用上 RNN,这个视频抠像工具效果绝了

数据派THU

共 3255字,需浏览 7分钟

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2021-11-18 11:32

来源:HyperAI超神经

本文约1100字,建议阅读5分钟

本文为字节跳动团队发布的视频抠像工具 RVM 代码解析及论文《Robust High-Resolution Video Matting with Temporal Guidance》概要。


视频抠像,把人物从动态画面中抠除,用于进一步替换背景或其他用途。看似是专业拍摄才用得上的工具,但在有些场景里的确派得上大用处。


快捷、高效的视频抠像有多重要?这一点,今年《披荆斩棘的哥哥》的后期团队一定深有体会。

近期,字节跳动的论文 《Robust High-Resolution Video Matting with Temporal Guidance 》被 WACV 2022 收录,官方 GitHub 库于近期以 GPL-3.0 许可证开源。

RVM 项目开放线上公开测试


此次开源的 RVM 项目专为稳定人物视频抠像设计,可在任意视频上做实时高清抠像。不同于现有神经网络将每一帧作为单独图片处理,RVM 使用循环神经网络,在处理视频流时有时间记忆。

经测试,RVM 支持在 Nvidia GTX 1080Ti 上实现 4K 76FPS 和 HD 104FPS。

此研究项目的团队来自字节跳动。

项目 GitHub
https://github.com/PeterL1n/RobustVideoMatting

项目论文
https://arxiv.org/abs/2108.11515


墙内 Colab

https://openbayes.com/console/open-tutorials/containers/oqv42tbd8ko


模型核心:RNN


RVM 的网络架构包括:

  • 特征提取编码器:提取单帧特征;

  • 循环解码器:综合时间信息;

  • 深度引导滤波(DGF)模块:高分辨率采样。


值得注意的是,模型在内部将高分辨率输入缩小做初步的处理,然后再放大做细分处理。所以建议用户设置 downsample_ratio 使缩小后的分辨率维持在 256 到 512 像素之间。

另外,正因为此模型基于循环神经网络(Recurrent Neural Network),所以必须按顺序处理视频每帧,并提供网络循环记忆。

多框架支持

项目成员非常贴心,模型分别基于 MobileNetV3、ResNet50 实现,还支持了PyTorch、TorchHub、TorchScript、ONNX、TensorFlow、TensorFlow.js、CoreML 等主流框架。

PyTorch 

载入模型
import torchfrom model import MattingNetworkmodel = MattingNetwork(variant='mobilenetv3').eval().cuda() # 或 variant="resnet50"model.load_state_dict(torch.load('rvm_mobilenetv3.pth'))

推断循环(完整实例)

from torch.utils.data import DataLoaderfrom torchvision.transforms import ToTensorfrom inference_utils import VideoReader, VideoWriter
reader = VideoReader('input.mp4', transform=ToTensor())writer = VideoWriter('output.mp4', frame_rate=30)
bgr = torch.tensor([.47, 1, .6]).view(3, 1, 1).cuda() # 绿背景rec = [None] * 4 # 初始记忆
with torch.no_grad(): for src in DataLoader(reader): fgr, pha, *rec = model(src.cuda(), *rec, downsample_ratio=0.25) # 将上一帧的记忆给下一帧 writer.write(fgr * pha + bgr * (1 - pha))

视频转换 API
from inference import convert_video
convert_video( model, # 模型,可以加载到任何设备(cpu 或 cuda) input_source='input.mp4', # 视频文件,或图片序列文件夹 input_resize=(1920, 1080), # [可选项] 缩放视频大小 downsample_ratio=0.25, # [可选项] 下采样比,若 None,自动下采样至 512px output_type='video', # 可选 "video"(视频)或 "png_sequence"(PNG 序列) output_composition='com.mp4', # 若导出视频,提供文件路径。若导出 PNG 序列,提供文件夹路径 output_alpha="pha.mp4", # [可选项] 输出透明度预测 output_foreground="fgr.mp4", # [可选项] 输出前景预测 output_video_mbps=4, # 若导出视频,提供视频码率 seq_chunk=12, # 设置多帧并行计算 num_workers=1, # 只适用于图片序列输入,读取线程 progress=True # 显示进度条

TensorFlow 

范例(Channal Last 格式)

import tensorflow as tf
model = tf.keras.models.load_model('rvm_mobilenetv3_tf')model = tf.function(model)
rec = [ tf.constant(0.) ] * 4 # 初始记忆downsample_ratio = tf.constant(0.25) # 下采样率,根据视频调整
for src in YOUR_VIDEO: # src 张量是 [B, H, W, C] 的形状,而不是 [B, C, H, W]! out = model([src, *rec, downsample_ratio]) fgr, pha, *rec = out['fgr'], out['pha'], out['r1o'], out['r2o'], out['r3o'], out['r4o']

项目 GitHub
https://github.com/PeterL1n/RobustVideoMatting


项目论文
https://arxiv.org/abs/2108.11515


墙内 Colab

https://openbayes.com/console/open-tutorials/containers/oqv42tbd8ko


编辑:于腾凯
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