數(shù)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(tuán)（總臺(tái)）技術(shù)制播中心，重慶 400039

數(shù)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(tuán)（總臺(tái)）技術(shù)制播中心，重慶 400039

隨著人們生活水平的提升和人們對(duì)娛樂(lè)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，數(shù)字電視出現(xiàn)并得到迅速的推廣，其作為數(shù)字信息技術(shù)的產(chǎn)物，將電視傳播方式與信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，與傳統(tǒng)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(duì)頻道資源的節(jié)省程度也非常理想，受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，現(xiàn)階段其應(yīng)用范圍已從家用娛樂(lè)向工業(yè)生產(chǎn)、企業(yè)管理等方面擴(kuò)展，本文以數(shù)字電視為研究對(duì)象，從鏡頭分割、樣本視頻檢索、IPv6環(huán)境下的組播路由協(xié)議三個(gè)方面對(duì)數(shù)字電視的視頻分析與組播傳輸展開分析，為現(xiàn)階段寬帶社區(qū)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的完善和升級(jí)作出努力。

數(shù)字電視；視頻分析；組播傳輸

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子集成技術(shù)、通訊技術(shù)等快速發(fā)展并逐漸向電視領(lǐng)域滲透的過(guò)程中，電視節(jié)目在采集、制作、編輯、播放、傳輸、接收的各個(gè)環(huán)節(jié)開始應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，數(shù)字電視出現(xiàn)，其用數(shù)字信號(hào)取代傳統(tǒng)模擬信號(hào)，在新源壓縮方面開始應(yīng)用數(shù)據(jù)編碼壓縮技術(shù)，將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等分別打包后復(fù)合成單路串行的數(shù)據(jù)流，使其在信道編解碼的環(huán)節(jié)不需要行、場(chǎng)信號(hào)，抗干擾能力得到提升。

1 數(shù)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(duì)視頻分析的效果有直接的影響，通常視頻由描述獨(dú)立故事單元的場(chǎng)景構(gòu)成，而場(chǎng)景由多個(gè)語(yǔ)義相關(guān)的鏡頭構(gòu)成，而鏡頭由多個(gè)連續(xù)幀構(gòu)成，連續(xù)幀由一定的關(guān)鍵幀構(gòu)成，所以視頻分析就是對(duì)幀內(nèi)容的提取，而鏡頭分割是將一段視頻轉(zhuǎn)化成形式上多個(gè)獨(dú)立單元，使其能夠用多個(gè)關(guān)鍵幀表示的主要途徑[1]。通過(guò)鏡頭切割可以使系統(tǒng)的處理速度得到大幅度的提升，而存儲(chǔ)空間相對(duì)縮減，使視頻信號(hào)可處理的可能性增加，鏡頭分割一方面要保證鏡頭內(nèi)不同的圖像幀在內(nèi)容方面相近，一方面要保證相鄰鏡頭之間的圖像幀內(nèi)容存在較大的差異，切變和漸變是現(xiàn)階段鏡頭切換的主要形式，傳統(tǒng)的視頻分析都以像素為研究對(duì)象，解碼運(yùn)算量多，而其對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性較強(qiáng)[2]。隨著視頻分析的逐漸深入在壓縮域進(jìn)行掃換檢測(cè)的新方法出現(xiàn)，利用MPEG壓縮域信息檢測(cè)掃換，I幀P幀和B幀共同構(gòu)成了MPEG視頻數(shù)據(jù)，而相鄰幀之間的變化區(qū)域以幀圖像邊緣為邊界而連續(xù)分布，整體覆蓋圖像幀，在應(yīng)用此方法的過(guò)程中，首先其空間分布必須滿足備檢模塊可以構(gòu)成某種具有幾何特性的以幀圖像邊緣為邊界的連續(xù)區(qū)域，而且當(dāng)前幀的變化區(qū)域面積與整個(gè)幀圖像面積的比值必須在變化區(qū)域最小比例和最大比例之間。利用哈夫變換檢測(cè)，可對(duì)變化區(qū)域的連續(xù)性作出判斷，當(dāng)確定Hough變化檢測(cè)呈直線后，可確定其經(jīng)過(guò)的宏塊個(gè)數(shù)，如果直線實(shí)際的備檢宏塊個(gè)數(shù)與其經(jīng)過(guò)的宏塊個(gè)數(shù)的比值大于或等于限制直線上備檢宏塊應(yīng)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(xù)的直線可形成連續(xù)的區(qū)域，而每個(gè)幀都會(huì)有其獨(dú)屬的坐標(biāo)[3]。在空間分布的基礎(chǔ)上要進(jìn)行時(shí)間分布特征分析，在時(shí)間上連續(xù)幀的坐標(biāo)變化要具有一定的連續(xù)性，而且呈現(xiàn)出單純的遞增或遞減趨勢(shì)，連續(xù)幀的累加可以覆蓋整個(gè)幀圖像，即所有變化區(qū)域的比例之和應(yīng)該在0.75和1.25之間，這樣避免了以幀長(zhǎng)度作為檢測(cè)對(duì)象的不足，在DC圖像的直方圖檢測(cè)和復(fù)雜掃換模式檢測(cè)的基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)此種方式不僅能夠?qū)σ曨l的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行定位的掃換，而且掃換模式可以確定，能夠較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡頭切換的區(qū)分，其在解碼部分編碼字段的基礎(chǔ)上以少量的運(yùn)算即可以實(shí)現(xiàn)。

1.2 基于樣本視頻檢索的視頻分析

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，信息的產(chǎn)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(nèi)容信息的視頻成為新的難題，基于視頻內(nèi)容的檢索即以視頻和視頻對(duì)象的內(nèi)容和上下文的相關(guān)性在大范圍的視頻數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索的行為，其算法可在沒(méi)有人的主動(dòng)參與下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和對(duì)視頻重要信息的理解?？梢?jiàn)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(jī)交互作用下在大量數(shù)據(jù)中進(jìn)行近似信息匹配，現(xiàn)階段視頻特征檢索，主要利用QBIC、Photobook、VisualSEEK等系統(tǒng)，針對(duì)視頻關(guān)鍵幀的顏色、紋理、形狀、時(shí)空分布特征，以及連續(xù)幀的運(yùn)動(dòng)特征、鏡頭分割、相關(guān)反饋進(jìn)行，但檢索的精度并不理想，所以以樣本為基礎(chǔ)的分級(jí)檢索視頻方法出現(xiàn)，其屬于逐步求精的過(guò)程，首先，進(jìn)行快速粗檢，利用I幀中dct-dc-size字段過(guò)濾編碼長(zhǎng)度與樣本存在差異的視頻數(shù)據(jù)；其次，利用B幀運(yùn)動(dòng)矢量的時(shí)空分布進(jìn)行不符合要求的信息排除；最后，利用DC圖像實(shí)現(xiàn)精確匹配，通過(guò)此種方式，在少量計(jì)算的前提下，只通過(guò)解碼部分編碼字段，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢索，舍去了預(yù)先提取關(guān)鍵幀的環(huán)節(jié)，精度得到了大幅度的提升[4]。

2 數(shù)字電視的組播傳輸

IPv6通過(guò)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(chǔ)上得到了較大幅度的擴(kuò)展，形成了結(jié)構(gòu)化的路由層次，而且報(bào)頭格式得到有效的簡(jiǎn)化，在即插即用的同時(shí)使IP地址的安全性和可移動(dòng)性得到增強(qiáng)，而且對(duì)流的支持性也得到深化，使IPv4IP地址緊張的問(wèn)題得到有效的緩解，但I(xiàn)Pv6組播地址的應(yīng)用仍存在一定的問(wèn)題，例如可靠性和安全性不足，受網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的影響自身復(fù)雜性突出等。而利用IPv6組播地址格式相對(duì)于IPv4，其組播空間充足，而且為避免重復(fù)應(yīng)用的地址在一段范圍內(nèi)重復(fù)，應(yīng)用范圍字段，使組播應(yīng)用的順序性更加突出，而IPv6組播路由協(xié)議作為對(duì)組播源至接收方所有成員的組播分發(fā)樹的生成和更新進(jìn)行控制的主體，其必須既能夠全面的接收組播報(bào)文，又能夠縮減網(wǎng)絡(luò)資源的占用量和組播的發(fā)送范圍，現(xiàn)階段其可分為密集模式、稀疏模式、鏈路狀態(tài)協(xié)議三種。PIM-DM協(xié)議其可獨(dú)立于單播路由協(xié)議存在，而且可以任何形式的單播路由協(xié)議組播，靈活性較強(qiáng)，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(wǎng)絡(luò)和接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，其將初始最短路徑數(shù)作為廣播數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，并利用Hello消息對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)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(shí)所發(fā)出加入消息，提醒上游路由器繼續(xù)發(fā)送消息，現(xiàn)階段針對(duì)IPv6環(huán)境下的組播路由協(xié)議在發(fā)送或接收Hello消息之前對(duì)事件及消息的處理情況以及PLT定時(shí)器的取值、接收到嫁接報(bào)文消息后覆蓋定時(shí)器的處理程序等問(wèn)題都取得了一定的研究成果，由此可見(jiàn)數(shù)字電視組播傳輸有一定的可行性，但具體的細(xì)節(jié)還需要后續(xù)研究不斷地完善。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段已經(jīng)形成有效的對(duì)鏡頭切變的檢測(cè)方法，而且隨著多媒體數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)快速便捷的多媒體信息檢索和查詢，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到基于內(nèi)容的多媒體檢索的可行性，通過(guò)在MPEG壓縮域中進(jìn)行分級(jí)檢索，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)各視頻片段進(jìn)行有效的細(xì)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同視頻單元的過(guò)濾，整個(gè)過(guò)濾過(guò)程計(jì)算量小，而且可舍去預(yù)先提取關(guān)鍵幀的過(guò)程，使實(shí)時(shí)檢索成為可能。

[1]楊松林．基于DM3730的無(wú)線數(shù)字電視視頻實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)的研究[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2014．

[2]李智強(qiáng)．基于UDP組播的MPEG-2碼流分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．泉州：華僑大學(xué)，2013．

[3]吳東亮．IP組播和RRPP環(huán)網(wǎng)在數(shù)字電視傳輸中的應(yīng)用和分析[J]．海峽科學(xué)，2013，8：54-56．

[4]王毅．基于IPTV承載網(wǎng)的應(yīng)用層組播研究[D]．重慶：重慶大學(xué)，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(shù)、視頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)