12.基于所述参考帧的每个像素的屏幕坐标和所述参考帧的深度信息，获得所述参考帧的每个像素的三维坐标；
13.基于所述空间数据对所述三维坐标进行位置时空补偿变换；
14.将位置时空补偿变换后的所述三维坐标转换为屏幕坐标，获得所述补偿帧。
15.可选的，所述基于所述空间数据对所述三维坐标进行位置时空补偿变换，包括：
16.基于所述三维坐标，获得齐次坐标向量；
17.基于所述空间数据对所述齐次坐标向量进行位置时空补偿变换。
18.可选的，所述将位置时空补偿变换后的所述三维坐标转换为屏幕坐标，包括：
19.将所述三维坐标展平到图像平面并离散到像素网格，获得所述屏幕坐标。
20.可选的，所述基于所述参考帧的每个像素的屏幕坐标和所述参考帧的深度信息，获得所述参考帧的每个像素的三维坐标，包括：
21.将所述参考帧的每个像素的屏幕坐标转换为二维坐标；
22.基于所述深度信息和所述参考帧的二维坐标，获得所述参考帧的三维坐标。
23.可选的，基于所述运动视频流的所有丢失帧获得所述补偿帧，并重建所述丢失帧，获得补偿后的运动视频流。
24.为了实现上述目的，本发明第二方面提供了一种运动视频流的补偿装置，包括：
25.获取模块，用于获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；
26.参考帧确定模块，用于基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；
27.补偿帧获取模块，用于基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧；
28.丢失帧重建模块，用于基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。
29.本发明第三方面提供一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的运动视频流的补偿程序，上述运动视频流的补偿程序被上述处理器执行时实现任意一项上述运动视频流的补偿方法的步骤。
30.本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有运动视频流的补偿程序，上述运动视频流的补偿程序被处理器执行时实现任意一项上述运动视频流的补偿方法的步骤。
31.由上述可见，本发明方案获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧；基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。基于运动视频流和空间数据的很强时空一致性，利用空间数据对运动视频流的丢失帧的重建，既可以保证重建丢失帧的准确性，又能获得更高的视觉流畅度。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
33.图1是本发明实施例提供的运动视频流的补偿方法的流程示意图；
34.图2是本发明实施图1中步骤s300的具体流程示意图；
35.图3是本发明实施图2中步骤s320的具体流程示意图；
36.图4是本发明实施例提供的运动视频流的补偿装置的结构示意图；
37.图5是本发明实施例提供的一种智能终端的内部结构原理框图。
具体实施方式
38.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
39.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、
操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
40.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
41.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
42.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当
…
时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0043]
下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0045]
在视频流传输中，当网络状态变差的时候，视频数据总会丢包。目前策略是fec(前向纠错码，forward error correction，简称fec)或者重传，但无论哪一种方式都让网络压力变大而更为拥塞。从另外一个角度看，视频内容由于具备很强的时空一致性，尤其是固定在运动物体上捕捉的视频，因此，为了减少网络的压力，可以主动丢包，接收后再进行补偿。
[0046]
因此，需要寻求一种利用未丢失的帧来对这些丢失帧进行重建的方法。
[0047]
本发明基于运动视频流和空间数据的很强时空一致性，利用空间数据对运动视频流的丢失帧的重建，既可以保证重建丢失帧的准确性，又能获得更高的视觉流畅度。
[0048]
示例性方法
[0049]
如图1所示，本发明实施例提供一种运动视频流的补偿方法，具体的，上述方法包括如下步骤：
[0050]
步骤s100：获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；
[0051]
具体的，在接收装置接收获取运动视频流，接收装置可以以无线或有线的方式与发射装置连接，从而接收到发射装置发送的运动视频流数据和空间数据。上述空间数据是指拍摄装置拍摄运动视频时，通过加速计和陀螺仪实时记录获得的拍摄设备的空间数据和加速度数据等信息，空间数据的采集时段与运动视频的拍摄时段相同。拍摄装置实时采集到上述数据后通过发射装置将空间数据发送至接收装置。
[0052]
其中，可以通过三轴陀螺仪测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与拍摄设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别拍摄装置在三维空间的运动状态。三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向(合成方向同样可分解为三轴坐标)，最终可判断出拍摄设备的移动轨迹和加速度。
[0053]
可以通过加速计测量某个轴向的受力情况来得到结果，获得轴向的加速度大小和方向(xyz)，用于判断拍摄设备的空间运动。
[0054]
可选的，还可以通过惯性传感器来同步记录到拍摄视频时的加速度和角度信息，形成空间数据。
[0055]
本实施例通过安装在拍摄装置上的惯性传感器实时采集到上述空间数据，并将该空间数据通过无线网络发送至接收装置。
[0056]
步骤s200：基于运动视频流，确定运动视频流的丢失帧和参考帧；
[0057]
具体的，视频传输中往往会伴随着帧的丢失，为了提高视频的质量，需要对这些丢失的帧进行恢复重建。在本实施例中，发射装置根据当前网络的拥堵状况，为了保证运动视频数据传输质量，进行主动丢帧处理。接收装置根据接收到的运动视频数据进行丢失帧的重建。
[0058]
对接收到的运动视频流进行分析后，确定了丢失帧的序号后，考虑到在一个视频流中，相隔较远的帧之间的关联性较低，因此较佳地选取与丢失帧相邻的前一帧图像做为参考帧。当然，也可以根据需要，选择丢失帧之前预定数量的图片帧作为参考帧。
[0059]
步骤s300：基于空间数据和参考帧，获得补偿帧；
[0060]
具体的，由于空间数据能反映出运动视频拍摄时的拍摄设备与目标物体之间的空间位置和方向之间的关系，因此通过找到参考帧对应的空间数据，就可以基于空间数据构建运动视频帧间的时空相关一致性，根据参考帧来获得补偿帧。本实施例基于参考帧、补偿帧与空间数据有很强的时空一致性的原理，具体采用了时空预测补偿算法来获得补偿帧。其中，时空预测补偿算法利用了物理和空间几何概念能对运动的连续图像进行建模。
[0061]
步骤s400：基于补偿帧，重建丢失帧。
[0062]
具体的，获得补偿帧后，根据丢失帧在运动视频流中的序号，将补偿帧加入到运动视频流中该序号所在的位置，从而完成该丢失帧的重建。本实施例进一步获取到运动视频流中所有的丢失帧，并根据空间数据获得与丢失帧对应的补偿帧，从而完成所有丢失帧的重建过程，获得补偿后的运动视频流。
[0063]
综上所述，本发明方案获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧；基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。基于运动视频流和空间数据的很强时空一致性，利用空间数据对运动视频流的丢失帧的重建，既可以保证重建丢失帧的准确性，又能获得更高的视觉流畅度。
[0064]
在一个实施例中，上述步骤s300更具体地包括如图2所示的步骤：
[0065]
步骤s310：基于参考帧的每个像素的屏幕坐标和参考帧的深度信息，获得参考帧的每个像素的三维坐标；
[0066]
具体的，深度信息是指在拍摄当前帧时，记录下来的拍摄设备与目标物体之间的距离。即拍摄装置的传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，换算出被拍摄景物的距离而产生的深度信息。
[0067]
基于下述公式，将参考帧图像中每个像素的屏幕坐标与当前参考帧的深度信息，转换为当前参考帧对应的三维坐标。通过该三维坐标获得拍摄当前参考帧时的拍摄设备与被拍摄对象之间的位置和空间关系。
[0068][0069]
其中x
sc
和y
sc
是参考帧中的像素的屏幕坐标，d是深度，w和h分别是参考帧图像的宽度和高度。x
ndc
、y
ndc
、z
ndc
为对应像素的三维坐标。
[0070]
步骤s320：基于空间数据对三维坐标进行位置时空补偿变换；
[0071]
具体的，获得参考帧的每个像素的三维坐标后，再根据空间数据对每个像素的三维坐标进行位置时空补偿变换，从而完成根据参考帧所在时序和丢失帧所在时序的时空相关性，获得与丢失帧所在时序对应的补偿帧。
[0072]
步骤s330：将位置时空补偿变换后的三维坐标转换为屏幕坐标，获得补偿帧。
[0073]
具体的，对参考帧的每个像素的三维坐标进行位置时空补偿变换后，还是三维坐标，需要将三维坐标转换为屏幕坐标后，才形成与丢失帧对应的补偿帧。
[0074]
本实施例通过将每个三维坐标除以其均匀分量，将其展平到新的图像平面并将结果值离散到像素网格中，来执行数据的光栅化，该像素网格包括要显示的最终图像，最终补偿帧的屏幕坐标如下：
[0075][0076]
由上可见，本实施例利用空间数据对参考帧的每个像素的屏幕坐标进行位置时空补偿变换，从而实现了一种具体的利用了物理和空间几何概念对运动的连续图像进行建模的时空预测补偿算法，并进一步的利用该算法实现了基于参考帧获得补偿帧的功能。
[0077]
在一个实施例中，上述步骤s320更具体地包括如图3所示的步骤：
[0078]
步骤s321：基于三维坐标，获得齐次坐标向量；
[0079]
具体的，本实施例根据三维坐标形成矩阵向量，并添加ω(设置为1)，获得齐次坐标向量。
[0080][0081]
步骤s322：基于空间数据对齐次坐标向量进行位置时空补偿变换。
[0082]
具体的，在空间数据中获得参考帧位置vi和输出补偿帧vo位置，对齐次坐标向量进行位置时空补偿变换；
[0083][0084]
其中，上述p、p-1
、mo、mi为可变参数。
[0085]
由上可见，本实施例通过在空间数据中获取到参考帧位置向量和补偿帧的位置向
量，根据这两个向量对获得的齐次坐标向量进行变换，从而实现了对参考帧中的每个像素的三维坐标的位置时空补偿变换。
[0086]
示例性设备
[0087]
如图4中所示，对应于运动视频流的补偿方法，本发明实施例还提供一种运动视频流的补偿装置，上述运动视频流的补偿装置包括：
[0088]
获取模块600，用于获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；
[0089]
具体的，在接收装置接收获取运动视频流，接收装置可以以无线或有线的方式与发射装置连接，从而接收到发射装置发送的运动视频流数据和空间数据。上述空间数据是指拍摄装置拍摄运动视频时，通过加速计和陀螺仪实时记录获得的拍摄设备的空间数据和加速度数据等信息，空间数据的采集时段与运动视频的拍摄时段相同。拍摄装置实时采集到上述数据后通过发射装置将空间数据发送至接收装置。
[0090]
其中，可以通过三轴陀螺仪测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与拍摄设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别拍摄装置在三维空间的运动状态。三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向(合成方向同样可分解为三轴坐标)，最终可判断出拍摄设备的移动轨迹和加速度。
[0091]
可以通过加速计测量某个轴向的受力情况来得到结果，获得轴向的加速度大小和方向(xyz)，用于判断拍摄设备的空间运动。
[0092]
参考帧确定模块610，用于基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；
[0093]
具体的，视频传输中往往会伴随着帧的丢失，为了提高视频的质量，需要对这些丢失的帧进行恢复重建。在本实施例中，发射装置根据当前网络的拥堵状况，为了保证运动视频数据传输质量，进行主动丢帧处理。接收装置根据接收到的运动视频数据进行丢失帧的重建。
[0094]
对接收到的运动视频流进行分析后，确定了丢失帧的序号后，考虑到在一个视频流中，相隔较远的帧之间的关联性较低，因此较佳地选取与丢失帧相邻的前一帧图像做为参考帧。当然，也可以根据需要，选择丢失帧之前预定数量的图片帧作为参考帧。
[0095]
补偿帧获取模块620，用于基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧。
[0096]
具体的，由于空间数据能反映出运动视频拍摄时的拍摄设备与目标物体之间的空间位置和方向之间的关系，因此通过找到参考帧对应的空间数据，就可以基于空间数据构建运动视频帧间的时空相关一致性，根据参考帧来获得补偿帧。本实施例基于参考帧、补偿帧与空间数据有很强的时空一致性的原理，具体采用了时空预测补偿算法来获得补偿帧。其中，时空预测补偿算法利用了物理和空间几何概念能对运动的连续图像进行建模。
[0097]
丢失帧重建模块630，用于基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。
[0098]
具体的，获得补偿帧后，根据丢失帧在运动视频流中的序号，将补偿帧加入到运动视频流中该序号所在的位置，从而完成该丢失帧的重建。本实施例进一步获取到运动视频流中所有的丢失帧，并根据空间数据获得与丢失帧对应的补偿帧，从而完成所有丢失帧的重建过程，获得补偿后的运动视频流。
[0099]
本实施例中，上述运动视频流的补偿装置的各模块的具体功能可以参照上述运动视频流的补偿方法中的对应描述，在此不再赘述。
[0100]
基于上述实施例，本发明还提供了一种智能终端，其原理框图可以如图5所示。上述智能终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口以及显示屏。其中，该智能终端的处理器用于提供计算和控制能力。该智能终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和运动视频流的补偿程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和运动视频流的补偿程序的运行提供环境。该智能终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该运动视频流的补偿程序被处理器执行时实现上述任意一种运动视频流的补偿方法的步骤。该智能终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
[0101]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的智能终端的限定，具体的智能终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0102]
在一个实施例中，提供了一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的运动视频流的补偿程序，上述运动视频流的补偿程序被上述处理器执行时进行以下操作指令：
[0103]
获取运动视频流和所述运动视频流拍摄时采集的空间数据；
[0104]
基于所述运动视频流，确定所述运动视频流的丢失帧和参考帧；
[0105]
基于所述空间数据和所述参考帧，获得补偿帧；
[0106]
基于所述补偿帧，重建所述丢失帧。
[0107]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有运动视频流的补偿程序，上述运动视频流的补偿程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的任意一种运动视频流的补偿方法的步骤。
[0108]
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0109]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0110]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0111]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0112]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以
通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0113]
上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
[0114]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。