專利名稱：音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)的嵌入與提取技術(shù)，尤其涉及用于音視頻信號(hào)同步編解碼的音頻嵌入視 頻及其提取技術(shù)。
技術(shù)背景目前，信號(hào)的嵌入與提取技術(shù)主要應(yīng)用于信息安全中的水印處理。水印處理中需要將水 印信息嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中。在視頻水印技術(shù)中，目前的幾種視頻水印嵌入與提取技術(shù)如下應(yīng)用直接序列擴(kuò)展頻譜模型的視頻水印方案 一段視頻是由一些幀組成的，而每一幀可 以看作是由數(shù)個(gè)比特面(bit planes)組成的，這樣，這段視頻就可以看作是在時(shí)間軸上的 以比特面為單位的一維序列。 一個(gè){0， 1} yzr序列作用于這個(gè)一維序列，大部分比特面保持不 變，而有少數(shù)比特面的更改并不能影響視覺效果，這些位置就可用來嵌入水印。在運(yùn)動(dòng)矢量中嵌入水印，將水印嵌入在幅度值大且相角變化小的運(yùn)動(dòng)矢量中。在MPEG壓 縮算法中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)技術(shù)用于減少幀間的時(shí)間冗余度，只有預(yù)測(cè)到有誤差的圖像才被編 碼。在MPEG視頻序列中，大部分的幀是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼幀，所以，在運(yùn)動(dòng)矢量中隱藏水印 信息可以更有效的利用視頻比特流中的信息。可以通過微量修改運(yùn)動(dòng)矢量中的數(shù)據(jù)序列來隱 藏水印信息，可使水印檢測(cè)非常容易。在MPEG-1和MPEG-2壓縮視頻流中嵌入可視水印的方案Arena等人提出了將水印直接 嵌入在MPEG-2比特流域中，從而避免了將水印嵌入在像素域中所必需的將視頻碼流解碼與再 編碼的繁重的運(yùn)算。在此方案中水印只嵌入在視頻中的I幀，不修改P幀和B幀，這是基于 減小算法復(fù)雜度和對(duì)幀跳躍與幀刪除魯棒性的考慮(因?yàn)镮幀不可以被跳躍或刪除)。為了 更容易的依據(jù)MPEG-2語法結(jié)構(gòu)來處理，方案選擇宏塊而不是像素作為比特流的操作單位，將 水印信息的每一個(gè)比特位擴(kuò)展到一定數(shù)量的宏塊中。在DCT域嵌入水印的方案許多學(xué)者考慮與MPEG等標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，提出了在離散余弦變 換后的系數(shù)上嵌入水印信息的技術(shù)。考慮人眼視覺特性，通過對(duì)特定位置系數(shù)進(jìn)行修改以實(shí) 現(xiàn)水印的嵌入。例如， 一種在DCT域嵌入水印的方案為(1)將原視頻流r的每一幀I從RGB 色彩表示轉(zhuǎn)換為YUV色彩模式，對(duì)Y分量進(jìn)行DCT變換得到系數(shù)FHf,，f2，…f^)，其中 丄e"=他/g/^ *附cj狄，附^/ 為原圖像的寬度，份&似為原圖像的高度。為了便于算法描述， 我們?nèi)　篧A和/^/g似相等，并等于2"， n為自然數(shù)；(2)將變換系數(shù)F用Zig-Zag掃描進(jìn)行 重新排序，設(shè)重排后的DCT系數(shù)為F'; (3)因F'可以近似看成按頻率由低到高排列的,為了 達(dá)到水印魯棒性和透明性的平衡，我們跳過前L個(gè)DCT系數(shù)，從L+1個(gè)系數(shù)開始按公式①加 入水印<formula>formula see original document page 4</formula> ① 其中a為水印強(qiáng)度參數(shù)，X是滿足N(0,1)分布的，由P,K計(jì)算出來的密鑰產(chǎn)生的實(shí)數(shù)偽隨機(jī) 序列。在"一定的情況下，為了提高水印的魯棒性，我們對(duì)按①式中加入的水印信息量的大 小進(jìn)行了限定，即a卞'[/]卜X[/pT ② 其中T為一個(gè)給定的閾值，既如果當(dāng)前處理的DCT系數(shù)F'[/]和水印序列中X[/]值滿足②式， 則進(jìn)行水印嵌入；否則，當(dāng)前DCT系數(shù)F'[/]和X[/]都不處理，跳到下一個(gè)。如此重復(fù)，一 直到長(zhǎng)度為M的水印序列全部嵌入到DCT系數(shù)中為止；(4)對(duì)嵌入水印后的DCT系數(shù)進(jìn)行 逆Zig-Zag排列；(5)對(duì)經(jīng)過逆Zig-Zag排列的DCT系數(shù)進(jìn)行逆DCT變換，得到嵌入水印后 的Y分量；最后將此幀從YUV色彩模式變換回RGB模式，得到加入水印后視頻幀/'; (6) 對(duì)此視頻流中的每一幀都進(jìn)行以上加水印操作，得到加入水印后的視頻流F'。在本申請(qǐng)人的在先專利"嵌入式音視頻混合信號(hào)同步編碼技術(shù)"(申請(qǐng)?zhí)?004100788730)中，是將帶有糾錯(cuò)碼的未壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)嵌入視頻編碼系統(tǒng)四維系數(shù)矩陣中相應(yīng)系數(shù)的 倒數(shù)第4位或第3位。該方法嵌入的是未經(jīng)壓縮編碼的數(shù)字音頻信號(hào)，因此需要嵌入的音頻 比特?cái)?shù)量很大，這就不可避免地使接收視頻的質(zhì)量下降很多。在本申請(qǐng)人的在先專利"音視頻信號(hào)同步方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610017021.X)中，是將 壓縮后的音頻編碼比特流按位嵌入MPEG-2或AVS視頻編碼系統(tǒng)中經(jīng)過量化后的系數(shù)塊內(nèi)具 有最小距離的兩個(gè)中頻系數(shù)，所選定的中頻系數(shù)位置對(duì)不同的系數(shù)塊固定不變，然而對(duì)不同 的系數(shù)塊，其非零系數(shù)值的分布差異較大，因此嵌入的音頻比特對(duì)音視頻同步編碼后的碼流 增加較多，對(duì)恢復(fù)視頻質(zhì)量的影響也較大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法， 該嵌入方法將充分考慮不同編碼塊非零系數(shù)分布不同的特點(diǎn)，在保證音頻編碼比特可以被無 誤碼地提取的基礎(chǔ)上，使嵌入的音頻比特對(duì)視頻的影響更小。音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法，包括音頻自適應(yīng)嵌入視頻方 法和音頻自適應(yīng)嵌入視頻后解碼器中音頻信號(hào)的提取方法。1.音頻自適應(yīng)嵌入視頻包括以下步驟(1) 通過zig-zag掃描當(dāng)前編碼塊經(jīng)過變換和量化后的數(shù)據(jù)，査找最后一個(gè)非零點(diǎn)的位 置，從塊的右下角開始到接近左上角的點(diǎn)(2， 0)，即從后向前進(jìn)行zig-zag掃描，直至遇到第 一個(gè)非零點(diǎn)時(shí)停止掃描，將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定義為B點(diǎn)，若直到 最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停止掃描，則直接將點(diǎn)(2， 0)定位為C點(diǎn)。(2) 若待嵌入的音頻編碼比特為1，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值；如果B點(diǎn) 是偶數(shù)，則使B:B+1;若待嵌入的音頻編碼比特為0，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則使B:B+1，如果 B點(diǎn)是偶數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值。2.音頻自適應(yīng)嵌入視頻后解碼器中音頻信號(hào)的提取方法包括以下步驟(1) 通過zig-zag掃描當(dāng)前解碼塊在反量化之前的數(shù)據(jù)，査找最后一個(gè)非零點(diǎn)的位置， 并將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定義為B點(diǎn)；如果直至最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停 止掃描，則直接將點(diǎn)(2， O)定位為C點(diǎn)。(2) 如果B點(diǎn)為奇數(shù)，則提取的音頻比特為l;如果B點(diǎn)為偶數(shù)，則提取的音頻比特為0。本發(fā)明音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法具有以下優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明中，將壓縮編碼后的音頻信號(hào)嵌入視頻，采用自適應(yīng)的嵌入方法，根據(jù)MPEG-2 或AVS視頻編碼系統(tǒng)中經(jīng)過量化后的系數(shù)塊的非零系分布數(shù)值不同，進(jìn)行自適應(yīng)的音頻比特 嵌入，從而使嵌入的音頻比特對(duì)音視頻同步編碼后的碼流大小影響減小，同時(shí)減小了對(duì)恢復(fù) 視頻質(zhì)量的影響。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的核心內(nèi)容是用于音視頻信號(hào)同步編解碼的音頻嵌入視頻及其提取方法。為了嵌 入較多的比特?cái)?shù)，同時(shí)盡量使對(duì)視頻的影響達(dá)到最小，本發(fā)明以將音頻編碼比特嵌入每個(gè)亮 度幀8X8子塊的方法為例說明如下1. 音頻自適應(yīng)嵌入視頻的方法包括以下步驟(1) .通過zig-zag掃描當(dāng)前編碼塊亮度幀8X8子塊經(jīng)過變換和量化后的系數(shù)，查找最后 一個(gè)非零點(diǎn)系數(shù)的位置，從塊的右下角開始到接近左上角的點(diǎn)(2， 0)，即從后向前進(jìn)行zig-zag 掃描，直至遇到第一個(gè)非零點(diǎn)時(shí)停止掃描，將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定 義為B點(diǎn)，如果直到最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停止掃描，則直接將點(diǎn)(2， 0)定位為C點(diǎn)。(2) 若待嵌入的音頻編碼比特為l，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值；如果B點(diǎn)是 偶數(shù)，則使B-B+1;若待嵌入的音頻編碼比特為0，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則使B-B+1，如果B 點(diǎn)是偶數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值；2. 音頻自適應(yīng)嵌入視頻后解碼器中音頻信號(hào)的提取方法包括以下步驟(1) 通過zig-zag掃描當(dāng)前解碼塊在反量化之前的數(shù)據(jù)，査找最后一個(gè)非零點(diǎn)的位置， 并將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定義為B點(diǎn)；如果直至最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停 止掃描，則直接將點(diǎn)(2， O)定位為C點(diǎn)。(2) 如果B點(diǎn)為奇數(shù)，則提取的音頻比特為l;如果B點(diǎn)為偶數(shù)，則提取的音頻比特為
權(quán)利要求
1.音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法，包括音頻自適應(yīng)嵌入視頻方法和音頻自適應(yīng)嵌入視頻后解碼器中音頻信號(hào)的提取方法，其特征在于(1)音頻自適應(yīng)嵌入視頻方法包括以下步驟(i)通過zig-zag掃描當(dāng)前編碼塊經(jīng)過變換和量化后的數(shù)據(jù)，查找最后一個(gè)非零點(diǎn)的位置，從塊的右下角開始到接近左上角的點(diǎn)(2，0)，即從后向前進(jìn)行zig-zag掃描，直至遇到第一個(gè)非零點(diǎn)時(shí)停止掃描，將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定義為B點(diǎn)，若直到最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停止掃描，則直接將點(diǎn)(2，0)定位為C點(diǎn)。(ii)若待嵌入的音頻編碼比特為1，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值；如果B點(diǎn)是偶數(shù)，則使B＝B+1；若待嵌入的音頻編碼比特為0，如果B點(diǎn)是奇數(shù)，則使B＝B+1，如果B點(diǎn)是偶數(shù)，則不改動(dòng)B點(diǎn)的值。(2)音頻自適應(yīng)嵌入視頻后解碼器中音頻信號(hào)的提取方法包括以下步驟(i)通過zig-zag掃描當(dāng)前解碼塊在反量化之前的數(shù)據(jù)，查找最后一個(gè)非零點(diǎn)的位置，并將此位置定義為C點(diǎn)，同時(shí)將C點(diǎn)之前的一點(diǎn)定義為B點(diǎn)；如果直至最后一個(gè)點(diǎn)時(shí)還未停止掃描，則直接將點(diǎn)(2，0)定位為C點(diǎn)。(ii)如果B點(diǎn)為奇數(shù)，則提取的音頻比特為1；如果B點(diǎn)為偶數(shù)，則提取的音頻比特為0。
全文摘要
音視頻信號(hào)同步編解碼用音頻自適應(yīng)嵌入視頻及提取方法涉及信號(hào)的嵌入與提取技術(shù)，其嵌入過程為首先通過zig-zag掃描當(dāng)前編碼塊經(jīng)過變換和量化之后的系數(shù)，查找最后一個(gè)非零系數(shù)的位置，從塊的右下角開始到接近左上角的點(diǎn)(2，0)，直至遇到第一個(gè)非零系數(shù)時(shí)停止掃描，并將該點(diǎn)設(shè)為C點(diǎn)，然后將待嵌入的音頻編碼比特嵌入C點(diǎn)之前的一點(diǎn)B；提取時(shí)，根據(jù)B點(diǎn)的系數(shù)值確定嵌入的音頻編碼比特。該嵌入方法充分考慮了不同編碼塊非零系數(shù)分布不同的特點(diǎn)，進(jìn)行自適應(yīng)的音頻比特嵌入，從而使嵌入的音頻比特對(duì)音視頻同步編碼后的碼流大小影響減小，同時(shí)減小了對(duì)恢復(fù)視頻質(zhì)量的影響。
文檔編號(hào)H04N7/52GK101217670SQ200810050248
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者桑愛軍, 巖 趙, 陳賀新 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)