圖像識(shí)別技術(shù)在數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

安群星

（河南省廣播電視局監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看中心 河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，媒體行業(yè)也發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變。電視媒體作為我國(guó)的主流媒體，有著大量穩(wěn)定的受眾，大部分的人民群眾均依靠電視作為媒介來(lái)接收訊息與消息，但是在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，新媒體的誕生使受眾出現(xiàn)了分流。電視需要進(jìn)行不斷地創(chuàng)新來(lái)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的變化，運(yùn)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)提高電視媒體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，才能夠推動(dòng)電視媒體的可持續(xù)化發(fā)展。在電視媒體發(fā)展的過(guò)程中，數(shù)字電視的誕生進(jìn)一步推動(dòng)了大眾生活質(zhì)量的提升，數(shù)字電視在人民群眾的生活中得到了廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，圖像識(shí)別技術(shù)是不可或缺的現(xiàn)代化技術(shù)之一，圖像識(shí)別技術(shù)能夠智能化的辨別視頻圖像內(nèi)容，使電視視頻質(zhì)量得到充分的保障。

1 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)是對(duì)圖像樣本進(jìn)行分析，通過(guò)輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理和處理保證圖像內(nèi)容與電視節(jié)目需求相符。圖像識(shí)別技術(shù)能夠根據(jù)圖像的具體特征對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，合理地對(duì)圖像進(jìn)行分類，通過(guò)這一技術(shù)能夠篩選出更具有應(yīng)用價(jià)值的圖像內(nèi)容。并且，在出現(xiàn)圖像異常的情況下，圖像識(shí)別技術(shù)能夠讓系統(tǒng)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)廣播電視節(jié)目的圖像異常，將其反饋給技術(shù)操作人員，操作人員采用正確的方式對(duì)電視視頻進(jìn)行合理的處理，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)字電視視頻的目的。

圖像識(shí)別技術(shù)需在建設(shè)完善的圖像識(shí)別系統(tǒng)中應(yīng)用，系統(tǒng)本身具有智能化的功能，能夠?qū)?shù)字電視視頻樣本圖像中的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，依照既定的流程對(duì)圖像進(jìn)行分類識(shí)別。圖像識(shí)別的4個(gè)步驟如下。

步驟1 獲取圖像信息系統(tǒng)數(shù)字電視，將視頻內(nèi)容進(jìn)行信息截取，使視頻中的圖片信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖片內(nèi)容，再將數(shù)字化圖片輸入到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中等待后續(xù)處理。

步驟2 對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，將系統(tǒng)截取的原始圖像轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理及信息獲取的形式，將特征進(jìn)行突出化處理，突出圖像的變化，便于操作人員找到其中的差別。

步驟3 系統(tǒng)提取圖像的具體特征，將圖像的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、加工、分析和分類，將圖像中的本質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行更突出的體現(xiàn)，便于工作人員進(jìn)行辨別與觀察。

步驟4 工作人員需要對(duì)圖片信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類判決，根據(jù)系統(tǒng)提取的圖像特征與基礎(chǔ)參數(shù)，工作人員對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行分類和識(shí)別得到最終的識(shí)別結(jié)果，根據(jù)識(shí)別結(jié)果選擇正確的圖像處理方式，維護(hù)數(shù)字電視節(jié)目的正常播放[1]。

2 圖像識(shí)別技術(shù)在數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用意義

2.1 提高數(shù)字電視視頻質(zhì)量

圖像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)字電視視頻中出現(xiàn)的異常情況，在出現(xiàn)異常情況時(shí)工作人員會(huì)在系統(tǒng)中做出判定。根據(jù)系統(tǒng)顯示情況，選擇合理的處理方式對(duì)電視視頻的播放進(jìn)行糾正，能夠?yàn)閿?shù)字電視視頻質(zhì)量做出更高的保障。在應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)之前，也會(huì)安排工作人員進(jìn)行電視視頻監(jiān)測(cè)，這種人工監(jiān)測(cè)的方式很容易出現(xiàn)紕漏，一旦基礎(chǔ)的工作人員專注度不足時(shí)，則無(wú)法快速對(duì)圖像異常進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)能夠智能化地掌控電視視頻質(zhì)量，在出現(xiàn)視頻圖像異常時(shí)能夠及時(shí)地進(jìn)行自動(dòng)化處理，避免出現(xiàn)影響觀眾觀感的圖像，能夠最大限度地保障數(shù)字電視的視頻質(zhì)量[2]。

2.2 實(shí)現(xiàn)廣播電視臺(tái)的工作創(chuàng)新

傳統(tǒng)廣播電視的工作模式并不適用于新媒體時(shí)代，根據(jù)各個(gè)地區(qū)廣播電視臺(tái)中媒體人的實(shí)際工作情況來(lái)看，在部分現(xiàn)代化建設(shè)較為緩慢的電視臺(tái)中降低了數(shù)字電視視頻質(zhì)量，觀眾的視頻觀看會(huì)受到嚴(yán)重的影響。工作人員的工作模式未得到有效的創(chuàng)新，對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用深度不足，工作流程較為繁雜，對(duì)基層工作人員的需求量較大，人力資源投入成本較高。但在部分建設(shè)完善的現(xiàn)代化設(shè)備電視臺(tái)中，工作人員的工作模式也隨之改變。工作流程簡(jiǎn)單，基本上均是應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)備來(lái)開(kāi)展工作，對(duì)人力資源的技術(shù)水平要求較高，但對(duì)人力資源的數(shù)量要求較低，為廣播電視臺(tái)的管理提供了便捷，也充分體現(xiàn)了廣播電視臺(tái)的工作創(chuàng)新。在當(dāng)下的廣播電視臺(tái)中，圖像識(shí)別技術(shù)是很重要的一項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)，其在數(shù)字電視內(nèi)容傳播的過(guò)程中發(fā)揮著不可或缺的作用。

2.3 減輕視頻監(jiān)測(cè)人員的工作負(fù)擔(dān)

在傳統(tǒng)的工作模式下，視頻監(jiān)測(cè)人員采用輪班倒的方式，實(shí)現(xiàn)廣播電視臺(tái)所有電視節(jié)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)方式不僅耗費(fèi)人力資源，也讓監(jiān)測(cè)人員有較大的工作負(fù)擔(dān)，其需要保證自身在工作過(guò)程中有高度集中的注意力，才能夠?yàn)殡娨曇曨l監(jiān)測(cè)效果作出更高的保障。在圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用后，不僅可以減少視頻監(jiān)測(cè)人員的數(shù)量，還能夠降低數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)人員的工作壓力，其只需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正確的操作即可。該技術(shù)的應(yīng)用能夠讓系統(tǒng)對(duì)數(shù)字電視節(jié)目的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)視頻圖像出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)警示，工作人員采取正確的處理辦法維持視頻圖像的可觀看性即可[3]。

2.4 提高廣播電視媒體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

在新媒體時(shí)代，廣播電視媒體不再是大眾接收信息與資訊的唯一渠道。能夠傳播信息的渠道越來(lái)越多，媒體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不斷增大，這對(duì)于廣播電視媒體來(lái)說(shuō)有著較大的發(fā)展壓力。廣播電視媒體人需要認(rèn)識(shí)到市場(chǎng)的變化，不斷創(chuàng)新自身節(jié)目的傳播形式與傳播內(nèi)容來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)電視媒體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。觀眾在觀看廣播電視節(jié)目的時(shí)候，最注重的就是電視節(jié)目的觀看感受及內(nèi)容，當(dāng)圖像出現(xiàn)異常的時(shí)候會(huì)嚴(yán)重影響觀眾的觀感。應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)則可以有效避免這一情況的發(fā)生，讓數(shù)字電視視頻圖像的質(zhì)量有所提升，也能給予觀眾更強(qiáng)的視覺(jué)沖擊感和更好地觀看體驗(yàn)，有效提高廣播電視媒體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 數(shù)字電視視頻中較常出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 黑場(chǎng)故障

黑場(chǎng)故障是指廣播電視節(jié)目在播出的過(guò)程中受到信號(hào)干擾或信號(hào)傳輸卡頓的影響，畫(huà)面出現(xiàn)黑屏或藍(lán)屏、綠屏等情況。觀眾完全看不到電視節(jié)目播出內(nèi)容，只能看到單一的演示畫(huà)面，不僅會(huì)造成觀眾對(duì)電視節(jié)目?jī)?nèi)容了解的缺失，還會(huì)嚴(yán)重影響觀眾的觀看體驗(yàn)感。在出現(xiàn)黑場(chǎng)故障的時(shí)候，大部分的觀眾均會(huì)選擇轉(zhuǎn)臺(tái)觀看其他廣播電視臺(tái)的電視節(jié)目，這就會(huì)讓廣播電視節(jié)目出現(xiàn)受眾銳減的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響廣播電視節(jié)目的收視率。

3.2 靜幀故障

靜幀故障是指廣播電視節(jié)目在播出的過(guò)程中突然停留在某一個(gè)固定畫(huà)面，在出現(xiàn)靜幀故障的時(shí)候，廣播電視節(jié)目會(huì)停止播出。可能會(huì)有音頻的滾動(dòng)，畫(huà)面一直停留在卡頓前的最后一針，不僅會(huì)讓廣播電視節(jié)目畫(huà)面中的嘉賓尷尬，還會(huì)影響到觀眾觀看后續(xù)的節(jié)目?jī)?nèi)容。造成靜幀故障的原因較多，當(dāng)觀眾的電視機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，也可能會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面靜幀的情況，廣播電視臺(tái)中信號(hào)傳輸器出現(xiàn)卡頓、失效的問(wèn)題時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)靜幀故障。但在出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員需要第一時(shí)間對(duì)信號(hào)的傳遞情況及設(shè)備的運(yùn)作情況進(jìn)行排查[4]。

3.3 馬賽克故障

有部分?jǐn)?shù)字電視視頻在播放的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)馬賽克故障，馬賽克故障是指畫(huà)面中出現(xiàn)馬賽克形態(tài)的圖像。出現(xiàn)的馬賽克故障不一定是以灰色、白色、黑色為主的馬賽克，還可能是以圖像作為底色的馬賽克，也會(huì)被大部分觀眾看作為畫(huà)面清晰度降低的反映，實(shí)際上是信號(hào)傳遞過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度、穩(wěn)定性受到了影響造成了視頻畫(huà)面不清晰的現(xiàn)象。造成視頻出現(xiàn)馬賽克故障的原因如下：1）有非法信號(hào)入侵接收器，對(duì)多條信號(hào)難以進(jìn)行智能辨別，在靜幀受到其他信號(hào)的影響時(shí)主信號(hào)的強(qiáng)度下降，造成視頻清晰度下降。2）由于信號(hào)傳輸設(shè)備故障的影響，造成圖像傳輸信號(hào)下降或信號(hào)不穩(wěn)定，致使出現(xiàn)馬賽克故障。3）信道是視頻信號(hào)傳輸?shù)闹饕乐唬谛诺佬阅芟陆档那闆r下，信號(hào)的傳輸會(huì)受到嚴(yán)重的影響，畫(huà)質(zhì)也會(huì)下滑，從而出現(xiàn)馬賽克故障[5]。

4 圖像識(shí)別技術(shù)在數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 在黑場(chǎng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用

黑場(chǎng)故障的主要特征就是出現(xiàn)純色的畫(huà)面，只需要應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)的圖像灰度進(jìn)行分析與判斷，就能夠了解到圖像是否出現(xiàn)黑場(chǎng)故障。這與故障圖像純色顏色關(guān)聯(lián)度并不大，其最主要就是存在著純色的畫(huà)面，當(dāng)圖像中不存在真彩色畫(huà)面時(shí)，就是電視黑場(chǎng)故障的體現(xiàn)。在進(jìn)行黑場(chǎng)故障檢測(cè)的過(guò)程中應(yīng)用逐像素點(diǎn)對(duì)黑場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)是最為實(shí)用、最為廣泛的檢測(cè)方式，倘若圖像中所有的像素值均相同，則表明數(shù)字電視視頻畫(huà)面出現(xiàn)了黑場(chǎng)故障。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，逐像素點(diǎn)這一檢測(cè)方式也會(huì)出現(xiàn)誤差，當(dāng)個(gè)別畸點(diǎn)存在著不同像素值的情況下，也會(huì)被媒體人認(rèn)為出現(xiàn)黑場(chǎng)故障[6]。

除此之外，濾波方式也能夠?qū)趫?chǎng)故障進(jìn)行檢測(cè)，濾波檢測(cè)方式也屬于圖像識(shí)別技術(shù)的一種。其算法較為復(fù)雜，需要更為專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)圖像進(jìn)行算法輸入與分析，在檢測(cè)圖像時(shí)，將圖像分割成多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的灰度值作為特征進(jìn)行提取，將所有小區(qū)域的特征進(jìn)行匹配與對(duì)比，倘若所有的特征值均能做到完全匹配，則被認(rèn)為是黑場(chǎng)故障。該檢測(cè)方式在實(shí)際工作中的應(yīng)用較少，因其算法較為復(fù)雜，對(duì)工作人員的技術(shù)水平要求較高，在大部分的廣播電視臺(tái)中，技術(shù)人員均不會(huì)運(yùn)用復(fù)雜的算法來(lái)進(jìn)行黑場(chǎng)故障的檢測(cè)，而在進(jìn)行靜幀故障時(shí)，則會(huì)用到該方式進(jìn)行辨別。

4.2 在靜幀故障檢測(cè)中的應(yīng)用

靜幀故障會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面持續(xù)的現(xiàn)象，當(dāng)畫(huà)面停留在某一幀的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則表明出現(xiàn)了靜幀故障。靜幀故障與黑場(chǎng)故障雖都屬于數(shù)字電視視頻處于靜態(tài)畫(huà)面，但存在著較大的區(qū)別。其區(qū)別在于靜幀故障的圖像畫(huà)面中存在著多樣化的圖像內(nèi)容，與數(shù)字電視節(jié)目視頻內(nèi)容有一定的重疊性，但是黑場(chǎng)故障則全是相同的畫(huà)面。因此，靜幀故障的檢測(cè)與黑場(chǎng)故障的檢測(cè)也存在著一定的差別，雖然均會(huì)應(yīng)用到圖像識(shí)別技術(shù)，但是靜幀故障的檢測(cè)會(huì)運(yùn)用到更為復(fù)雜的算法，其畫(huà)面的灰度與圖像均不相同，如要進(jìn)行辨別則需要進(jìn)行多種畫(huà)面的分析。

靜幀故障的辨別會(huì)運(yùn)用到圖像灰度的分析，在進(jìn)行圖像識(shí)別后將圖像分割為多個(gè)均等的小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域均存在著相應(yīng)的特征值，將特征值提取后制作成為表格，便于后續(xù)工作人員對(duì)圖像的狀態(tài)進(jìn)行判斷。特征值是相鄰2幀圖像對(duì)應(yīng)分割區(qū)域的灰度差，當(dāng)出現(xiàn)靜幀故障的情況下，灰度差則為0或接近0。在進(jìn)行灰度差計(jì)算以后，同一區(qū)域內(nèi)鄰近2幀的灰度差較大，則說(shuō)明視頻圖像未出現(xiàn)靜幀故障。在進(jìn)行灰度差判斷之后，還需要對(duì)特征值的匹配程度進(jìn)行判斷。靜幀故障的判斷與黑場(chǎng)故障的判斷方式不同，黑場(chǎng)判斷是在同1幀內(nèi)對(duì)不同畫(huà)面區(qū)域的特征值進(jìn)行比對(duì)與判斷，而靜幀故障則是對(duì)相鄰2幀的同一區(qū)域特征值進(jìn)行判斷。倘若在同一區(qū)域內(nèi)相鄰的2針，特征值有無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)在變化，則說(shuō)明圖像未出現(xiàn)靜幀故障[7]。

4.3 在馬賽克故障檢測(cè)中的應(yīng)用

在電視臺(tái)錄制廣播電視節(jié)目的過(guò)程中，攝像機(jī)會(huì)將實(shí)地場(chǎng)景進(jìn)行真實(shí)拍攝，無(wú)論是任何物體均存在著邊緣，攝像機(jī)也能夠清晰地記錄物體的邊緣。當(dāng)出現(xiàn)馬賽克故障的時(shí)候，物體的邊緣會(huì)變得非常模糊，觀眾在觀看電視節(jié)目時(shí)也會(huì)出現(xiàn)較差的觀感，為此降低了觀眾的視覺(jué)體驗(yàn)感。因此，即使在未出現(xiàn)馬賽克故障的情況下，大部分的廣播電視臺(tái)在錄制電視節(jié)目中也會(huì)應(yīng)用清晰度更高的攝像機(jī)來(lái)保障拍攝畫(huà)面的清晰程度，使畫(huà)面中所有物品均有良好的邊緣感，讓大眾對(duì)圖像內(nèi)容有更清晰的理解，以提高電視節(jié)目的錄制質(zhì)量。

當(dāng)然，在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程及節(jié)目播出的過(guò)程中，可能會(huì)存在著不可控因素導(dǎo)致數(shù)字電視視頻出現(xiàn)馬賽克故障。在出現(xiàn)馬賽克故障的時(shí)候，系統(tǒng)需要進(jìn)行檢測(cè)，工作人員也需要對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)。馬賽克故障的檢測(cè)方法較多，較為常用的檢測(cè)方式為差分邊緣檢測(cè)和Robert邊緣檢測(cè)算子這2種。

1）差分邊緣檢測(cè)是利用像素值的一階導(dǎo)數(shù)算子，在灰度迅速變化處得到極值來(lái)進(jìn)行奇異點(diǎn)的檢測(cè)。這種檢測(cè)方式需要保持差分方向與邊緣方向垂直，對(duì)多個(gè)方向的邊緣進(jìn)行檢測(cè)，從而得出多個(gè)方向的差分值，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像判斷。

2）Robert邊緣檢測(cè)算子需對(duì)圖像類對(duì)角方向相鄰幀像素值的差進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，圖像中每個(gè)像素點(diǎn)均會(huì)應(yīng)用到相鄰2幀的模板進(jìn)行卷積運(yùn)算，為避免出現(xiàn)負(fù)值，在進(jìn)行邊緣檢測(cè)的過(guò)程中會(huì)去絕對(duì)值，保障卷積運(yùn)算結(jié)果的正向性。Robert算子會(huì)直接計(jì)算圖像的差分，不包含圖像平滑，因此不能抑制到圖像中存在的噪聲，對(duì)陡峭邊緣低噪聲的圖像響應(yīng)良好。

除此之外，在進(jìn)行馬賽克故障檢測(cè)的過(guò)程中，需合理應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)。結(jié)合多種一階導(dǎo)數(shù)算子檢測(cè)方式對(duì)圖像的故障情況進(jìn)行檢測(cè)，除上述提到2個(gè)檢測(cè)方式外，還存在著Laplacian邊緣檢測(cè)算子、Sobel邊緣檢測(cè)算子、Canny邊緣檢測(cè)算子等。這些算法均能夠?qū)︸R賽克故障進(jìn)行有效檢測(cè)判斷出圖像的狀態(tài)，從而采取正確的處理方式[8]。

5 總結(jié)

綜上所述，數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)能夠有效避免電視畫(huà)面出現(xiàn)黑場(chǎng)、馬賽克、彩條等現(xiàn)象，不僅保證了電視節(jié)目?jī)?nèi)容的完整輸出，還為觀眾的觀看體驗(yàn)感做出了更高的保障。傳統(tǒng)的電視視頻監(jiān)測(cè)方式無(wú)法得到良好的監(jiān)測(cè)效果，且需要投入大量的人力資源，加大了電視媒體的發(fā)展壓力。引入圖像識(shí)別技術(shù)能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的視頻監(jiān)測(cè)工作模式，使數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)變得更加便捷，且能夠大幅度提升數(shù)字電視視頻監(jiān)測(cè)效果。