基于MATLAB的視頻馬賽克檢測(cè)算法

黃東平張振榮1

（1.廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西廣播電視技術(shù)中心南寧二四三臺(tái)，廣西 崇左 532200）

基于MATLAB的視頻馬賽克檢測(cè)算法

黃東平1,2張振榮1

（1.廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西廣播電視技術(shù)中心南寧二四三臺(tái)，廣西 崇左 532200）

馬賽克是多年來困擾廣電工作者的問題，目前我國(guó)大多數(shù)無線覆蓋臺(tái)站仍沿用人工監(jiān)看的方法來監(jiān)測(cè)電視視頻的馬賽克現(xiàn)象，這一做法顯然已不能滿足愈來愈高的安全播出要求。文章提出一種基于MATLAB的視頻馬賽克檢測(cè)算法，在對(duì)視頻圖像進(jìn)行canny邊緣檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過模板匹配來實(shí)現(xiàn)馬賽克檢測(cè)，仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了本算法的有效性和實(shí)時(shí)性。

馬賽克檢測(cè)；canny邊緣檢測(cè)；模板匹配

1 引言

視頻馬賽克現(xiàn)象是廣電工作者十分頭疼的問題，它是電視信號(hào)在傳輸過程中由于網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量差、衰減或者受到干擾而產(chǎn)生的視頻缺陷，既影響受眾觀看電視節(jié)目，也對(duì)廣播電視的安全播出工作造成極大影響。目前我國(guó)大多數(shù)無線覆蓋臺(tái)站仍沿用人工方法來監(jiān)測(cè)和處理電視視頻信號(hào)出現(xiàn)的馬賽克缺陷，隨著我國(guó)廣電事業(yè)的發(fā)展，廣播電視節(jié)目將不斷增多，未來地面數(shù)字電視也將逐步走進(jìn)人們的生活，這無疑對(duì)安全播出工作提出了更高的要求，因此，研究和實(shí)現(xiàn)一套行之有效的視頻馬賽克檢測(cè)方法勢(shì)在必行。

計(jì)算機(jī)自誕生以來，通過計(jì)算機(jī)仿真來模仿人類視覺處理問題便成為一個(gè)熱門而極具挑戰(zhàn)的研究領(lǐng)域。MATLAB經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種功能強(qiáng)大、運(yùn)算效率極高的數(shù)值計(jì)算軟件，普遍運(yùn)用在數(shù)值分析、數(shù)學(xué)建模、生物醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)金融、信號(hào)處理、圖像處理等領(lǐng)域。本文提出一種基于MATLAB的視頻馬賽克檢測(cè)算法，基本思路是先對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，再通過模板匹配來實(shí)現(xiàn)對(duì)馬賽克的檢測(cè)。

2 馬賽克圖像的特點(diǎn)

當(dāng)節(jié)目信號(hào)出現(xiàn)馬賽克時(shí)，電視伴音常常伴有“呲呲”或“咔咔”的音頻失真，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)視頻失真而音頻正常的現(xiàn)象，就馬賽克視頻圖像而言，常具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）馬賽克呈塊狀分布，大小不一，分布不均勻；

（2）馬賽克塊內(nèi)一般色彩、灰度相似或相同，塊與塊之間、塊內(nèi)與塊外存在色差。

圖1 電視視頻的馬賽克圖像

圖 1是從實(shí)際播出的電視視頻截取的一個(gè)馬賽克圖像，可以看出，該圖像馬賽克塊內(nèi)并不完全表現(xiàn)為灰度、色彩相似或相同，但馬賽克塊內(nèi)與塊外存在明顯的色差。

3 馬賽克檢測(cè)算法

目前的馬賽克檢測(cè)算法主要有基于邊緣檢測(cè)的算法和基于區(qū)域分析的檢測(cè)算法，基于區(qū)域分析的檢測(cè)算法通常采用區(qū)域增長(zhǎng)的方式，在圖像中設(shè)定一個(gè)點(diǎn)，逐步遍歷其周圍的像素，看是否能以矩形的方式擴(kuò)張，直到無法擴(kuò)張時(shí)，判斷該矩形是否符合擬定的馬賽克標(biāo)準(zhǔn)。該算法的難點(diǎn)在于如何設(shè)定合適的區(qū)域增長(zhǎng)點(diǎn)。本文采用的是基于邊緣檢測(cè)的算法，其步驟如下：

（1）首先將視頻圖像進(jìn)行灰度處理，將彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像，再采用自動(dòng)閾值的 canny邊緣檢測(cè)算子，計(jì)算圖像灰度沿著兩個(gè)方向的導(dǎo)數(shù)Gx，Gy，由此得出梯度的方向θ。遍歷圖像，若某個(gè)像素的灰度值與梯度方向上前后兩個(gè)像素的灰度值相比不是最大的，則將其像素值設(shè)為0，即不是邊緣。對(duì)圖1進(jìn)行canny邊緣檢測(cè)，得到的結(jié)果如圖2所示。

圖2 馬賽克圖像邊緣檢測(cè)結(jié)果

（2）定義馬賽克模板。仔細(xì)觀察圖1和圖2不難發(fā)現(xiàn)，在包含馬賽克塊的區(qū)域，其灰度圖像的邊緣呈現(xiàn)出完整或者不完整的矩形形狀，利用這一特點(diǎn)，筆者可以定義一些模板，通過模板匹配來實(shí)現(xiàn)馬賽克塊的檢測(cè)。由于馬賽克塊大小、形狀不完全相同，因此不能采用單一的模板來進(jìn)行檢測(cè)。本文采用的模板如圖3所示。

圖3 馬賽克模板

（3）模板匹配。首先，將第一個(gè)模板左上角與經(jīng)過邊緣檢測(cè)的待檢測(cè)圖像左上角重合，將與模板同樣尺寸的邊緣圖區(qū)域和模板相對(duì)比，計(jì)算他們的相關(guān)系數(shù)，然后向右向下平移模板，繼續(xù)計(jì)算相關(guān)系數(shù)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)，認(rèn)為該圖像為馬賽克圖像，不再進(jìn)行下一模板匹配，否則將邊緣圖像與第二模板進(jìn)行匹配，依次類推，最終確定該圖像是否為馬賽克圖像。當(dāng)檢測(cè)到馬賽克圖像時(shí)，記錄發(fā)生的時(shí)間并作出信息提示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用MATLAB 2011a實(shí)現(xiàn)上述算法，分別對(duì)兩組不同分辨率和幀率的視頻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一組分辨率480×272，幀率24,；一組600×480，幀率25，兩組視頻均在不同時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)馬賽克，其中一組實(shí)驗(yàn)視頻截圖如圖4所示，圖5為該視頻的馬賽克檢測(cè)結(jié)果。兩組實(shí)驗(yàn)均檢測(cè)到了視頻中的馬賽克現(xiàn)象，并及時(shí)在信息欄反饋檢測(cè)信息，驗(yàn)證了本算法的可行性和較好的實(shí)時(shí)性。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，視頻清晰度的高低會(huì)影響檢測(cè)效率，清晰度愈高，檢測(cè)需要的時(shí)間愈長(zhǎng)。

圖4 分辨率600×480視頻檢測(cè)截圖

圖5 檢測(cè)結(jié)果信息顯示

5 總結(jié)

本文提出了一種基于MATLAB的視頻馬賽克檢測(cè)算法，在對(duì)視頻圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過模板匹配來實(shí)現(xiàn)馬賽克的檢測(cè)，算法具有較好的實(shí)時(shí)性。通過 MATLAB gui仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的及時(shí)反饋，為將來的實(shí)際應(yīng)用奠定了仿真基礎(chǔ)。這一算法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用后，將改變以往人工監(jiān)測(cè)視頻馬賽克的做法，緩解廣播電視無線覆蓋臺(tái)站工作人員的壓力，進(jìn)一步做好廣播電視的安全播出工作。

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Video mosaic detection based on MATLAB

Mosaic has been a problem that plaguing radio and TV workers for years, so far, most wireless cover stations of our country still using people to monitor the phenomenon of video mosaic, this method has been not content with higher and higher requirement of safety broadcasting. This paper presents a video mosaic detection algorithm based on MATLAB, base on using the canny edge detection detect the edge of video image, through template matching to realize the video mosaic detection, the results of simulated experiment verify the effectiveness and timeliness of the proposed algorithm.

Mosaic detection; canny edge detection; template matching

TP391.4

A

1008-1151(2016)07-0029-02

2016-06-10

黃東平（1985－），女，廣西南寧人，廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院在職研究生，廣西廣播電視技術(shù)中心南寧二四三臺(tái)值班員，從事廣播電視無線傳輸工作。