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基于运动矢量与漂移补偿的H.264视频水印算法研究

作 者: 周悦
导 师: 邱卫东;蒋兴浩;孙锬锋
学 校: 上海交通大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: H.264/AVC 运动矢量 漂移补偿
分类号: TP309.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


计算机网络通信技术的发展和数字产品种类的日益丰富推动了数字作品的广泛传播。虽然这一过程促进了数字产业的发展,但由于产品复制不会引起质量的下降,非法用户可以轻易地获取、复制、传播数字产品,极大地阻碍了数字产业的健康发展。数字水印技术在不影响原始数据正常使用的情况下嵌入版权信息,并且该信息不易被除去,使用水印技术可以鉴别非法复制和盗用的数字产品,保护数字产品的合法拷贝和传播。因此,数字水印技术是数字产品版权保护的有效手段之一。压缩域数字视频的版权保护技术尚未发展成熟,这使得此类视频数字水印技术的研究更为迫切。因此,数字视频水印技术是多媒体信息安全研究的重点和热点。本文重点研究数字视频水印处理算法与理论,系统地综述了数字视频水印的发展、分类、性能要求以及国内外研究现状,并深入分析了视频水印系统中的关键技术。目前压缩域视频水印领域中以运动矢量作为水印载体的算法层出不穷,但其中对水印鲁棒性的研究较少,如何设计一种能够抵抗攻击的基于运动矢量的水印算法是当前视频水印领域研究的难点。本文在深入研究H.264编码标准和现有算法不足的基础上提出一种基于运动矢量的H.264/AVC鲁棒性视频水印算法和用于改善水印算法视觉影响的漂移补偿算法。本文提出一种基于运动矢量的H.264/AVC鲁棒视频水印算法。首先,水印图像经过Arnold变换进行置乱,用以提高水印信息的安全性。在水印嵌入位置选择方案中,寻找右下角子区块尺寸最小的宏块,其横向运动矢量残差被用于嵌入版权信息,理论证明该选择方案可以使水印嵌入所导致的视觉影响降至最低。最后,通过对运动矢量组进行离散余弦变换,利用其能量集中效应获得对于有损压缩攻击的鲁棒性。实验表明,从视觉影响和客观评价指标结果可知该算法具有较强的不可见性,嵌入水印后视频比特率平均增加量为0.09%,并且在高强度有损压缩攻击与运动估计算法攻击下水印检测仍能分别达到平均79%和90%以上的正确率,因此该水印算法对于两种攻击具有较强的鲁棒性。针对视频编码标准中帧间预测对前一算法在视频质量上产生的不良影响,本文又提出一种用于避免失真漂移的漂移补偿算法。通过修改可能受嵌入水印影响的宏块运动矢量残差值,在不增加嵌入耗时的情况下改善水印嵌入的效果,对视频质量有一定提高。实验证明,该漂移补偿算法不仅具有较低的算法复杂度和较高的实时性,而且在视觉不可感知性方面对前一算法进行了改善,同时对于视频比特率影响较小。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 本文的研究背景及意义  9-10
  1.2 相关研究的发展现况  10-16
    1.2.1 数字水印的发展  10-11
    1.2.2 视频水印的发展与主要问题  11-15
    1.2.3 视频编码技术的发展  15-16
  1.3 本文创新性工作  16-17
  1.4 论文主要工作与章节安排  17-19
第2章 相关理论基础  19-33
  2.1 数字水印的性能要求  19-21
    2.1.1 图像水印的一般要求  19-20
    2.1.2 视频水印的特殊要求  20-21
  2.2 视频水印算法概述  21-25
    2.2.1 视频水印算法分类  21-23
    2.2.2 数字视频水印嵌入策略  23-24
    2.2.3 H.264/AVC 视频水印算法研究  24-25
  2.3 H.264/AVC 编码原理  25-32
    2.3.1 预测编码与帧间预测  25-27
    2.3.2 运动补偿与运动矢量  27-28
    2.3.3 运动估计  28-29
    2.3.4 宏块与树状结构尺寸  29-31
    2.3.5 运动矢量中值预测  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 基于运动矢量的H.264/AVC 视频鲁棒水印算法研究  33-54
  3.1 离散余弦变换与抗攻击分析  33-35
  3.2 算法整体框架描述  35
  3.3 算法步骤  35-41
    3.3.1 水印预处理算法  36-38
    3.3.2 水印嵌入算法  38-40
    3.3.3 水印提取算法  40-41
  3.4 实验与分析  41-52
    3.4.1 实验条件  41-42
    3.4.2 水印不可见性实验  42-46
    3.4.3 与其他H.264/AVC 方案的对比实验  46-47
    3.4.4 攻击实验  47-51
    3.4.5 水印容量分析  51-52
    3.4.6 视频比特率影响  52
  3.5 本章小结  52-54
第4章 基于运动矢量水印算法的漂移补偿算法研究  54-65
  4.1 基于运动矢量的水印算法的失真分析  54-56
    4.1.1 失真漂移  54-55
    4.1.2 漂移补偿  55-56
  4.2 算法整体框架描述  56
  4.3 算法步骤  56-58
    4.3.1 基础漂移补偿算法  56-57
    4.3.2 基于参考宏块的漂移补偿算法修正  57-58
  4.4 实验与分析  58-64
    4.4.1 实验条件  58-59
    4.4.2 水印不可见性改进对比实验  59-63
    4.4.3 运行耗时对比实验  63
    4.4.4 比特率影响分析实验  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章 总结与展望  65-67
  5.1 论文工作总结  65-66
  5.2 工作展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  72
攻读硕士学位期间参加的课题与项目  72-73
附件  73-75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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