独家 | AutoFlip：智能化视频剪裁的开源框架（附链接）

作者：Nathan Frey

翻译：张达敏

校对：和中华

本文约2500字，建议阅读5分钟

本文向大家介绍智能化视频剪裁的开源框架：AutoFlip。

标签：算法框架

前言

为电视和显示器拍摄制作的视频常常使用横向16：9或者4：3比例。然而越来越多的用户开始在移动设备上制作和观看视频，传统的画面比例并不能完美兼容。为此需要对视频画面进行剪裁，传统的做法涉及到静态剪裁，例如，选定好可视区域，然后把区域外的内容全部剪掉。不幸的是，由于构图种类和相机运动模式繁多，这种静态剪裁经常产出无法让人满意的结果。而其他特殊的做法，常常要求拍摄者手动确定每个画面的目标，并追踪他们在每帧间的转变，然后相应的剪裁掉多余的画面。这个过程是非常耗时、乏味且容易出错的。

用户：

 https://insights.digitalmediasolutions.com/articles/digital-mobile-dominate

为了解决这个问题，我们很开心向大家介绍智能化视频剪裁的开源框架：AutoFlip。基于MediaPipe框架，该框架支持开发用于处理时间序列多模态数据的管道。把一个视频文件（业余级拍摄或专业级剪辑）和一个目标比例（横向、正方形、人像等等）作为输入，AutoFlip会分析视频内容，逐步得出最佳的追踪和剪裁策略，然后输出一个同样时长但剪裁至目标画面比例的视频文件。

AutoFlip：

https://github.com/google/mediapipe/blob/master/mediapipe/docs/autoflip.md

MediaPipe：

https://github.com/google/mediapipe/blob/master/mediapipe/docs/face_detection_desktop.md

左图：原视频（16：9）。中间：使用常规居中剪裁（9：16）。右边：使用AutoFlip剪裁（9：16）。AutoFlip通过追踪目标内容，避免了把重要内容剪掉的问题。

AutoFlip简介

得益于应用行业领先的机器学习目标检测和追踪技术，AutoFlip能够轻易理解视频内容，进而为智能视频剪裁提供了一个全自动的解决方案。通过探测能够表明场景变化的差异，AutoFlip能够在处理过程中把每个场景分离开来。在每段场景被选定的相机模式和轨迹优化剪裁之前，通过视频分析确定主要目标。

画面（场景）探测

一个场景或画面是一个无删减（或跳跃）的连续视频。为了探测出场景变化，AutoFlip计算每帧的颜色直方图并和之前的帧做对比。如果该帧的色彩分布和之前一连串画面不同的话，就说明该帧的场景发生了改变。为了优化整个场景的剪裁，AutoFlip在剪裁前会缓存整段视频直到该场景结束。

视频内容分析

我们利用基于深度学习的目标检测模型来寻找每帧画面里有趣的、重要的内容。这类内容常常包含人物和动物，但出于应用角度考虑，其他物体也可能会被考虑在内，包括文字覆盖和商业logo，或者体育运动中运动和球的探测。

面部和目标检测模型通过MediaPipe整合到了AutoFlip当中，这一功能可以通过在CPU上运行TensorFlow Lite实现。这种结构让AutoFlip具有扩展性，开发者能很方便地为不同场景和视频内容增添新的探测算法。当然，每类物体都有相应的比重，也就是该类物体的相对重要程度 – 比重越高，该类物体在计算摄像轨迹中就更有影响力。

面部：

https://github.com/google/mediapipe/blob/master/mediapipe/docs/face_detection_desktop.md

目标检测模型：

https://github.com/google/mediapipe/blob/master/mediapipe/docs/object_detection_desktop.md

TensorFlow Lite：

https://www.tensorflow.org/lite

上图：运动中的人物检测。下图：两个面部探测方块（“核心面部”和“全面部”）。在较窄的人像比例剪裁案例中，经常只有核心面部能够显示（全面部尺寸太大）。

剪裁

在确定了每帧的目标后，就可以决定如何把内容剪裁到新的画面中。取决于物体在场景中的移动轨迹（例如物体是跑来跑去还是静止不动），AutoFlip会自动选择最佳剪裁策略 – 静态的、移动的或是追踪的。在静态模式中，剪裁后的相机视角是固定在某一位置，从这个位置可以在大部分场景中看到目标。这个模式能高效地模拟专业静态电影拍摄，例如使用静态三脚架的相机或者后期的稳定处理。而在其他场景中，以恒定速率移动相机视角相比于静态模式会有更好的效果。而追踪模式能够在场景中提供连续稳定的目标物体追踪。

在算法决定使用以上哪种剪裁策略后，AutoFlip对每帧确定一个最佳剪裁窗口，同时确保目标出现在该窗口中。当追踪框追踪场景里的目标时经常会在每帧画面之间跳来跳去，导致了不能很好的确定剪裁窗口。因此我们在欧式范数优化过程中，通过降低平滑（低阶多项式）相机轨迹和追踪框间的残差来调整每帧的窗口视角。

欧式范数：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%8C%83%E6%95%B0

低阶多项式：

https://en.wikipedia.org/wiki/Degree_of_a_polynomial

上图：跟踪每帧的追踪框得出的相机轨迹。下图：使用欧式范数得出的平滑相机轨迹。

左图：目标物体在场景中来回移动，需要追踪相机轨迹。右图：目标物体和场景保持相对静止；静态相机视角能够涵括该场景目标物体的移动轨迹。

AutoFlip的图像构造提供非填充和填充剪裁两种设置。当窗口不能包含所有指定区域时（例如目标分散在整个画面），通过自动切换到较为缓和的剪裁策略，例如填充黑边使图像充满整个画面。对于图像背景颜色是单色调时，黑边颜色会自动转成相同色调，来达到无缝填充效果；在其他情况下，AutoFlip会采取虚化的方式来达到相同效果。

黑边：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%91%E9%82%8A

AutoFlip使用场景

能够直接让开发者和电影制作人使用这款工具、减少他们创造中的阻碍、以及实现视频剪辑自动化让我们感到非常激动。处理各种视频类型和高宽比的功能愈发重要，尤其现在出现越来越多的各种比例的视频内容消费设备。不管你的应用场景是人像转横向、横向转人像、还是改动极小的4：3转16：9比例，AutoFlip都能提供一个智能、自动化和自适应的剪裁方案。

展望未来？

和机器学习算法相似，AutoFlip也能够从不断提升的视频内容相关物体探测能力中受益，例如面试探测或者卡通片中人物面部捕捉。然而一个常见问题是当输入视频边缘有重要内容遮挡（例如文字或者标志），这些内容通常会被剪裁掉。通过整合文字、标志探测以及图像修补技术，我们希望AutoFlip在将来能够保证剪裁质量同时复位这些表层信息。最后，在需要填充的案例中，deep uncrop技术能够提供超越原可视区域的能力。

deep uncrop：

http://openaccess.thecvf.com/content_ICCV_2019/papers/Teterwak_Boundless_Generative_Adversarial_Networks_for_Image_Extension_ICCV_2019_paper.pdf

当我们在Google改进AutoFlip的同时，我们也鼓励开发者和电影制作人能够在开源社区为我们提供帮助。

鸣谢

我们想对AutoFlip的同事表示感谢，Alexander Panagopoulos, Jenny Jin, Brian Mulford, Yuan Zhang, Alex Chen, Xue Yang, Mickey Wang, Justin Parra, Hartwig Adam, Jingbin Wang, 以及Weilong Yang; 还有提供开源帮助的MediaPipe团队, Jiuqiang Tang, Tyler Mullen, Mogan Shieh, Ming Guang Yong, 以及Chuo-Ling Chang。

原文标题：

AutoFlip: An Open Source Framework for Intelligent Video Reframing

原文链接：

https://www.googblogs.com/autoflip-an-open-source-framework-for-intelligent-video-reframing-2/

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编辑：王菁

校对：林亦霖

译者简介

张达敏，本科就读于麻省大学阿默斯特，主修计算机科学，辅修应用数学。硕士把自然语言处理作为研究方向，希望能为人工智能领域贡献自己的力量。目前积极钻研机器学习相关知识，希望能够在学习过程中充满创造力，同时保持科学严谨的态度。

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