一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法_夏天的味道

一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法_夏天的味道_新浪博客

基于像素的比较法^[1]通过比较连续两帧之间对应像素亮度或色度的差值来判断是否发生镜头转换。这种方法对情节简单的视频具有良好的突变检测效果，但对像机运动、噪音、光照等变化比较敏感。直方图比较法^[2]利用相邻两帧之间的亮度或色度直方图差值来检测镜头变化。这种方法对镜头的缓慢移动和物体的大幅运动具有较好的鲁棒性，但当相邻两帧包含相似的灰度或颜色比例时，易发生漏检。对光照变化也较为敏感。

直方图比较法与像素比较法在一定程度上可实现优劣互补，由此笔者将两者结合起来进行镜头检测，提出了一种基于YUV颜色空间的镜头突变检测方法，能充分利用YUV颜色空间的特色和这两种算法的优点，用较小的计算量获取较好的检测效果。此算法不仅可针对非压缩的视频，对MPEG视频同样适用，且对此类视频，可直接解码视频流得到Y、U、V的值，无需空间转换，计算量更小，更能节约系统资源。

（1）

（2）

（3）

一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

针对直方图不能记录像素点的位置信息的问题，一般用均匀分区直方图^[6]作为解决方案，如图2（a）所示，但它不能体现视频帧区域中中间子块的重要性。文[7]中提出的非均匀分块加权直方图方法，如图2（b）所示，有效的抑制了由视频顶部或底部插入广告字幕对镜头检测的影响。但视频中插入广告字幕的区域不xx于视频的上下部位，视频两侧也可能插入广告。为此，笔者做了进一步的改进，长宽高按1：3：1进行分割，同时根据视频内容的特点设置权值。具体的分块加权内容如图2（c）所示，由于视频帧的四角对反映图像的主要内容的影响不大，在此将四个角的权值设为0。为了降低视频四周插入广告字幕对镜头检测的影响，特将视频四周的权值设为1，同时加强了中心区域的权值的设定，在此设为5。

a.简单分块 b.非均匀分块 c.改进的分块

为了便于计算，这里选用{jd1}值距离。将YUV中的亮度空间分为Q个区间，分别记为一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

。

，

分别表示第i帧和第j帧在子块k中亮度区间为q的直方图，则i，j两帧在子块k中亮度区间为q的直方图距离为：

（4）

由图2（c）可知，这里将每帧图像分为3×3块，分别记为一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

，加权矩阵记为w。

（5）

由公式（4）可计算出相邻两帧对应块的直方图差值，分别记为一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

，则相邻两帧加权系数区间直方图差值为公式（6）所示。若其值大于给定的经验阈值Th₁，则可判定该帧为镜头突变帧。

（6）

对于直方图法和像素比较法都对光照敏感的不足，可用YUV颜色空间中的色度信号U能够较好的抑制阴影或光照^[8]的特性进行弥补，将色度信号U选作帧特征。针对直方图法的不足，可选用模板匹配法进行弥补。由此可用基于U分量的像素比较法进行第二次检测。则相邻两帧总的帧差为公式（7）所示。其中，i和i+1是相邻的大小为M×N的两帧，一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

，

分为i，i+1两帧在点(x,y)的色度值。若其值大于给定的经验阈值Th₂，则将该帧判为镜头突变帧，若小于阈值，表明这两帧的变化是由光照引起的，不属于镜头突变帧，从镜头突变帧的集合中除去。

（7）

（3）将图像帧按图2（c）所示的方法，分割加权。利用公式（4）分别计算相邻两帧在子块1-9中Q个亮度区间的直方图距离一种基于YUV颜色空间的突变镜头检测方法

。结合公式（5）中的W_i值代入式（6）中，计算出相邻帧差DF。将帧差与给定的经验阈值Th₁进行比较，若DF＞Th₁，则将该帧的帧号记入镜头突变帧集合Z中，转入步骤（4）；若，则将该帧帧号加1，回到步骤（1），继续下一帧的检测。

从表1可看出，将Y分量的直方图法与U分量的模板匹配法结合起来进行镜头检测的方法取得了较好的效果。它有效地抑制了光照及视频四周插入的广告字幕等因素造成的误检。其中误检主要来源于镜头的快速摆动。但如果一个镜头内的内容发生了很大变化，一般情况下也认为是发生了镜头切换，不认为是检测错误^[9]。而漏检主要来源于亮度变化较小的镜头，但只要阈值选取的合理，此种情况便可得到改善。

针对镜头突变检测易受光照和视频中插入字幕的影响而产生误检的问题，基于YUV颜色空间的镜头突变检测方法充分利用了YUV空间的特性，选用Y分量作为帧特征进行镜头突变检测，大大的降低了检测过程中的计算量，加快了运算速度，并引用Y分量与分区直方图相结合的方法，对分区直方图的分区加权进行了改进，有效地降低了视频四周插入字幕对镜头检测造成的影响，提高了检测的准确度。利用U分量对光照变化不敏感的特征，和直方图法与像素比较法互补的特点，采用基于U分量的像素比较法对判定为突变的镜头进行光照检测，有效地减少了由于光照影响而造成的误检，进而提升了镜头突变检测的查准率。

[1] Transaction of The Institute of Electronics，Kikukawa T，Kawafuchi S. Development of an automatic summary editing system for the audio visual resources [J]，Information and communication Engineers，1992，75（2）：398-402

作者简介：袁小娟（1982-），女，硕士生，研究方向：计算机与多媒体技术；丰洪才（1963-），男，博士，教授，研究方向：多媒体技术与网络，模式识别；明巍（1983-），男，硕士生，研究方向：计算机与多媒体技术。

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