基于H.264压缩域的数字视频水印技术的研究

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随着VCD、DVD、EVD、VOD等数字视频产品日益丰富,互联网技术的发展极大地推动了多媒体信息的广泛传播。然而,由于数字产品复制不会引起质量下降,非法用户可以容易地获取、复制、传播数字多媒体产品,这极大地损害了版权所有者的经济利益。压缩域数字视频的版权保护技术尚未发展成熟,这就使得作为数字产品版权保护有效手段的视频数字水印技术的研究更为迫切。因此,数字视频水印技术,成为多媒体信息安全研究的重点和热点。本文在深入研究H.264编码标准和现有的经典视频水印算法的基础上,提出了两种基于H.264的用于视频版权保护的鲁棒水印算法,并且通过大量的实验验证了所提算法的有效性。本文的主要研究成果如下:(1)在DCT域上提出了一种基于H.264压缩标准的鲁棒盲检测视频水印算法。该算法首先将原始水印图像经过改进的置乱方案进行置乱,然后在H.264帧内预测编码阶段,将水印信息逐位嵌入到I帧的每个宏块的16个4×4子块的DCT变换的中低频AC系数中,并且根据排序算法找出几个中低频系数的中位数作为具体的嵌入位置,按照算法的模二嵌入规则水印逐位嵌入到中位数上。在H.264参考模型上对水印的嵌入和提取进行了仿真实现,并针对高斯噪声、低通滤波、帧删除、重量化编码等几种视频攻击对算法性能进行了分析和测试,并和相关文献的算法进行了比较,结果表明,该算法简单、有效,并具有更高的鲁棒性、不可感知性。(2)提出了一种基于运动矢量(Motion Vector, MV)的分量差值视频水印设计方案。本算法充分考虑了人类视觉特性,选择阈值比较大的宏块作为水印载体,通过判断每个MV的水平和垂直分量的差值去嵌入水印。算法不仅在差值D>0和D<0时嵌入了水印,而且在差值D=0时也嵌入了水印。通过有选择地改变MV的水平分量来实现水印的嵌入,这样一方面嵌入容量得到了保证,又避免了对水平分量做过大的改变,从而减小了对视频质量的影响。本文从视觉失真、嵌入水印前后的PSNR、提取的水印等方面进行了实验分析,并和相关算法进行了比较。结果表明,本算法具有简单、快速、有效的特点,满足了视频实时处理的要求,具有较好的鲁棒性和安全性。
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