基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置和方法

摘要

本发明公开了一种基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置和方法。该评估装置包括依次连接的编码压缩模块、获取参数模块和质量评估模块。该评估方法包括以下步骤：1)编码压缩模块对输入的原始视频进行编码压缩；2)获取参数模块将编码压缩后的视频进行半解码提取出压缩域参数并对这些参数进行处理，处理后的压缩域参数用于后续的视频质量评估；3)质量评估模块根据建立的视频评价模型来计算手机足球视频的质量。本发明在对足球视频进行质量评估的过程中，考虑足球视频的三种不同的场景来提高评估的准确性，利用压缩域的参数对足球视频场景进行分类并对不同场景的足球视频进行质量评估，从而有效地提高了评估的可行性及实时性。

说明书

技术领域：

本发明属于视频技术领域，具体涉及一种基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置和方法。

背景技术：

随着移动设备及视频应用的发展，越来越多的用户选择用手机观看视频，但手机的观看屏幕较小及传输带宽的限制在很大程度上影响了用户的观看体验。尤其是对于足球视频来说，足球视频中存在较快的运动及较小的物体，这些都极大的影响了用户的观看体验。

针对以上问题，目前的许多研究都集中于建立准确的视频质量评估模型来提高视频的质量。传统的视频质量评估方法根据利用的与原始视频相关的信息的多少可以分为全参考，半参考及无参考。无参考的评估方法由于不需要利用原始视频中的信息具较高的实时性及实用性。无参考方法又可分为基于像素域及基于压缩域的方法，基于压缩域的方法不需要完全解码视频流就能获得压缩域的信息，因此具有较低的计算复杂度与实时性。目前关于视频质量评价的研究虽然考虑了视频内容对用户感受质量的影响，但对于足球这一特定种类的视频，这些研究并没有考虑用户对于其不同场景关注点的差异。

发明内容：

本发明的目的是针对目前对手机足球视频质量评估方法的不足，提供了一种基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置和方法，用于对手机足球视频进行场景分类以提高评估的准确性，并采用压缩域的方法以降低计算的复杂度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置，包括依次连接的编码压缩模块、获取参数模块和质量评估模块；其中，

编码压缩模块，用于对输入的原始视频进行编码压缩；

获取参数模块，用于将编码压缩后的视频进行半解码提取出压缩域参数并对这些参数进行处理，处理后的压缩域参数用于后续的视频质量评估；

质量评估模块，用于根据建立的视频评价模型来计算手机足球视频的质量。

本发明进一步的改进在于，获取参数模块中最终用于视频质量评估的压缩域参数包括：

对数编码比特率LBR、分辨率SR、I帧残差值RPVI、运动矢量大小MVM、I帧内4*4编码宏块比例IMPI、P帧帧内编码宏块比例IMPP、近景判定参数STcloseup、中景判定参数STmedium以及远景判定参数STlong。

基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估方法，包括以下步骤：

1)编码压缩模块对输入的原始视频进行编码压缩；

2)获取参数模块将编码压缩后的视频进行半解码提取出压缩域参数并对这些参数进行处理，处理后的压缩域参数用于后续的视频质量评估；

3)质量评估模块根据建立的视频评价模型来计算手机足球视频的质量。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：

101)将输入的原始视频截成8s的视频片段；

102)利用H.264格式进行编码，每八帧中包括一个I帧，七个P帧；

103)将每个原始视频在三种分辨率及多种码率下进行编码，其中，三种分辨率分别为1280*720、848*480及576*320。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中获取参数模块中最终用于视频质量评估的压缩域参数包括：

对数编码比特率LBR、分辨率SR、I帧残差值RPVI、运动矢量大小MVM、I帧内4*4编码宏块比例IMPI、P帧帧内编码宏块比例IMPP、近景判定参数STcloseup、中景判定参数STmedium以及远景判定参数STlong。

本发明进一步的改进在于，近景判定参数STcloseup、中景判定参数STmedium和远景判定参数STlong由压缩域参数经过场景分类算法得到，具体步骤如下：

201)计算水平或垂直的运动矢量比例HMVR和MVM

其中，和分别为第j帧中的水平方向及垂直方向的运动矢量的个数，为第j帧中全部的运动矢量的个数，N_sq为视频序列中的全部帧数；

202)初步场景判定

当视频HMVR小于等于70％时，将视频判定为近景视频或中景视频；当视频HMVR小于60％时，将视频判定为近景视频；当视频HMVR大于70％时，将视频判定为远景视频或中景视频；当视频HMVR大于90％时，将视频判定为远景视频；

203)结合MVM进行进一步的场景判定

判定系数cla₁的计算公式为cla₁＝HMVR×h₁+MVM，判定系数cla₂的计算公式为cla₂＝HMVR×h₂-MVM；当cla₁＜thr₁时，视频判定为近景；当cla₁≥thr₁，视频判定为中景；当cla₂＞thr₂时，视频判定为远景；当cla₂≤thr₂时，视频判定为中景；其中h₁＝20，thr₁＝45，h₂＝80，thr₂＝30；

最终，由以上步骤判定出的近景视频的STcloseup为1，STmedium和STlong为0；中景视频的STmedium为1，STcloseup和STlong为0；远景视频的STlong为1，STcloseup和STmedium为0。

本发明进一步的改进在于，I帧残差值RPVI、运动矢量大小MVM、I帧内4*4编码宏块比例IMPI和P帧帧内编码宏块比例IMPP为内容特征参数，由压缩域参数经过计算得到，具体如下：

I帧残差值RPVI

其中Z代表量化系数的矩阵，表明左边矩阵中的元素与右边矩阵中相同位置的元素相乘；HT为哈达吗矩阵；E_MB为一个矩阵能量的估计值；SI为I帧中宏块的集合，N为像素的数目；

运动矢量大小MVM

其中x_i和y_i为第i个运动矢量水平和垂直方向的大小，N_t为全部运动矢量的数目；

I帧内4*4编码宏块比例IMPI

其中N_i为视频序列中I帧的数目，N_mb为视频序列每帧中宏块的数目，为第i个I帧中帧内4*4编码宏块的数目；

P帧帧内编码宏块比例IMPP

其中N_p为视频序列中P帧的数目，N_mb为视频序列每帧中宏块的数目，为第i个P帧中帧内编码宏块的数目。

本发明进一步的改进在于，质量评估模块中的手机足球视频评价模型Q用于计算视频的质量评分，其基本形式的计算公式为：

其中α,β,γ为与压缩域参数相关的系数。

本发明进一步的改进在于，手机足球视频评价模型中与压缩域参数相关的系数的计算公式为：

α＝a₁+b₁×SR+c₁×STcloseup+d₁×STlong+e₁×STmedium

β＝a₂+b₂×SR+c₂×MVM+d₂×IMPI

γ＝a₃+b₃×SR+c₃×RPVI+d₃×IMPI+e₃×IMPP+f₃×STcloseup+g₃×STlong+h₃×STmedium

系数α与SR,STcloseup,STlong,STmedium有关，系数β与SR,MVM,IMPI有关，系数γ与SR,RPVI,IMPI,IMPP,STcloseup,STlong,STmedium有关；

其中a₁,b₁,c₁,d₁,e₁,a₂,b₂,c₂,d₂,a₃,b₃,c₃,d₃,e₃,f₃,g₃,h₃为待训练系数。

本发明进一步的改进在于，手机足球视频评价模型中对视频的评分等级为0-10分制；0-2分表示视频质量极差，用户无法忍受；3-4分表示视频质量较差，用户无法接受；5-6分表示视频质量一般，用户可以接受并愿意长时间观看；7-8分表示视频质量较好，用户在观看过程中有较好的体验；9-10分表示视频质量极好，用户非常满意。

与现有的手机足球视频质量评估装置和方法相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置和方法，考虑了足球视频的三种场景对视频质量的影响，并提出了一种足球视频的场景分类方法，以此来提高对足球视频质量评估的准确性。

2、足球视频质量评估模型中的参数均采用压缩域参数，压缩域参数包含了空域及时域的压缩域参数，使用这些压缩域参数不仅提高了评估的准确性，且不需对视频完全解码即可获得，提高了实用性和实时性，在很大程度上降低了计算复杂度。

3、从整体上说，本发明的手机足球视频评估装置和方法在评估性能上有较为理想的提升且易于实现，具有良好的应用价值。

附图说明：

图1为本发明中手机足球视频评估装置示意图。

图2为本发明中压缩域参数示意图。

图3为本发明中足球视频场景分类流程图。

图4为实验得到的主观测试分数与评估装置计算得到的分数的散点图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细阐述：

如图1所示，本发明基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估装置，包括依次连接的编码压缩模块、获取参数模块和质量评估模块；其中，

编码压缩模块，用于对输入的原始视频进行编码压缩；

获取参数模块，用于将编码压缩后的视频进行半解码提取出压缩域参数并对这些参数进行处理，处理后的压缩域参数用于后续的视频质量评估；

质量评估模块，用于根据建立的视频评价模型来计算手机足球视频的质量。

本发明基于压缩域的考虑场景分类的手机足球视频质量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)编码压缩模块对输入的原始视频进行编码压缩；具体实现方法如下：

101)将输入的原始视频截成8s的视频片段；

102)利用H.264格式进行编码，每八帧中包括一个I帧，七个P帧；

103)将每个原始视频在三种分辨率及多种码率下进行编码，其中，三种分辨率分别为1280*720、848*480及576*320。

2)获取参数模块将编码压缩后的视频进行半解码提取出压缩域参数并对这些参数进行处理，处理后的压缩域参数用于后续的视频质量评估；

3)质量评估模块根据建立的视频评价模型来计算手机足球视频的质量。

上述步骤2)中获取参数模块中最终用于视频质量评估的压缩域参数包括：对数编码比特率LBR、分辨率SR、I帧残差值RPVI、运动矢量大小MVM、I帧内4*4编码宏块比例IMPI、P帧帧内编码宏块比例IMPP、近景判定参数STcloseup、中景判定参数STmedium以及远景判定参数STlong。

其中，从压缩域中能够直接提取的参数有编码比特率LBR、分辨率SR、运动矢量大小MVM、I帧及P帧的编码宏块类型以及离散余弦变换DCT系数。具体如下：

(1)对数编码比特率LBR和分辨率SR为视频编码参数，可从压缩域参数中直接得到。

(2)I帧残差值RPVI、运动矢量大小MVM、I帧内4*4编码宏块比例IMPI和P帧帧内编码宏块比例IMPP为内容特征参数，需由压缩域参数经过计算得到。

a)I帧残差值RPVI

其中Z代表量化系数的矩阵，表明左边矩阵中的元素与右边矩阵中相同位置的元素相乘。HT为哈达吗矩阵。E_MB为一个矩阵能量的估计值。SI为I帧中宏块的集合，N为像素的数目。

b)运动矢量大小MVM

其中x_i和y_i为第i个运动矢量水平和垂直方向的大小，N_t为全部运动矢量的数目。

c)I帧内4*4编码宏块比例IMPI

其中N_i为视频序列中I帧的数目，N_mb为视频序列每帧中宏块的数目，为第i个I帧中帧内4*4编码宏块的数目。

d)P帧帧内编码宏块比例IMPP

其中N_p为视频序列中P帧的数目，N_mb为视频序列每帧中宏块的数目，为第i个P帧中帧内编码宏块的数目。

(3)近景判定参数STcloseup，中景判定参数STmedium，远景判定参数STlong为语义场景参数，需由压缩域参数经过场景分类算法得到。

a)计算水平或垂直的运动矢量比例HMVR和MVM

其中和为第j帧中的水平方向及垂直方向的运动矢量的个数，为第j帧中全部的运动矢量的个数，N_sq为视频序列中的全部帧数。

b)初步场景判定

当HMVR小于70％时，可将视频判定为近景视频或中景视频；当视频HMVR小于60％时，可直接将视频判定为近景视频。当HMVR大于70％时，可将视频判定为远景视频或中景视频；当HMVR大于90％时，可将视频直接判定为远景视频。

c)结合MVM进行具体的场景判定

判定系数cla₁的计算公式为cla₁＝HMVR×h₁+MVM，判定系数cla₂的计算公式为cla₂＝HMVR×h₂-MVM。当cla₁＜thr₁时，视频可被判定为近景；当cla₂≤thr₂，视频可被判定为中景。当cla₂＞thr₂时，视频可被判定为远景；当cla₂≤thr₂时，视频可被判定为中景。其中h₁＝20，thr₁＝45，h₂＝80，thr₂＝30。

最终，由以上步骤判定出的近景视频的STcloseup为1，STmedium和STlong为0；中景视频的STmedium为1，STcloseup和STlong为0；远景视频的STlong为1，STcloseup和STmedium为0。

上述步骤3)中质量评估模块中的手机足球视频评价模型用于计算视频的质量评分，其基本形式的计算公式为：

其中α,β,γ为与压缩域参数相关的系数，计算公式为：

α＝a₁+b₁×SR+c₁×STcloseup+d₁×STlong+e₁×STmedium

β＝a₂+b₂×SR+c₂×MVM+d₂×IMPI

γ＝a₃+b₃×SR+c₃×RPVI+d₃×IMPI+e₃×IMPP+f₃×STcloseup+g₃×STlong+h₃×STmedium

系数α与SR,STcloseup,STlong,STmedium有关，系数β与SR,MVM,IMPI有关，系数γ与SR,RPVI,IMPI,IMPP,STcloseup,STlong,STmedium有关。

其中a₁,b₁,c₁,d₁,e₁,a₂,b₂,c₂,d₂,a₃,b₃,c₃,d₃,e₃,f₃,g₃,h₃为待训练系数。经过实验，得到测试视频的主观测试分数，最终训练出的系数值为：a₁＝7.600,b₁＝1.9876,c₁＝0.300,d₁＝-0.950,e₁＝-0.450,a₂＝2.840,b₂＝0.0026,c₂＝0.5293,d₂＝0.0919,a₃＝0.2909,b₃＝-0.0418,c₃＝-3.4*10^-6,d₃＝-0.0783,e₃＝0.0327,f₃＝0.2858,g₃＝0.2798,h₃＝0.3071。

该质量评估模型中对视频的评分等级为0-10分制。0-2分表示视频质量极差，用户无法忍受；3-4分表示视频质量较差，用户无法接受；5-6分表示视频质量一般，用户可以接受并愿意长时间观看；7-8分表示视频质量较好，用户在观看过程中有较好的体验；9-10分表示视频质量极好，用户非常满意。

为了测试本评估装置对于视频质量评估的有效性，发明人将本方案中的评估装置计算得到的质量评分与主观测试分数进行比较。图4为主观测试分数与评估装置计算得到的分数的散点以明显看出本装置能够较为准确地对手机足球视频质量进行评估。