[发明专利]数字视频信息中元数据的可逆嵌入与提取方法及装置

说明书

本发明公开了一种数字视频信息中元数据的可逆嵌入与提取方法及装置，在对I帧进行元数据的嵌入后，对P帧进行失真补偿，从而降低失真的影响；而对数字视频信息进行元数据提取时，对P帧进行失真补偿移除，使其能够还原为未进行失真补偿的P帧，从而能够在提取元数据的同时，能够精确恢复原始的数字视频信息，达到水印可逆的效果。因此，本发明数字视频信息中元数据的可逆嵌入与提取方法及装置，能够在把元数据嵌入到I帧的基础上，把额外的失真补偿信号添加到其后的P帧中，从而减小了由元数据引起的失真扩散效应，保证了嵌入元数据后整个视频流的视觉质量不会降低。

技术领域

本发明涉及可逆视频水印技术领域，特别是一种数字视频信息中元数据的可逆嵌入与提取方法及装置。

背景技术

航空航天领域中飞行器采集的资料，除了数字图像以外，还有大量的视频信息。由于视频是由多帧图像组成的，所以较单幅图像而言，视频具有更多的嵌入空间，可用于存放更多的元数据，因此，在对视频进行元数据嵌入处理时，都会在压缩视频的每个关键帧中嵌入元数据，即对压缩视频的I帧进行元数据嵌入处理。

但在压缩视频中，以MPEG－4标准为例，除了存在帧内编码的I帧，还存在帧间编码的P帧和B帧。P帧参考之前的I帧或P帧，利用运动向量和与参考帧的残差来重构，并可能成为其它P帧和B帧的参考帧；而B帧则参考前后的I帧或P帧进行重构。因此，当在视频序列中的某帧中引入了失真，由于运动估计和补偿机制的存在，这个失真就可能传播到其后的帧中，甚至可能形成失真累积。而嵌入元数据的过程对嵌元数据视频来说就是一个引入视觉失真的过程，当在I帧中嵌入元数据后，它后面的P帧和B帧都会受到失真的影响，从而影响嵌入元数据后整个视频流的视觉质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种数字视频信息中元数据的可逆嵌入与提取方法及装置，在把元数据嵌入到I帧的基础上，把额外的失真补偿信号添加到其后的P帧中，从而减小由元数据引起的失真扩散效应，保证嵌入元数据后整个视频流的视觉质量不会降低。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

数字视频信息中元数据的可逆嵌入方法，包括以下步骤：

S1、对视频码流的I帧进行元数据嵌入，输出嵌入元数据的I帧码流；

S2、利用I帧重构P帧，对重构后的P帧进行失真补偿，输出经过失真补偿的P帧码流；

S3、利用P帧重构B帧，输出B帧码流。

进一步，步骤S1中对视频码流的I帧进行元数据嵌入，输出嵌入元数据的I帧码流，包括以下步骤：

S11、对视频码流的I帧进行DCT变换；

S12、对经过DCT变换的I帧进行量化，得到I帧DCT量化系数；

S13、把I帧DCT量化系数重构原始的参考帧存R_{orig_I}；

S14、对I帧DCT量化系数进行元数据嵌入，得到I帧水印DCT量化系数，并输出嵌入元数据的I帧码流。

进一步，步骤S2中利用I帧重构P帧，对重构后的P帧进行失真补偿，输出经过失真补偿的P帧码流，包括以下步骤：

S21、把I帧水印DCT量化系数重构带有元数据的参考帧存R_{wm_I}；

S22、利用参考帧存R_{orig_I}对P帧进行运动估计和运动补偿，得到P帧像素残差数据；

S23、对结合P帧像素残差数据的P帧进行DCT变换和量化，得到P帧DCT量化系数；

S24、把P帧DCT量化系数重构原始的参考帧存R_{orig_P}；