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基于统计特性的空域误码掩盖

发布时间:2020-01-19     来源:中国视觉网       访问次数:803


   摘 要:在视频通信中,由于信道误码和丢包的影响,使得接收端解码的视频图像质量下降。因此,对于受损图像进行误码掩盖是非常必要的。本文提出了一种基于统计特性的空域误码掩盖方法,根据像素的统计特性模型,由维纳定理来确定内插算法;通过边缘检测对丢失块进行分割,不同分割模式采用不同的掩盖方式。实验证明,本文算法和像素加权平均算法相比,在低丢块率条件下,PSNR有所提高,同时主观视觉效果较好。

   关键字:误码掩盖 统计特性  MAP  MSE

1引 言

   随着多媒体技术的迅猛发展,数字视频信息在各种网络中传输应用日益增加。在各种传输网络中,无线网络和IP网络都属于误码率高的通信环境,当压缩后的图像码流在这些信道中传输时,不可避免地会发生传输差错或分组数据丢失的现象,从而导致解码器重建图像质量的严重下降。为了恢复码流错误或IP包丢失对图像造成的影响,需要在解码器端利用误码掩盖技术来恢复丢失的图像信息,其主要原理是充分利用视频图像在时域和空域上的相关性以及人眼对视频差错较强的容忍程度,达到恢复受损和丢失块数据的目的。空域误码掩盖方法往往利用一个或多个相邻区域信息来估计出错块,并在一定程度改善了图像质量,使人眼在主观上获得相对较好的视觉效果。

   许多学者对于误码掩盖和处理做了大量的研究。文献[1]采用频域误码掩盖,通过估计丢失块的DCT系数来重建丢失块,但对于边缘较明显的图像效果较差。文献[2]提出一种平滑块和边缘块的概念,在变换域中利用凸集投影法(POCS)进行误码掩盖。

本文介绍一种基于像素统计特性的误码掩盖方法。首先根据块的统计特性确定像素的统计特性,由周围块中正确像素来恢复丢失块中的各个像素。如果是光滑的块就用多方向进行估计并线性合并,如果是有边缘的块就先分块再对每一个子块进行掩盖。这样可以防止误码扩散,同时可以保留丢失块的边缘。

2 像素加权平均的误码掩盖算法

   文献[3][4]根据受损块周围正确或已被掩盖的块的像素值,采用加权平均算法,以达到误码掩盖的效果。权值的大小是根据源像素和目标像素间的反距离来确定,估计像素值为:

Pixelvalue=    (1)

   其中是周围相邻块边界像素值即源像素,N是块的宽度或高度,是源像素和目的像素间的距离。现在这种方法已经应用到视频压缩标准如H.264的误码掩盖中,但它对于边缘恢复效果不够理想。

3 基于像素统计特性的误码掩盖

3.1 像素统计特性模型的确定

   这样使得左上角的像素要比右下角的像素重要的多。在实际中,用单一方向恢复像素值有一定的偏差,恢复的效果不理想,且可能存在误码传播,因此考虑用多方向的相邻块来进行恢复。

   为了较好地恢复块的边缘,同时减少运算量,本文把丢失块划分成不同的结构,再通过线性合并得到最终的估计值。

3.3 块的分割

   假设丢失块周围的块是正确接收或已被掩盖过的块,将Sobel算子

3. 模式3掩盖方法

   对于模式3,块0采用内插顺序1 和3分别按照从上而下和从下而上顺序,由式(4)进行内插估计,并将两个估计值进行线性合并,合并系数为0.5;同理,采用内插顺序2和4来内插估计合并来估计块1。

4. 模式4掩盖方法

   对于模式4,块0采用内插顺序1,用式(4)进行内插估计;同理对于块2、块3和块4分别采用内插顺序2、3和4,通过内插估计进行掩盖。

4 实验结果

   本文测试图像采用lena图像,在不同丢块率下对上述两种误码掩盖方法进行比较,结果如表1所示。可以看出,在低丢块率条件下,本文算法的PSNR提高0.1~0.7dB。丢块率高的情况下,像素加权平均算法的PSNR要略高于本文算法,因为丢失的面积较大时,加权平均算法只要找到周围丢失的块就能准确地确定中间块的位置,而本文的算法还需要确定每个丢失块的位置,因此造成了丢失SNR下降。从图4可以看出在光滑的块或变化单一的块两种掩盖方法效果相似,而对于带有边缘的块本文方法的视觉效果较好。从图5、6可以看出,像素加权平均在边缘处具有明显方块效应,如图6中人眼的部分。但对纹理复杂的丢失块掩盖效果像素加权平均算法要比本文算法理想。

5 结 论

   本文介绍一种基于统计特性的空域误码掩盖,根据块和像素的先验知识由维纳定理来确定估计丢失像素的系数,再根据边缘检测对丢失块进行分割,不同分割模式对应不同的掩盖方式。掩盖的PNSR较像素加权平均算法略有提高,主观视觉效果较好。

参 考 文 献

[1]  Jong Wook Park, Jong Won Kim and Sang Uk Lee. DCT Coefficients Recovery-Based Error Concealment Technique and Its Application to the MPEG-2 Bit Stream Error[J].  IEEE Trans on Circuits and Systens for Video Technology, Vol. 7, No. 6, Dec. 1997. 845~854.

[2] Huifang Sun and Wilson Kwok. Concealment of Damaged Block Transform Coded Images Using Projections onto Convex Sets[A].  IEEE Trans on Image and Processing. Vol. 4, No. 4, Apr.1995. 470~477.

[3]  Susanna Aign, Khaled Fazel. Temporal & Spatial Error Concealment  Techniques for Hierarchical MPEG-2 Video Codec[A].   In Proceedings      ICC’95,Scattle ,Jun.1995,1779~1783.      .,          

[4]  Y. K. Wang, M. M. Hannuksela , V. Varsa, A. Hourunranta, and M. Gabouj.The Error Concealment Feature in the H.26L Test Model[A]. In Proc.ICIP, vol. 2,  Sept.2002. 729-732.

[5]  Haiying Wang and Jing Lv, A Novel Error Concealment Scheme for Intra Frames of H.264[A]. IEEE Int. Workshop VLSI Design & Video Tech. Suzhou, China, May28~30,2005.300~303.

[6]  X.Li and M.Orchard. Edge Directed Prediction for Lossless Compression of Natural Images[A].  IEEE Trans. on Image Processing,  Vol.10, No. 6 Jun, 2001. 813~817.

[7] X.Li and M.Orchard. Novel Sequential Error-Concealment Techniques Using Orientation Adaptive Interpolation[A]. IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, Vol.12, No.10, Oct. 2002. 857~864.


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