空域错误隐藏方法研究.doc

摘要:在不可靠的信道上进行视频通信如何才能得到高质量的视觉效果，即如何将传输中的错误隐藏起来，引起了计算机应用研究人员的兴趣。本文主要对错误隐藏技术进行了概述，了解了空域错误隐藏，并讨论了一种基于最小像素跨度的错误隐藏方法,利用丢失块边界的像素，在无需进行边缘估计的情况下能够有效地恢复出丢失块中可能存在的边缘，并针对这种错误隐藏算法进行了研究和探讨。 关键词：视频；错误隐藏；空域错误隐藏；像素跨度 错误隐藏 1.1错误隐藏的必要性 在有错信道上进行数据传输，传输错误大概可以分成两类:随机位错和擦除错误。随机位错是由于物理信道的噪音引起的。随机位错的主要表现有位倒置、位插入和位删除。随机位错对重构图像的影响程度也依赖于编码方法和信息内容的不同而有所不同，可以从完全忽略随机位错的影响到严重影响解码质量而不得不进行处理这些不同程度的错误。当用定长编码时，随机位错仅仅影响一个码字，引起的损坏效果是可以接受的。但是如果采用变长编码(VLC)，随机位错就会使编码信息失去同步，一个错误将能导致其后的全部数据不能解码，这种情况只有在下一个同步码字出现时才能解除。其实，在许多情况下，即使一个同步码字出现而获得了同步，但由于无法测定与解码信息相符的时空位置而导致被解码的信息依然是没有什么用处的。另一种错误是擦除错误，擦除错误是由于丢失数据包引起的。这种错误在采用像ATM这样进行包交换技术的网络中都可能出现。在VLC中，随机位错也可能导致擦除错误。擦除错误的危害性比随机位错的危害性更大。 无论如何，只要不能保证通信双方之间的物理信道服务质量，数据包就有可能由于网络拥塞而出现丢失和破坏，或者由于物理信道的损坏出现位错的情况。对于上面两种原因而产生的图像质量下降，可以根据实际情况采用相应的办法进行错误隐藏:其中自动重发请求(ARQ)技术是最直接、最有效的方法，但这种方法也是很受限制的。首先，重发技术必将带来时间延迟的问题，因而在实时通信中是不能接受的;第二，重发技术通常用在无拥塞的网络上，如果包丢失是由于网络拥塞引起的，重发只能使信道拥塞的情况更糟，丢失的包更多，重构图像的质量更差;第三，重发在有些情况下是无任何意义的，像移动通信、弱无线电链路等;第四，在播音环境或UDP 作为传输协议时，由于不存在反馈信道，重发也不是一个好的选择。因此设计一个在有错信道视频传输中有效隐藏错误的视频编解码方案是十分重要的。 1.2错误隐藏的概念 错误隐藏指的是如何恢复视频流在传输中出现的错误。所谓“隐藏”，可以看出它只是将错误利用一定的方法掩盖起来，而并非重现出错前的原状。在自然界中，通常图像或视频主要包含的是低频成分，也就是说其相邻像素(在时间域表现为相邻帧的对应像素之间，在空间域表现为位置相邻的像素之间)的过渡是平滑的。几乎所有的错误隐藏方法都是基于图像/视频的这种平滑特性，然后进行空间或时间域的内插的。 错误隐藏主要可以分成两类:时间域错误隐藏和空间域错误隐藏。时间域错误隐藏主要利用视频图像相邻帧之间的冗余度来进行隐藏。在图像序列没有明显运动或者运动程度比较平稳的时候(比如摄像机水平慢慢扫动)效果较好，但当运动比较剧烈、丢失块为前一帧的被遮挡物或场景切换时，时域隐藏难以给出比较满意的效果。此时可以使用空间域错误隐藏方法对错误进行恢复。空间域错误隐藏主要利用单帧图像中的冗余度来对丢失内容进行恢复。空间域错误隐藏的主要原则是:保证丢失块与其邻块之间的平滑性。 空域错误隐藏 在某些情况下，如I帧中的丢失块，图像运动剧烈等，不能使用时域错误隐藏或时域错误隐藏不能取得令人满意的效果，此时可以利用空间错误隐藏技术来进行隐错。空间错误隐藏主要利用单帧图像中的冗余度来对丢失内容进行恢复。空间错误隐藏的主要原则是:保证丢失块与其邻块之间的平滑性。 S.Aign使用双线性内插法对丢失块进行恢复，内插时可以使用边缘上与要恢复像素最近的两个像素或四个像素进行。这种方法在内容平滑，没有明显边缘的地方效果很好，但由于内插法的低通特性，对于纹理复杂或具有明显边缘的块效果很差，边缘模糊现象十分严重。它的优点是简单，运算量小。 基于简单双线性内插容易造成边缘模糊的缺点，Kwok提出了方向性内插的概念。这是由于在一个局部区域中，一般来说纹理都呈现一定的方向性，因此可以根据相邻块的内容来判断丢失块中可能存在的边缘方向，然后沿此方向进行内插。这个方法的一个关键问题就是如何判断丢失块中可能存在的边缘方向。Suh和Ho利用丢失块边缘的点来检测丢失块中是否存在预设的四种方向;Kwok和Sun将边缘方向分成8种，分别为0，22.5，45...157.5，使用sobel梯度算子作用于丢失块的邻块来检测边缘方向。Kung和Kim通过将丢失块周围突变点配对算法来确定边缘方向;Ma通