[發(fā)明專利]一種基于直方圖平移可逆信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910394556.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110113605A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏霞;田錕;何沛松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/122
• 分類號(hào): H04N19/122;H04N19/124;H04N19/139;H04N19/154;H04N19/176;H04N19/467;H04N19/65
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 張澎

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于直方圖平移可逆信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋方法，通過(guò)將宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量嵌入兩個(gè)宿主宏塊，提升解碼端成功提取運(yùn)動(dòng)矢量的概率。同時(shí)，為了降低嵌入兩倍數(shù)據(jù)量對(duì)視頻質(zhì)量的影響，采用一種合理的映射方法，充分利用了運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)值分布的特性，大大減小了嵌入的數(shù)據(jù)量。本發(fā)明充分利用了視頻序列在時(shí)域上的關(guān)聯(lián)性，將運(yùn)動(dòng)矢量作為視頻的特征信息嵌入到視頻幀本身，實(shí)現(xiàn)了對(duì)丟失宏塊的有效恢復(fù)。與現(xiàn)有的基于可逆信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋算法相比，既能提升差錯(cuò)掩蓋的恢復(fù)效果，又能保證更好的嵌入視頻質(zhì)量，算法容易實(shí)現(xiàn)，并且相比解碼端差錯(cuò)掩蓋方法，本方法降低了解碼端的算法復(fù)雜度，從而更能適應(yīng)需要保證實(shí)時(shí)性的視頻傳輸系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于直方圖平移可逆信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋算法，適用于在信道傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的情況下，通過(guò)提取嵌入的視頻特征信息，恢復(fù)丟失的宏塊，保證了解碼的視頻質(zhì)量。

背景技術(shù)

隨著有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普及，多媒體技術(shù)得到了快速的發(fā)展。視頻作為一種傳輸數(shù)據(jù)的重要載體形式，也得到了很大程度的發(fā)展。H.264作為一種更先進(jìn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于MPEG-2、MPEG-4和H.263具有更好的峰值信噪比和比特率。然而，由于H.264對(duì)視頻序列的高度壓縮，導(dǎo)致編碼后的碼流對(duì)傳輸錯(cuò)誤非常敏感，因此，研究針對(duì)H.264視頻的差錯(cuò)掩蓋技術(shù)具有重要價(jià)值。

在視頻差錯(cuò)掩蓋方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出許多方案，根據(jù)不同的恢復(fù)原理可以分為編碼端容錯(cuò)編碼、交互式差錯(cuò)掩蓋、解碼端差錯(cuò)掩蓋和基于信息隱藏的差錯(cuò)掩蓋。編碼端容錯(cuò)編碼技術(shù)采用在編碼后的碼流中添加冗余信息的方法，從而利用冗余信息恢復(fù)視頻質(zhì)量。交互式差錯(cuò)掩蓋技術(shù)根據(jù)編解碼端的交互信息以調(diào)整編碼過(guò)程，從而達(dá)到降低誤碼率的效果，較成熟的技術(shù)有錯(cuò)誤跟蹤和消息重傳。解碼端的差錯(cuò)掩蓋技術(shù)是利用視頻序列的時(shí)空特性進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)的技術(shù)，解碼端的差錯(cuò)掩蓋方案主要有三種，分別是時(shí)域差錯(cuò)掩蓋、空域差錯(cuò)掩蓋和頻域差錯(cuò)掩蓋。但是，基于解碼端的差錯(cuò)掩蓋方案將算法復(fù)雜度集中在解碼端，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)不適用。由于可逆信息隱藏能夠恢復(fù)原始的載體數(shù)據(jù)，因此研究基于信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋方案非常有必要。文獻(xiàn)“Reversible data hidingbased approach for intra-frame error concealment in H.264/AVC”(K.L.Chung,Y.H.Huang,P.C.Chang,H.-Y.M.Liao,IEEE Trans.Circuits Syst.Video Technol.20(11)(2010)1643–1647.)提出了一種基于可逆信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋方案。在編碼端，該方案使用了基于直方圖平移的可逆信息隱藏方法，將運(yùn)動(dòng)矢量嵌入到零值DCT系數(shù)中。而解碼端主要完成兩個(gè)工作，一是根據(jù)可逆信息隱藏的特性恢復(fù)未丟失宏塊的量化DCT系數(shù)，二是根據(jù)提取出的運(yùn)動(dòng)矢量找到前向幀中最匹配的宏塊來(lái)替代丟失宏塊。該算法對(duì)比基于信息隱藏的視頻差錯(cuò)掩蓋算法具有更好的恢復(fù)效果。但是，該可逆信息隱藏算法會(huì)修改所有大于零的量化DCT系數(shù)，即對(duì)系數(shù)進(jìn)行加一操作，以此為信息的嵌入騰出空間，這就使得大量的數(shù)據(jù)被修改，最終導(dǎo)致PSNR值的下降以及比特率的提升。文獻(xiàn)“Two-dimensionalreversible data hiding-based approach for intra-frame error concealment inH.264/AVC.”(Xu D,Wang R,Signal processing:image communication,2016,47:369-379.)提出了一種基于二維可逆信息隱藏的H.264/AVC幀內(nèi)差錯(cuò)掩蓋方案。該方案結(jié)合了量化DCT系數(shù)的拉普拉斯分布規(guī)律，即零量化DCT系數(shù)比較多的特性，提出了一種新的二維直方圖平移方法。該方案對(duì)嵌入算法進(jìn)行優(yōu)化，即只需修改一個(gè)比特位便可以嵌入2個(gè)比特的數(shù)據(jù)，大大降低了對(duì)量化DCT系數(shù)的修改量，從而可以將嵌入運(yùn)動(dòng)矢量后視頻的失真控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。但是，如果一個(gè)宏塊組中丟失了兩個(gè)宏塊，那么存在不能成功提取運(yùn)動(dòng)矢量的可能性，進(jìn)而影響視頻的差錯(cuò)掩蓋效果。

發(fā)明內(nèi)容