基于图像分割的实时空间错误隐藏算法

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2024年3月11日发(作者：)

第３７卷　第２３期　

、，０ｌ－３７　Ｎｏ．２３　

计算机工程　

２０１１年ｌ２月　

Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１ｌ　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

・图形图售Ｉ处理・　文章■号ｚ　１０００￣３４２８（２０１１）２３－－０１９５－－－０２　文献标识码ｚ　Ａ　中田分类号ｔ　ＴＰ３９１　

基于图像分割的实时空间错误隐藏算法　

陈捷，王英坤，徐伯庆　

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０００９３）　

摘要：基于模板的空间错误隐藏算法计算复杂度较高。为此，提出一种基于图像分割的实时空间错误隐藏算法。将分割后错误块边界的　

同类纹理作为参考模板，在对应的纹理区域中寻找最佳匹配块，以实现错误隐藏。实验结果表明，与传统算法相比，该算法能获得较好的　

隐藏效果，且计算量较低。　

关悯：空间错误隐藏；图像分割；基于模板的错误隐藏；实时错误隐藏；图像修复　

Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｎｃｅａ

１ｍｅｎｔ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

．

Ｂａｓｅｄ　０ｎ　Ｉｍａｇｅ　Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　

ＣＨＥＮ　Ｊｉｅ，ＷＡＮＧ　Ｙｉｎｇ－ｋｕｎ，ＸＵ　Ｂｏ－ｑｉｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ—ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ｆｏｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｎｄ　ａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９３，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔｌ　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｅｘｅｍｐｌａｒ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｈａｖｅ　ｈｉｇｈ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｓｐａｔｉｌａ　

ｅｒｒｏｒ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒ　ｂｌｏｃｋ　ｉｓ　ｆｉｒｓｔ　ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ　ｂｙ　ｉｔｓ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｎｄ　ｅａｃｈ　ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ　

ｓｕｂ—ｂｌｃｋ　ｏｉｓ　ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ　ｂｙ　ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｈｅ　ｂｅｓｔｔ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｂｌｃｋ　ｏｉｎ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｕｓｅｓ　ｈｉｓ　ｔｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｅａｒｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　

ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｈａｔ，ｔｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｌｇｏｄｔｈｍ　Ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｉｍａｇｅ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｈｉｌｅ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｙ　ｃｏｍｐａｔｒｅｄ　

ｗｉｈｏｔｔｈｅｒｃｌｓｓｉａｃｅｘｅｍｐｌｒ－ｂａａｓｅｄｅｒｒｏｒｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ．　

［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ｓｐａｔｉａｌ　ｅｒｒｏｒ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ；ｉｍａｇｅ　ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｅｘｅｍｐｌｒ－ｂａｓｅｄ　ａｅｒｒｏｒ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｅｒｒｏｒ　ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ；ｉｍａｇｅ　ｉｎｐａｉｎｔｉｎｇ　

ＤＯＩ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１０００－３４２８．２０１１．２３．０６６　

ｌ概述　

在网络传输中，由于块丢失或错误会导致图像质量下降　

和错误传播　通常可采用错误隐藏算法来解决这一问题。典　

型的算法有基于空间域的块匹配算法【Ｊｊ。空间上的错误隐藏　

方法一般针对帧内（Ｉｎｔｒａ）帧，此处简称Ｉ帧，并且使用当前已　

正确接收的数据来隐藏错误，该方法主要有线性插值　Ｊ、基　

于模板州以及数学统计方法等。　

与线性插值的错误隐藏方法相比，基于模板的错误隐藏　

方法虽然有较好的隐藏效果，但由于模板匹配度计算和匹配　

模板搜索会造成较高的算法复杂度，因此并不适用于实时应　

用。基于以上内容，本文提出基于图像分割的实时空间错误　

隐藏算法。　

（ａ）原图像　

■　

（ｂ）分割后的图像　

圈１圈　分篇鳍果　

２基于图像分钢的实时错误童藏算法　

图像纹理间具有连续性和一致性的特点，并且具有相同　

纹理特性的图像，其各部分之间差异很小，而具有不同纹理　

特性的图像之间差异较大，因此对于丢失的图像数据，可以　

在一定范围内的同类纹理区域中，寻找到最佳匹配的图像数　

据，而不必在其他纹理区域中寻找。　

２．２错误块的■藏　

错误块内存在一定的纹理分布，利用错误块边界上的纹　

理来估计错误块的纹理分布。针对每一类纹理，分另Ⅱ在对应　

的纹理区域中寻找与之匹配的部分，以实现错误隐藏。　

创建参考模板的规则如下：　

（１）参考模板的大小是能够包围错误块中一类纹理区域　

的最小矩形。　

（２）属于该类纹理区域的像素设为１，其余在矩形内的像　

素点设为０。　

基金项目：国家“８６３”计划基金资助项目（２００７ＡＡ１　１Ｚ２４７）　

２．１合适的图像范围确定与图像分割　

由于相同纹理特性的图像之间差异很小，过大的图像范　

围虽会获得较好重建图像质量，但也会增加图像分割和搜索　

匹配模板的计算量，因此需要应选择合适的图像范围。　

为找出图像中连通的纹理相似区域，本文采用一种基于　

图论的图像分割算法　Ｊ，该算法具有在纹理变化较少的区域　

中保留细节，而在纹理变化较多区域忽略细节的特点。图１　

是图像分割后的结果。　

作者筒介：陈捷（１９８７一），男，硕士研究生，主研方向：图像处　

理；王英坤，讲师、博士；徐伯庆，副教授、博士　

收稿日期：２０１１—０６—２８　Ｅ・ｍａｉｌ：ｗｙｋｊｕｔ＠１６３．ｃｏｍ　

第３７卷第２３期　吴纯，王文波：白适应块分割的快速ＢＥＭＤ算法研究　１９９　

文算法能在保证计算速度的同时，能较好地改善分解结果的　

Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｈｉｌｂｅｒｔ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｆｏｒ　Ｎｏｎ—　

质量。　

ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　Ｔｉｍｅ　Ｓｅｒｉｅｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１０－１　１－２１）．ｈｔｔｐ：／／ｒｓｐａ．　

表１　Ｌｅｎａ圈像各层ＩＭＦ的ＲＭＳＥ　

ｒｏｙａｌｓｏｃｉｅｔｙＩｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ．ｏｒｇ／ｃｏｎｔｅｎｔ／４５４／１９７１／９０３．ａｂｓｔｒａｃｔ．　

Ｗｕ　Ｚｈａｏｈｏａ，Ｎｏｒｄｅｎ　Ｅ　Ｈ．Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆｔｈｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆＷｈｉｔｅ　

Ｎｏｉｓｅ　Ｕｓｉｎｇ　ｈｔｅ　Ｅｍｐｉｉｒｃａｌ　Ｍｏｄｅ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．　

ｏｆ　Ｒｏｙａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ．【Ｓ．１．］：Ｒｏｙａｌ　Ｓｏｃｉｅ￣【ｙ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２００４．　

Ｎｕｎｅｓ　Ｊ　Ｃ，Ｂｏｕａｏｕｎｅ　Ｄｅｌｅｃｈｅｌｌｅ　Ｅ，ｅｔ　ａ１．Ｉｍａｇｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂｙ　

Ｂｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｅｍｐｉｉｒｃａｌ　Ｍｏｄｅ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ［Ｊ］．Ｉｍａｇｅ　ａｎｄ　

Ｖｉｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００３，２１（１２）：１０１９－１０２６．　．

Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ　Ｄ，Ｓｙｌｖａｉｎ　Ｍ，Ｐｅｒｒｉｅｒ　Ｖ　Ａ　Ｆａｓｔ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ｂｉｄ－　

ｉｍｅｎｓｉｉｏｎａｌ　ＥＭＤ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０ｏ５，１２（１０）：　

７０１．：７０４．　

Ｌｉｕ　Ｚｈｏｎｇｘｕａｎｇ．Ｐｅｎｇ　Ｓｉｌｏｎｇ．．ＥＭＤ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ　ｏｆ血ｅ　Ｄｉｒｅ—　

ｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｅｘｔｕｒｅ　Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｉｎ　

Ｃｈｉｎａ，２００５，３５（２）：１１３・１２３．　

Ｌｉｕ　Ｚｈｏｎｇｘｕａｎｇ，Ｐｅｎｇ　Ｓｉｌｏｎｇ．Ｂｏｕｎｄａｒｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｂｉｄｉ－一　

４结束语　

ｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ＥＭＤ　Ｕｓｉｎｇ　Ｔｅｘｔｕｒｅ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｓｉｇｎａｌ　

径向基函数插值的ＢＥＭＤ算法插值拟合的效果较好，但　

ｒＰｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅＬｔｅｒ，２００５，ｌ２（１）：３３－３６．　

计算速度慢，分块ＢＥＭＤ算法有效的减少计算时间，但合成　

宋立新，高风娇，郗朝晖．二维ＥＮｉＤ分解算法的比较与改进［Ｊ］．　

后各层ＩＭＦ和余项的拼接处不连续失真较严重。为解决上述　

吲　ｍ　

电子与信息学报，２００８．，３０（１２）：２８９０－．２８９３．　

问题，本文提出一种基于分块图像对称相似性方差计算相邻　

Ｋａｒｏｕｄ　Ｍ，Ｓａｂｒｉ　Ｍ，Ａｎｄａｌｏｕｓｓｉ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．．Ｂｌｃｏｋ　Ｉｍａｇｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

图像块重叠尺寸的算法。对各分块结果利用自适应无缝拼接　

Ｕｓｉｎｇ　Ｅｍｐｒｉｃａｌ　Ｍｏｄｅ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＷＳＥＡＳ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　

算法进行合成，实验结果表明，在保证计算速度的同时，该　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，２００６，５（１２）：２９０３・．２９１１．　

算法能有效改善各层ＩＭＦ和余项拼接处的不连续失真，较好　

Ｓａｂｒｉ　Ａ，Ｋａｒｏｕｄ　Ｍ，Ｔａｌｒｉ　Ｈ，ｅｔ　ａｔ．Ｆａｔｓｔ　Ｂｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ　

地修正接缝处的误差。　

Ｍｏｄｅ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｐａｒｔｉｉｔｏｎｉｎｇ［Ｊ］．　

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｅｃｕｒｉｔｌｒｙ，　

参考文献　

２００８，８（１１）：３５７．－３６３．　

【１】ＮｏｒｄｅｎＥＨ，ＳｈｅｎＺｈｅｎｇ，ＳｔｅｖｅｎＲＬ，ｅｔａｔ．ＴｈｅＥｍｐｉｒｉｃａｌＭｏｄｅ　

编辑刘冰　

（上接第１９６页）　

考虑到实时应用如视频会议，要求每秒传输２个Ｉ帧，　

参考文献　

利用本文算法在低丢包率情况下，对Ｉ帧进行错误隐藏是可　

【１】Ｗａｎｇ　Ｙｅｋｕｉ，Ｈａｎｎｕｋｓｅｌａ　Ｍ　Ｍ，Ｖａｒｓａ　ｅｔ　ａｔ．Ｔｈｅ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｎ－－　

行的，且可获得较好图像质量。针对不同的图像丢包率和图　

ｃｅａＩｍｅｎｔ　Ｆｅａｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｈ．２６Ｌ　Ｔｅｓｔ　Ｍｏｄｅｌ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＩＥＥＥ　

像处理范围，应用本文算法进行错误隐藏，则本文算法的错　

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ－【Ｓ．１．】：ＩＥＥＥ　ｒＰｅｓｓ．，　

误隐藏性能如表１所示。　

２ｏ０２．　

表１本文算法昀错误■蠢性簟　

【Ｆ２］Ｋｕｎｇ　Ｗ　Ｋｉｍ　Ｃ　Ｓ，Ｋｕｏ　Ｃ　Ｃ　Ｊ．Ｓｐａｔｉａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｅｒｒｏｒ　

Ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｖｉｄｅｏ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｖｅｒ　Ｎｏｉｓｙ　

Ｃｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｎａｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｆｏｒ　ｉＶｄｅｏ　

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，１６（７）：７８９－８０３．　

【－３】Ｗａｎｇ　Ｙｉｎｇｈａｌ，Ｊｉｎａｇ　Ｘｉｎｇｈｏｎｇ，Ｌｉ　Ｚｈｅｎｇｍｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　

Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｒｏｂｏｔ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｒｅｃｏｇｎｉｉｔｏｎ　ａｎｄ　Ｐｏｓｉｉｔｏｎ—　

ｉｎｇ［Ｃｌ／Ｗｒｏｃ．ｏｆ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　

Ｓｅｎｓｉｎｇ　ｎａｄ　Ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓａｎｙａ，Ｃｈｉｎａ．＂ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，２００８．　

【４】Ｃｒｉｍｉｎｉｓｉ　Ａ，Ｐｅｅｒｚ　Ｔｏｙａｍａ　Ｋ．Ｒｅｇｉｏｎ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　ｎａｄ　Ｏｂｊａｔｃｔ　Ｒｅ—　

ｍｏｖａｌ　ｂｙ　Ｅｘｅｍｐｌａｒ－ｂａｓｅｄ　Ｉｍａｇｅ　ｎＩｐａｉｎｔｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　

ｏｎ　Ｉｍａｇｅ　ｒＰｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００４，ｌ３（９）：１２００—１２１２．　

【５】Ｐｅｄｒｏ　Ｆ　ＤａｎｉｅＩ　Ｐ　Ｈ．Ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　Ｇｒａｐｈ－－ｂａｓｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｓｅｇｍｅｎ—　

ｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ．，２００４，５９（２）：　

１６７—２１５．　

４结束语　

［６】Ｒａｍａｎ　Ａ，Ｂａｂｕ　Ｍ．Ａ　Ｌｏｗ　Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ　Ｓｃｈｅｍｅ　

本文提出基于图像分割的实时空间错误隐藏算法。由于　

ｆｏｒ　ＭＰＥＧ－４　Ｃｏｄｅｄ　Ｖｉｄｅｏ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ【ＥＢ／ＯＬ】．【ｒ２０１０－－１２－２１）．　

ｈｔｔｐ，：／／ｃｉｔｅｓｅｅｒｘ．ｉｓｔ．．ｐｓｕ．ｅｄｕ／ｖｉｅｗｄｏｃ／ｓｕｍｍａｒｙ？ｄｏｉ＝１０．１．１．７．５６６４．　

在错误块周围存在一定纹理特性，因此采用图像分割算法划　

［７】Ｍａｎｉ　Ｒ，Ｓｈｏｈｒｅｈ　Ｋ．Ｓｐａｔｉｌａ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ：Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｅｘ．　

分其周围纹理，并估计内部纹理，从周围纹理区域中使用快　

ｅｍｐｌａｒ－ｂａｓｅｄ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　

速匹配算法得到最佳匹配模板。为应对丢包率更大的情况，　

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００９，３５（４）：５３６－－５４８．　

今后将考虑对该分割算法进行进一步优化。　

编辑刘冰　

本文标签： 错误图像算法隐藏纹理