基于深度体素流的模糊视频插帧方法

针对视频运动模糊严重影响插帧效果的情况,提出了一种新型的模糊视频插帧方法。首先,提出一种多任务融合卷积神经网络,该网络结构由两个模块组成：去模糊模块和插帧模块。其中,去模糊模块采用残差块堆叠的深度卷积神经网络（CNN）,提取并学习深度模糊特征以实现两帧输入图像的运动模糊去除;插帧模块用于估计帧间的体素流,所得体素流将用于指导像素进行三线性插值以合成中间帧。其次,制作了大型模糊视频仿真数据集,并提出一种先分后合、由粗略至细致的训练策略,实验结果表明该策略促进了多任务网络有效收敛。最后,对比前沿的去模糊和插帧算法组合,实验指标显示所提方法合成中间帧时峰值信噪比最少提高1.41 dB,结构相似性提升0.020,插值误差降低1.99。视觉对比及重制序列展示表明,所提模型对于模糊视频有着显著的帧率上转换效果,即能够将两帧模糊视频帧端对端重制为清晰且视觉连贯的三帧视频帧。     

基于光流残差的视频超分辨率重建算法

随着卷积神经网络的发展,视频超分辨率算法取得了显著的成功。因为帧与帧之间的依赖关系比较复杂,所以传统方法缺乏对复杂的依赖关系进行建模的能力,难以对视频超分辨率重建的过程进行精确地运动估计和补偿。因此提出一个基于光流残差的重建网络,在低分辨率空间使用密集残差网络得到相邻视频帧的互补信息,通过金字塔的结构来预测高分辨率视频帧的光流,通过亚像素卷积层将低分辨率的视频帧变成高分辨率视频帧,并将高分辨率的视频帧与预测的高分辨率光流进行运动补偿,将其输入到超分辨率融合网络来得到更好的效果,提出新的损失函数训练网络,能够更好地对网络进行约束。在公开数据集上的实验结果表明,重建效果在峰值信噪比、结构相似度、主观视觉的效果上均有提升。     

一种新的小波视频去噪方法

为了去除单帧图像小波去噪后残留的噪声和去噪时引入的类似脉冲噪声的伪细节,提出一种基于运动补偿的三维KNN(K-Nearest Neighbors)帧间滤波视频序列去噪方法.该方法首先对含噪声的视频序列中的每一帧图像进行小波去噪,然后对去噪后的图像进行基于运动补偿的三维KNN帧间滤波.实验结果显示,本文中提出的方法可以有效去除视频序列中的噪声,同时可以很好地保持运动对象的边缘.     

视频目标分割中帧间相似性传播的研究

目前视频目标分割算法多是基于匹配和传播策略分割目标,常常以掩模或者光流的方式利用前一帧的信息,探索了新的帧间特征传播方式,利用短时匹配模块提取前一帧信息并传播给当前帧,提出一种面向视频序列数据的目标分割模型。通过长时匹配模块和短时匹配模块分别与第一帧和前一帧做相关操作进行像素级匹配,得到的全局相似性图和局部相似性图,以及前一帧的掩模和当前帧的特征图,经过两个优化网络后通过分割网络得到分割结果。在视频目标分割公开数据集上的实验表明,所提出方法在单目标和多目标上分别取得了86.5%和77.4%的区域相似度和轮廓精度均值,每秒可计算21帧。提出的短时匹配模块比仅使用掩模更有利于提取前一帧的信息,通过长时匹配模块和短时匹配模块的结合,不使用在线微调即可实现高效的视频目标分割,适合应用于移动机器人视觉感知。     

基于光流的视频缺陷检测及修复方法

为了修复视频中的划痕和斑点,提出一种基于光流的视频缺陷检测及修复方法。首先,根据光流场得到相邻帧对应像素之间的位置关系,利用对应点灰度差确定像素点所在位置是否为缺陷。其次,修正缺陷区域的光流,以修正光流指向的相邻帧修补点填补对应的缺陷点。最后,针对已修复的视频帧重新计算光流场并重复修复步骤,直到该帧满足迭代修复的收敛条件。针对DAVIS视频数据集的不同场景,模拟产生数量为单帧像素点总数1%左右的缺陷后进行检测修复实验,给出查全率与误识别率的关系曲线,其中,误识别率为0.1%时,查全率可达80%以上;修复后的SSIM大于0.991,LPIPS小于0.037。针对老旧视频的修复实验表明,算法能够有效去除细小划痕和大小斑块。     

基于运动估计与时空结合的多帧融合去雨网络

降雨天气会导致视觉质量下降,从而影响目标识别和追踪等视觉任务的处理效果。为了减小雨的影响,完成对运动视频背景细节的有效恢复,近年来相关研究者在视频去雨方向提出了很多方法。其中基于卷积神经网络的视频去雨方法使用最为广泛,它们大多采用单帧增强后多帧融合去雨的方式。但由于直接单帧增强使相邻帧之间部分像素的移动无法完成时间维度上的对齐,不能有效实现端到端的训练,因此丢失了大量细节信息,使得最终得到的去雨效果不尽人意。为有效解决上述问题,文中提出了一个基于运动估计与时空结合的多帧融合去雨网络(ME-Derain)。首先通过光流估计算法将相邻帧对齐到当前帧来有效利用时间信息;然后引入基于残差连接的编码器-解码器结构,结合与时间相关的注意力增强机制一起构成多帧融合网络来有效融合多帧信息;最后利用空间相关的多尺度增强模块来进一步增强去雨效果和得到最终的去雨视频。在多个数据集上的大量实验结果表明,所提算法优于现阶段大部分视频去雨算法,能够获得更好的去雨效果。     

一种多尺度光流预测与融合的实时视频插帧方法

普通摄像设备拍摄的视频帧速率有限,从而影响观众的特殊观感体验,提高视频帧速率的后处理过程是必不可少的,视频插帧就是其中关键技术之一.视频插帧是指根据两个连续视频帧合成中间帧数据,在影视作品、体育比赛精彩视频片段慢动作回放等方面有广泛的应用.基于光流的视频插帧方法能有效解决视频中场景、目标的移动估计问题,但是其受制于光流估计的速度,无法很好地应用于实时视频任务.本文提出一种新的光流预测模型,并将其用于视频插帧任务中.首先对于输入的两张连续视频帧数据进行多次信息无损的下采样,获得不同尺度的输入数据;之后通过卷积神经网络进行特征提取,并对提取的特征建立注意力掩码,增强特征表达能力,根据该特征生成对应尺度的光流;最后使用融合网络,将多尺度的光流信息聚合为统一的尺度作为最终输出.本文方法能够被端到端的优化训练,并在大规模视频插帧基准数据集上进行了训练和验证测试.结果表明该方法能够获得高质量的插帧效果并能够达到实时的插帧速率,而且比其它先进方法更具优越性.     

面向光流估计的高效加速器架构设计

光流(optical flow)为同一对象在视频中运动到下一帧的移动量.从视频中估计光流已广泛应用于各类移动智能系统,如运动估计和机器人导航.最近的研究表明,卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)能提供可靠的光流估计结果.然而,现有的硬件加速器无法支持面向光流估计的CNN复杂计...     

用于视频行为识别的高效二维时序建模网络

二维卷积难以对视频数据进行有效的时间信息建模。针对这个问题,提出了一个高效的基于二维卷积的时间建模网络。该网络只需要RGB图像作为输入,避免了复杂的光流计算,在低计算复杂度的前提下,可以在行为识别任务中达到先进的准确性。网络主要由两个部分组成,即运动特征增强模块和时序聚集模块。具体来说,运动特征增强模块主要实现短期时序建模,它利用当前帧与相邻帧的差异信息对当前帧中的运动信息进行自适应性的增强,让网络能够了解图像中的哪一部分将要产生运动。时序聚集模块实现长期的时序建模,主要应用于网络的后期,通过二维卷积对时序上的信息进行信息聚合,让每一帧图像经过网络提取特征后,都能够结合时序上所有帧序列的信息。在三个常见的视频动作识别数据集（UCF101、HMDB51和Something-Something V1）上进行的大量实验表明,与大多数现有方法相比,所提出的时序建模网络可以获得先进的识别性能。     

水下视频图像高效编码算法

提出了一种水下视频图像高效压缩编码的算法。该算法主要由水下图像预处理、全局运动估计、全局运动与局部运动混合补偿三部分组成。图像预处理模块采用基于小波变换的方法,可以有效去除水下图像中的视觉冗余;全局运动估计采用基于特征点的快速、鲁棒估计算法;提出的全局运动与局部运动混合补偿方案简单易行。实验结果表明,提出的水下视频压缩算法在保证视觉质量的前提下,具有较高的压缩效率,特别适合于海底视频图像在甚低比特率下的压缩传输,以满足有限带宽水声信道的要求。     

基于运动矢量细化的帧率上变换与HEVC结合的视频压缩算法

将帧率变换技术与新型视频压缩编码标准HEVC相结合有利于提升视频的压缩效率。针对直接利用HEVC码流信息中的低帧率视频的运动矢量进行帧率上变换时效果不理想的问题,文中提出了一种基于运动矢量细化的帧率上变换与HEVC结合的视频压缩算法。首先,在编码端对原始视频进行抽帧,降低视频帧率;其次,对低帧率视频进行HEVC编解码;然后,在解码端与从HEVC码流中提取出的运动矢量相结合,利用前向-后向联合运动估计对其进行进一步的细化,使细化后的运动矢量更加接近于对象的真实运动;最后,利用基于运动补偿的帧率上变换技术将视频序列恢复至原始帧率。实验结果表明,与HEVC标准相比,所提算法在同等视频质量下可节省一定的码率。同时,与其他算法相比,在节省码率相同的情况下,所提算法重建视频的PSNR值平均可提升0.5 dB。     

一种内容完整的视频稳定算法

设计了一种基于可靠特征集合匹配的内容完整的视频稳定算法。为了避免运动前景上的特征点参与运动估计,由经典的KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法提取特征点,而后基于特征有效性判定规则对特征点集合进行有效性验证以提高特征点的可靠性。利用通过验证的特征点对全局运动进行估计,得到精确的运动参数并据此对视频图像进行运动补偿。对于运动补偿造成的无定义区,首先计算当前帧的定义区与相邻帧的光流,以此为向导腐蚀无定义区;利用拼接的方法,填充仍为无定义区的像素。实验结果表明该算法对于前景物体运动具有较好的鲁棒性并能够生成内容完整的稳定视频序列。     

使用PSNR周期特性检测视频帧率上转伪造

帧率上转（FRUC）是最常用的一种视频编辑技术,它在原始视频帧间周期性地插入新的帧,以便增加视频的帧率,这种技术经常用于两段不同帧率的视频拼接伪造中。为了减少视觉痕迹,高级的FRUC方法通常采用运动补偿的插值方式,这也带来了针对这种插值伪造检测的挑战。在本文,我们提出一种新的简单但有效的方法,可正确检测出这种伪造,并能估计出视频的原始帧率。该方法利用了FRUC算法生成的插值帧与相邻原始帧构成的视频序列再次插值重建得到的帧对在PSNR上的周期性差异。测试序列的实验结果表明本文方法检测准确率高,其中对有损压缩视频序列的测试结果进一步证实了该方法的实际使用价值。     

A Motion Compensated Lifting Wavelet Codec for 3D Video Coding

A motion compensated lifting (MCLIFT) framework for the 3D wavelet video coding is proposed in this paper. By using bi-directional motion compensation in each lifting step of the temporal direction, the video frames are effectively de-correlated. With the proper entropy coding and bit-stream packaging schemes, the MCLIFT wavelet video coder is scalable at frame rate and quality level. Experimental results show that the MCLIFT video coder outperforms the 3D wavelet video coder without motion by an average of 0.9-1.3dB, and outperforms MPEG-4 coder by an average of 0.2-0.6dB.     

频率域Wyner-Ziv视频编码算法的改进

为提高分布式视频编码压缩率,依据无线传感网络终端设备及Wyner-Ziv视频编码特点,针对Bernd Girod的频域Wyner-Ziv视频编码方案提出改进算法。该算法在编码端通过简单DCT运算提出将图像块分为Skip模式、低频模式和全频模式三种可选模式,在解码端根据相应的编码模式分别选择平均插值、自适应搜索运动估计插值和自适应搜索精细运动估计插值的边信息估算方法联合解码。该算法既能通过消除大量的帧间预测与熵编码实现低码率传输,又能以最小的解码代价获得更精确的边信息,从而有效地避免图像解码质量下降。实验结果表明,在相同峰值信噪比情况下,该算法的码率比Bernd Girod提出的频域Wyner-Ziv算法平均下降40%。     

基于深度学习的光流插帧边信息生成算法

在分布式视频编码(DVC)中,如何在各种运动场景下生成高质量的边信息并提升解码性能是一个重点研究领域。提出一种基于深度学习的光流插帧边信息生成算法(optical flow interpolation, OFI),编码端采用区间重叠的分布式算术编码(distributed arithmetic coding, DAC)对视频进行编码,解码端生成边信息时提取已解码关键帧,输入深度学习光流插帧网络。网络采用多层光流模块产生光流,并结合光流向后弯曲关键帧产生初步的边信息估计,再由融合过程消除遮挡产生更加细化的结果,最后边信息辅助解码树完成解码。实验结果表明,与现有方法相比,该方法PSNR最大可提升2.25 dB,主要体现在线性运动场景下。同时在线性和非线性场景下SSIM指标可提升0.001 5～0.064 8,在解码视频率失真曲线上也体现出一致的结果,证明了该算法对线性运动边信息估计有较好的提升,对非线性运动边信息结构也有良好的恢复性。     

基于卷积神经网络的视频图像超分辨率重建方法

为了进一步增强视频图像超分辨率重建的效果,研究利用卷积神经网络的特性进行视频图像的空间分辨率重建,提出了一种基于卷积神经网络的视频图像重建模型。采取预训练的策略用于重建模型参数的初始化,同时在多帧视频图像的空间和时间维度上进行训练,提取描述主要运动信息的特征进行学习,充分利用视频帧间图像的信息互补进行中间帧的重建。针对帧间图像的运动模糊,采用自适应运动补偿加以处理,对通道进行优化输出得到高分辨率的重建图像。实验表明,重建视频图像在平均客观评价指标上均有较大提升（PSNR +0.4 dB / SSIM +0.02）,并且有效减少了图像在主观视觉效果上的边缘模糊现象。与其他传统算法相比,在图像评价的客观指标和主观视觉效果上均有明显的提升,为视频图像的超分辨率重建提供了一种基于卷积神经网络的新颖架构,也为进一步探索基于深度学习的视频图像超分辨率重建方法提供了思路。