基于MATLAB的視頻馬賽克檢測算法

黃東平張振榮1

（1.廣西大學計算機與電子信息學院，廣西 南寧 530004；2.廣西廣播電視技術中心南寧二四三臺，廣西 崇左 532200）

基于MATLAB的視頻馬賽克檢測算法

黃東平1,2張振榮1

（1.廣西大學計算機與電子信息學院，廣西 南寧 530004；2.廣西廣播電視技術中心南寧二四三臺，廣西 崇左 532200）

馬賽克是多年來困擾廣電工作者的問題，目前我國大多數無線覆蓋臺站仍沿用人工監看的方法來監測電視視頻的馬賽克現象，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的視頻馬賽克檢測算法，在對視頻圖像進行canny邊緣檢測的基礎上，通過模板匹配來實現馬賽克檢測，仿真實驗的結果驗證了本算法的有效性和實時性。

馬賽克檢測；canny邊緣檢測；模板匹配

1 引言

視頻馬賽克現象是廣電工作者十分頭疼的問題，它是電視信號在傳輸過程中由于網絡傳輸質量差、衰減或者受到干擾而產生的視頻缺陷，既影響受眾觀看電視節目，也對廣播電視的安全播出工作造成極大影響。目前我國大多數無線覆蓋臺站仍沿用人工方法來監測和處理電視視頻信號出現的馬賽克缺陷，隨著我國廣電事業的發展，廣播電視節目將不斷增多，未來地面數字電視也將逐步走進人們的生活，這無疑對安全播出工作提出了更高的要求，因此，研究和實現一套行之有效的視頻馬賽克檢測方法勢在必行。

計算機自誕生以來，通過計算機仿真來模仿人類視覺處理問題便成為一個熱門而極具挑戰的研究領域。MATLAB經過多年的發展，已經成為一種功能強大、運算效率極高的數值計算軟件，普遍運用在數值分析、數學建模、生物醫學、經濟金融、信號處理、圖像處理等領域。本文提出一種基于MATLAB的視頻馬賽克檢測算法，基本思路是先對圖像進行邊緣檢測，再通過模板匹配來實現對馬賽克的檢測。

2 馬賽克圖像的特點

當節目信號出現馬賽克時，電視伴音常常伴有“呲呲”或“咔咔”的音頻失真，有時也會出現視頻失真而音頻正常的現象，就馬賽克視頻圖像而言，常具有以下兩個特點：

（1）馬賽克呈塊狀分布，大小不一，分布不均勻；

（2）馬賽克塊內一般色彩、灰度相似或相同，塊與塊之間、塊內與塊外存在色差。

圖1 電視視頻的馬賽克圖像

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

3 馬賽克檢測算法

目前的馬賽克檢測算法主要有基于邊緣檢測的算法和基于區域分析的檢測算法，基于區域分析的檢測算法通常采用區域增長的方式，在圖像中設定一個點，逐步遍歷其周圍的像素，看是否能以矩形的方式擴張，直到無法擴張時，判斷該矩形是否符合擬定的馬賽克標準。該算法的難點在于如何設定合適的區域增長點。本文采用的是基于邊緣檢測的算法，其步驟如下：

（1）首先將視頻圖像進行灰度處理，將彩色圖像轉變為灰度圖像，再采用自動閾值的 canny邊緣檢測算子，計算圖像灰度沿著兩個方向的導數Gx，Gy，由此得出梯度的方向θ。遍歷圖像，若某個像素的灰度值與梯度方向上前后兩個像素的灰度值相比不是最大的，則將其像素值設為0，即不是邊緣。對圖1進行canny邊緣檢測，得到的結果如圖2所示。

圖2 馬賽克圖像邊緣檢測結果

（2）定義馬賽克模板。仔細觀察圖1和圖2不難發現，在包含馬賽克塊的區域，其灰度圖像的邊緣呈現出完整或者不完整的矩形形狀，利用這一特點，筆者可以定義一些模板，通過模板匹配來實現馬賽克塊的檢測。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行檢測。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，將第一個模板左上角與經過邊緣檢測的待檢測圖像左上角重合，將與模板同樣尺寸的邊緣圖區域和模板相對比，計算他們的相關系數，然后向右向下平移模板，繼續計算相關系數，當相關系數達到一定閾值時，認為該圖像為馬賽克圖像，不再進行下一模板匹配，否則將邊緣圖像與第二模板進行匹配，依次類推，最終確定該圖像是否為馬賽克圖像。當檢測到馬賽克圖像時，記錄發生的時間并作出信息提示。

4 實驗結果

采用MATLAB 2011a實現上述算法，分別對兩組不同分辨率和幀率的視頻進行實驗，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間點出現馬賽克，其中一組實驗視頻截圖如圖4所示，圖5為該視頻的馬賽克檢測結果。兩組實驗均檢測到了視頻中的馬賽克現象，并及時在信息欄反饋檢測信息，驗證了本算法的可行性和較好的實時性。通過對比發現，視頻清晰度的高低會影響檢測效率，清晰度愈高，檢測需要的時間愈長。

圖4 分辨率600×480視頻檢測截圖

圖5 檢測結果信息顯示

5 總結

本文提出了一種基于MATLAB的視頻馬賽克檢測算法，在對視頻圖像進行邊緣檢測的基礎上，通過模板匹配來實現馬賽克的檢測，算法具有較好的實時性。通過 MATLAB gui仿真，實現對檢測結果的及時反饋，為將來的實際應用奠定了仿真基礎。這一算法實現應用后，將改變以往人工監測視頻馬賽克的做法，緩解廣播電視無線覆蓋臺站工作人員的壓力，進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，廣西大學計算機與電子信息學院在職研究生，廣西廣播電視技術中心南寧二四三臺值班員，從事廣播電視無線傳輸工作。