CN102187672B - 压缩视频中的语法元素的兼容cabac/avc的水印加注 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括以下步骤：取得编码视频数据；取得对于编码视频数据的水印的列表；确定视频数据的当前块的语法元素和具有所述水印的当前块的语法元素；基于当前块的语法元素和具有水印的当前块的语法元素之间的差移除造成可见伪像的水印，由此产生可接受水印的过滤列表。该方法还可以包括：确定当前块的编码变量范围和具有来自所述列表的水印的当前块的编码变量范围；比较当前块的编码变量范围和具有来自所述列表的水印的当前块的编码变量范围；并且滤除产生当前块的编码变量范围之外的编码变量范围的水印。另外，该方法可以包括：确定当前块的比特长度和具有来自所述列表的水印的当前块的比特长度；比较当前块的比特长度和具有来自所述列表的水印的当前块的比特长度；并且滤除产生与当前块的比特长度不相等的比特长度的水印。

Description

压缩视频中的语法元素的兼容CABAC/AVC的水印加注
交叉引用
本专利申请要求于2008年8月19日提交的标题为“CHANGEABLEBLOCK LIST”的、美国临时专利申请NO.61/189,430的权益和优先权。在此通过引用该临时申请的全部内容而明确地并入该临时申请以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于产生可应用于压缩视频流的、可接受水印的列表的方法。
背景技术
当今，强烈需求作为反盗版技术的数字水印加注。为了使得盗版者规避水印更加困难，重要的是提出并使用众多的潜在水印。然而，重要的是水印不干扰目标观众（intended audience）的目标观看体验。同样，存在对于更有效的水印加注技术的需求。同样，本发明的目的在于生成通常与水印加注相关联的可能改变的列表，所述可能改变兼容（compliant）CABAC/AVC（基于上下文的自适应二进制算术编码/高级视频压缩）而不产生可见的伪像。
发明内容
一种产生可接受水印的列表的方法，包括：取得编码数据；取得、生成或者编译对编码数据的改变的列表；移除不满足要求的改变（例如，造成伪像的那些改变），由此产生过滤后的改变的过滤列表；并且向编码数据应用过滤列表中至少一个过滤后的改变。编码数据可以是压缩的视频数据，所述压缩的视频数据可以处于CABAC编码的H.264/AVC视频流中。过滤后的改变可以是可接受水印。该方法可以包括以下步骤：确定对于至少一个参考块的运动矢量差分并且确定至少一个当前块对于至少一个参考块的运动矢量差分。运动矢量差分的比较可以用于对来自列表的改变进行过滤。该方法可以包括以下步骤：确定当前块的语法元素以及对当前块的改变的语法元素；并且将运动矢量差分值设置为至少3个类别：第一类别用于等于零的各值，第二类别用于大于零并且小于最大值的一值或者多值，以及第三类别用于大于第二类别中的值到最大值的一值或多值。另外，该方法可以包括以下步骤：对第二类别中的运动矢量差分值的语法元素应用前缀值；并且对第二类别中的运动矢量差分值的语法元素应用后缀值。此外，该方法可以包括以下步骤：确定当前块的编码变量范围以及对当前块的改变的编码变量范围，其中编码变量范围是对于给定的比特长度可能的值；并且比较所述改变的编码变量范围和当前块的运动矢量差分值；过滤具有不包含当前块的运动矢量差分值的编码变量范围的改变；并且确定当前块的比特长度以及对当前块的改变的比特长度。该方法可以包括以下步骤：对于对当前块的改变，比较当前块的比特长度；并且过滤具有与当前块的比特长度不相等的比特长度的改变，其中可以与基于编码变量确定的过滤结合地进行基于比特长度的改变的过滤。
提供了一种CABAC编码引擎等，其适配于执行包括以下步骤的方法：取得视频数据；取得或者生成对于视频数据的水印或者可能改变的列表；确定视频数据的当前块的语法元素和具有水印的当前块的语法元素；基于当前块的语法元素和具有水印的当前块的语法元素之间的差移除水印，由此产生所接受水印的过滤列表。该引擎等中的移除步骤还可以包括：（1）确定当前块的编码变量范围、以及具有来自所述列表的水印的当前块的编码变量范围；比较当前块的编码变量范围和具有来自所述列表的水印的当前块的编码变量范围；并且滤除产生当前块的编码变量范围之外的编码变量范围的水印；和/或包括（2）确定当前块的比特长度、以及具有来自所述列表的水印的当前块的比特长度；比较当前块的比特长度和具有来自所述列表的水印的当前块的比特长度；并且移除产生与当前块的比特长度不相等的比特长度的水印。可以采用另一移除步骤，其移除在被应用到当前块的情况下不够鲁棒或者造成伪像的可接受改变。
根据本发明一方面，提供了一种对CABAC编码视频数据生成可接受改变的列表的方法，包括：取得CABAC编码视频数据；取得、编译、或者生成对于CABAC编码视频数据的可能改变的列表；确定用于CABAC编码视频数据的当前块的语法元素和具有所述可能改变的当前块的语法元素；以及基于当前块的语法元素和具有所述可能改变的当前块的语法元素之间的差来移除造成可见伪像的可能改变，由此产生可接受改变的过滤列表。
附图说明
现在将参照附图借助示例来描述本发明。
图1是根据本发明的图示有效的可替换mvd尾部后缀（rear-suffix）值的收集和编码的仿真的框图。
图2图示基于编码器的CBC系统架构。
图3图示基于编解码器的框架。
具体实施方式
现在将在CABAC编码的H.264/AVC视频流的背景中大体描述本发明的实施例。然而，实施例可以具有更广泛的应用。
重要的是首先指出CABAC编码的H.264/AVC视频流可以包括编码的运动矢量差分（mvd）。在H.264中，许多块的像素值是这样编码的：首先从之前编码的数据来预测它们的值并且然后编码该预测值和实际值之间的差。一种被称为帧间预测的预测方法从被称为参考帧的不同帧中的类似大小的数据块来预测当前块。通过参考帧的索引、以及指示参考块相对于当前块位置的水平偏移和垂直偏移的一组运动矢量来标识该参考块。
相邻块的运动矢量可能彼此相关。为了利用该相关性，H.264可以对运动矢量应用预测编码。一个块的运动矢量是这样编码的：首先从之前编码的数据来预测所述运动矢量的值并且然后编码该预测运动矢量值和实际运动矢量值之间的差。
该差（被称为运动矢量差分（mvd））是至少一种实施方案的关注点。其还是语法元素的示例。
简单地以二进制码元0表示运动矢量差分值0。将该0与上下文索引一起发送给CABAC写入器（writer）。CABAC写入器将使用该上下文和二进制码元作为输入并且将修改该上下文。需要注意到指示零值mvd的该码元0的编码受到CABAC上下文的影响并且继而影响CABAC上下文。利用符号和量值来表示所有其它的mvd。量值首先被编码，之后是符号被编码。可以利用被称为mvd前缀的单一值来编码具有1和8之间的量值的运动矢量差分。更大的mvd还将需要mvd后缀。如以下所述，这两个值被分开编码。
关于mvd前缀的编码，将被称为mvdm的新值定义作为abs(mvd)-1。对于0和7之间（包括0和7）的mvdm的值，mvdm指示在该前缀中接着的二进制码元1的数量。这些码元1被二进制码元0终止。对于8或者更大的mvdm的值，将8个码元1写入该前缀并且该前缀之后跟随有后缀。在表1中总结了mvd前缀的编码。
表1：mvd前缀的二进制化
Abs(mvd) mvdm mvd前缀
0 - 0
1 0 1 0
2 1 1 10
3 2 1 110
4 3 1 1110
5 4 1 1111 0
6 5 1 11111 0
7 6 1 1111 110
8 7 1 1111 1110
9+ 8+ 1 1111 1111
注意到具有9或者更大量值的mvd将具有全1的前缀，其指示该值还具有要编码的mvd后缀。将mvd前缀中的每个码元与对应的上下文索引一起发送给CABAC写入器。
关于mvd后缀的编码，所有具有9或者更大量值的mvd将需要编码mvd后缀。该后缀将对值mvdm-8进行编码。在解码旁路（DecodeBypass）模式下执行该编码（参见2005/03,ITU-T H.264Standard：Advanced video coding forgeneric audiovisual services,H.264Specification Table9-25）。该模式使用等概率ExGolomb（EpExGolomb）编码。EpExGolomb编码的重要方面在于CABAC写入器不使用上下文。类似地，上下文不受码元的CABAC写入的影响。如在所附的本申请中所讨论的，这暗示可能可以将mvd后缀改变为具有相等长度的另一值而不引入任何CABAC或AVC解码错误。
使用mvd后缀来编码mvd的绝对值超过9的量。这可以被表示为mvdm-8。将该差进行二进制化并且将二进制码元发送给EpExGolomb写入器。
在表2中总结了后缀的二进制化，其中xxx表示mvdm的标准二进制表示。
表2：mvd后缀的二进制化
abs(mvd)范围 mvdm范围 二进制
9-16 0-7 0 xxx
17-32 8-23 10 xxxx
33-64 24-55 110 XXXXX
65-128 56-119 1110 XXXXXX
在表3中总结了mvd量值的整个二进制化处理。
表3：mvd量值的组合的二进制化
abs(mvd) 编码的前缀 编码的后缀
0 0 N/A
1 10 N/A
2 110 N/A
3 1110 N/A
4 11110 N/A
5 111110 N/A
6 1111110 N/A
7 11111110 N/A
8 111111110 N/A
9-16 111111111 OXXX(后缀是4比特)
17-32 111111111 lOXXXX(后缀是6比特)
33-64 111111111 11OXXXXX(后缀是8比特)
65-128 111111111 111OXXXXXX(后缀是10比特)
... ... ...
可能存在一种或者多种用于修改CABAC编码的H.264/AVC视频流的实施方案。至少一个这样的实施方案包含两个步骤：产生改变的列表的分析阶段和应用所述改变的嵌入阶段。分析阶段可以被粗略地描述为跟随有一组列表过滤处理的列表产生处理。主要困难是列表产生处理。该处理的输出是改变的列表，可以进行所述改变中的任一个而不扰乱比特流的AVC/CABAC兼容性。将过滤操作被设计为：移除将引入可见伪像的改变、移除可能难以恢复的改变、以及生成一组遵循诸如有效负荷约束条件之类的其它外部约束条件和其它应用约束条件的改变。同样，实施例针对列表产生处理的实施方案并且使用CABAC算术编码器的部分来标识有效的可替换运动矢量差分尾部后缀（rear-suffixes）。
在包含可替换的MVD收集的一个示例中，在执行该EpExGolomb编码的函数的内部，实现有效的可替换运动矢量差分尾部后缀的标识的全部或者部分。在该情形下所特别关心的是调用该函数以编码mvd后缀值。
对于每个后缀值，搜索其它可能被替代而不干扰CABAC或AVC语法的后缀值。该部分水印加注处理的目的在于生成保留CABAC/AVC兼容性的所有可能改变的列表。稍后通过其它准则对该列表进行过滤。首先，定义作为CBC（可改变的块收集）的用于收集可替换值的处理。术语CBC用于描述标识可替换mvd量值的处理。
从表2和表3中可见，存在全部导致相同二进制化长度的mvd后缀的范围。例如，从17到32的所有mvd量值将具有由16个码元（10个前缀码元和6个后缀码元）组成的二进制化值。对于具有大于8的量值的给定mvd，存在一组将具有相同二进制化长度的其它mvd。该组中这些其它mvd量值中的每一个是用于该给定mvd量值的潜在的可替换值。在此公开的方法检查这些其它mvd中的每一个，一次检查一个，以确定它们作为可替换值的适合性。该确定基于编码变量和编码的比特长度。具体地，所检查的编码变量是“codlLow”和“bitOutstanding”。这可以通过参考2005/03,ITU-T H.264Standard：Advanced video coding for generic audiovisual services的H.264specFigure9-10（2005/03的ITU-T H.264标准：用于一般视听业务的高级视频编码的H.264规范的图9-10）来更好地理解。
在上述示例中，声明了：对于范围17-32中的mvd量值，后缀具有6个码元。但是对于该范围内的整个组而言，前两个码元被固定为10。仅仅最后4个码元可以不同。至少一种实际的实施方案对这两部分进行不同的处理。后缀的固定部分被定义为前部后缀（fore-suffix）而可变部分被定义为尾部后缀（rear-suffix）。对于范围9-16中的8个mvd量值，尾部后缀长度为3个码元。对于范围17-32中的16个mvd量值而言，尾部后缀长度为4个码元，依此类推。
该方法将CABAC写入器视为黑盒。潜在的可替换值作为输入被提供给CABAC写入器，并且可以观察或者考虑编码的比特长度和对编码变量的影响。如果这些与利用原始值获得的那些相同，则接受可替换值作为有效的可替换值并且将其保存到列表。否则，其不是有效的可替换值并且将不被保存。
注意到，尽管按照2005/03,ITU-T H.264Standard：Advanced video codingfor generic audiovisual services,H.264/AVC Specification Figure9-10(2005/03的ITU-T H.264标准：用于一般视听业务的高级视频编码的H.264规范的图9-10，编码变量“bitOutstanding”在旁路编码处理中是可用的，但是其在2005/03,ITU-T H.264Standard：Advanced video coding for generic audiovisual services,H.264/AVC Specification Figure9-5的解码处理中不出现。这在此已经推动了当前方法在CABAC编码器中的实施，在CABAC编码器中可以检查该变量的值。
图1表示对给定的原始值收集所有有效的可替换mvd尾部后缀值的实施例。使用两个分离的CABAC编码引擎。主CABAC编码引擎100用于在尾部后缀值的CABAC编码之前和之后搜集编码变量所需要的值。辅助CABAC编码引擎121用于仿真在使用可替换的尾部后缀值情况下的编码处理。通过比较编码变量的值，可以得出可替换的尾部后缀值是否有效的结论。
一种方法是首先编码真正的尾部后缀，保存编码之前和之后的编码变量，然后仿真所有可替换值的编码并且将它们的预编码和后编码变量状态与所保存的状态进行比较。在至少一个实施例中，发现稍微修改该方法将更为简单。在编码前部后缀之后，执行真正的尾部后缀的编码的仿真，其中在仿真编码之前和之后保存编码变量。执行所有替换值的编码的仿真并且将它们的预编码和后编码的变量状态与所保存的状态进行比较。在这之后，正常地编码真正的尾部后缀。
图1中具体概述的方法是：首先在主CABAC编码引擎100中的块105中编码前部后缀，之后在块110中保存编码尾部后缀之前的编码变量。随后，在主CABAC编码引擎100中的块115中编码原始的尾部后缀，之后在块120中保存编码原始码元值之后的新的状态。然后将在块115中编码尾部后缀之前所保存的编码变量递送给辅助CABAC编码引擎121，以在块130中将编码变量状态设置为等于编码尾部后缀之前的编码变量状态，同时将块125中表示的所有可能的尾部后缀值馈送到块130以在辅助CABAC编码引擎121中循环。接下来，将编码变量状态设置为等于在块135中编码尾部后缀之前的编码变量状态。在这之后，在块140中将来自块120的编码原始码元值之后的新状态与块135中的编码的可替换的尾部后缀值进行比较。如果状态是相同的，则保存可替换的尾部后缀值并且认为其有效。
现在将针对基于编码器的CBC中的可改变块收集（CBC）架构。由于bitOutstanding在CABAC解码器中不可用的事实，仅仅能够在CABAC编码处理中进行收集。图2表示基于编码器的CBC系统架构。如果基带视频图像可用，则将其输入到生成所有有效的可替换语法值的CABAC编码器CBC模块。如果在块205中仅仅压缩的视频数据可用，则使用解码模块在块210中将压缩视频数据解码为块220中的基带图像。然后，H.264/AVC编码器将在块230中编码基带图像并且生成块240中的H.264/AVC压缩比特流，以及一起生成块250中的标识（优选地）所有有效的可替换语法值的数据列表或者语法元素列表。
现在将参照图3讨论基于编解码器的可改变块收集（CBC）。压缩处理是计算上复杂的并且耗时的处理。在专业创作环境中，压缩是高成本的处理。如果已经使用H.264/AVC压缩了视频（在块310中表示），则完全的解码和H.264/AVC再压缩将不是收集可改变块信息的经济的方式。图3示出了基于编解码器的框架。CABAC熵解码块仅仅执行CABAC熵解码处理，这在压缩视频数据的块320中表示。解码的语法值被传递到块330中的CABAC熵编码器，其生成块340中的标识所有有效的可替换语法值的数据列表或者语法元素列表。
在此描述的若干实施方案和特征可以在H.264/MPEG-4AVC(AVC)标准的背景下使用。然而，这些实施方案和特征可以在另一现有标准或者特征标准的背景下使用，或者在不涉及标准的背景下使用。尽管已经描述了本发明的使用的具体示例，但重要的是指出这些特征可以被适配于其它实施方案。
在此描述的使用可以例如以方法或处理、装置、软件程序、数据流或信号来实施。即使仅仅在单一形式的实施方案的背景下讨论（例如，仅作为方法讨论），所讨论的实施方案或特征也可以以其它形式实施（例如，装置或程序）。装置可以以例如适当硬件、软件和固件来实施。该方法可以进一步在例如诸如计算机或其它处理设备之类的装置中实施。另外，该方法可以通过处理设备或其它装置执行指令来实施，并且这样的指令可以存储在诸如CD或其它计算机可读存储设备之类的计算机可读介质上、或者集成电路上。此外，计算机可读介质可以存储由实施方案产生的数据值。
对于本领域技术人员应该显而易见的是，实施方案还可以产生被格式化为承载可以被例如存储或传输的信息的信号。该信息可以包括例如用于执行方法的指令、或由所描述的实施方案之一产生的数据。例如，信号可以被格式化为承载例如已加注水印的流、未加注水印的流、或水印加注信息。
另外，许多使用可以应用于编码器、解码器、处理来自解码器的输出的后处理器、或向编码器提供输入的预处理器的一个或多个中。
重要的是指出：应当移除的可见伪像是在显示视频中人类观看者可以看见或者注意到的改变。这样的伪像可能是令人反感的。此外，被认为可接受的改变可以是以下改变：那些改变引起色彩、亮度、和/或细微特征（诸如背景中一片草叶的方向的改变）中的小到人类观看者不能仅仅通过他们的眼睛观看视频而检测到或注意到的改变。

Claims (5)

1.一种对CABAC编码视频数据生成可接受改变的列表的方法，包括：
取得CABAC编码视频数据；
取得、编译、或者生成对于CABAC编码视频数据的可能改变的列表；
确定用于CABAC编码视频数据的当前块的语法元素和具有所述可能改变的当前块的语法元素；以及
基于当前块的语法元素和具有所述可能改变的当前块的语法元素之间的差来移除造成可见伪像的可能改变，由此产生可接受改变的过滤列表。
2.根据权利要求1的方法，包括：
确定当前块的编码变量范围和具有来自所述可能改变的列表的改变的当前块的编码变量范围；以及
比较当前块的编码变量范围和具有来自所述可能改变的列表的改变的当前块的编码变量范围；以及
滤除产生当前块的编码变量范围之外的编码变量范围的改变。
3.根据权利要求1的方法，包括：
确定当前块的比特长度和具有来自所述可能改变的列表的改变的当前块的比特长度；
比较当前块的比特长度和具有来自所述可能改变的列表的改变的当前块的比特长度；以及
移除产生与所述当前块的比特长度不相等的比特长度的改变。
4.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
确定编码变量，其中所述编码变量包括codlLow和bitOutstanding；以及
将cod1Low和bitOutstanding设置为至少一个所定义的准则，其中从所述可能改变的列表中移除导致不同的cod1Low和bitOutstanding的可能改变。
5.根据权利要求4的方法，其中，
确定用于CABAC编码视频数据的当前块的语法元素包括：CABAC熵解码所述CABAC编码视频数据以获得用于CABAC编码视频数据的当前块的语法元素；以及
所述方法还包括：CABAC熵编码具有所述可接受改变的当前块的语法元素，使得生成标识有效的可替换语法元素的列表。
CN200980141297.0A 2008-08-19 2009-08-17 压缩视频中的语法元素的兼容cabac/avc的水印加注 Active CN102187672B (zh)

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