[发明专利]一种基于直方图平移可逆信息隐藏的视频差错掩盖方法

说明书

本发明公开了一种基于直方图平移可逆信息隐藏的视频差错掩盖方法，通过将宏块的运动矢量嵌入两个宿主宏块，提升解码端成功提取运动矢量的概率。同时，为了降低嵌入两倍数据量对视频质量的影响，采用一种合理的映射方法，充分利用了运动矢量数值分布的特性，大大减小了嵌入的数据量。本发明充分利用了视频序列在时域上的关联性，将运动矢量作为视频的特征信息嵌入到视频帧本身，实现了对丢失宏块的有效恢复。与现有的基于可逆信息隐藏的视频差错掩盖算法相比，既能提升差错掩盖的恢复效果，又能保证更好的嵌入视频质量，算法容易实现，并且相比解码端差错掩盖方法，本方法降低了解码端的算法复杂度，从而更能适应需要保证实时性的视频传输系统。

技术领域

本发明涉及一种基于直方图平移可逆信息隐藏的视频差错掩盖算法，适用于在信道传输发生错误的情况下，通过提取嵌入的视频特征信息，恢复丢失的宏块，保证了解码的视频质量。

背景技术

随着有线网络和无线网络的普及，多媒体技术得到了快速的发展。视频作为一种传输数据的重要载体形式，也得到了很大程度的发展。H.264作为一种更先进的视频编码标准，相对于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对视频序列的高度压缩，导致编码后的码流对传输错误非常敏感，因此，研究针对H.264视频的差错掩盖技术具有重要价值。

在视频差错掩盖方面，国内外学者相继提出许多方案，根据不同的恢复原理可以分为编码端容错编码、交互式差错掩盖、解码端差错掩盖和基于信息隐藏的差错掩盖。编码端容错编码技术采用在编码后的码流中添加冗余信息的方法，从而利用冗余信息恢复视频质量。交互式差错掩盖技术根据编解码端的交互信息以调整编码过程，从而达到降低误码率的效果，较成熟的技术有错误跟踪和消息重传。解码端的差错掩盖技术是利用视频序列的时空特性进行错误恢复的技术，解码端的差错掩盖方案主要有三种，分别是时域差错掩盖、空域差错掩盖和频域差错掩盖。但是，基于解码端的差错掩盖方案将算法复杂度集中在解码端，对于实时性要求高的系统不适用。由于可逆信息隐藏能够恢复原始的载体数据，因此研究基于信息隐藏的视频差错掩盖方案非常有必要。文献“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.)提出了一种基于可逆信息隐藏的视频差错掩盖方案。在编码端，该方案使用了基于直方图平移的可逆信息隐藏方法，将运动矢量嵌入到零值DCT系数中。而解码端主要完成两个工作，一是根据可逆信息隐藏的特性恢复未丢失宏块的量化DCT系数，二是根据提取出的运动矢量找到前向帧中最匹配的宏块来替代丢失宏块。该算法对比基于信息隐藏的视频差错掩盖算法具有更好的恢复效果。但是，该可逆信息隐藏算法会修改所有大于零的量化DCT系数，即对系数进行加一操作，以此为信息的嵌入腾出空间，这就使得大量的数据被修改，最终导致PSNR值的下降以及比特率的提升。文献“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.)提出了一种基于二维可逆信息隐藏的H.264/AVC帧内差错掩盖方案。该方案结合了量化DCT系数的拉普拉斯分布规律，即零量化DCT系数比较多的特性，提出了一种新的二维直方图平移方法。该方案对嵌入算法进行优化，即只需修改一个比特位便可以嵌入2个比特的数据，大大降低了对量化DCT系数的修改量，从而可以将嵌入运动矢量后视频的失真控制在一个很小的范围内。但是，如果一个宏块组中丢失了两个宏块，那么存在不能成功提取运动矢量的可能性，进而影响视频的差错掩盖效果。

发明内容