基于时空特征的抗压缩算法数字水印技术

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数字水印作为一种在多媒体文件中利用计算机算法嵌入标识信息的技术,由于其本身安全性,隐蔽性和鲁棒性的特征,近年来一直是研究的热点。基于视频压缩编码算法的数字水印研究也随着科技的发展越来越多样化,应用多集中于版权保护,内容认证,拷贝控制,信息保密等方面。基于监控视频所面临的实际问题,例如,监控视频的非法传播,视频盗摄等,本文研究一种数字水印技术,以实现视频可溯源应用。该技术主要应用于敏感监控视频监管。视频在传播中可能受到噪声攻击,也可能遭受不同压缩编码算法的重压缩操作,因此提出了一种基于时空特征的抗压缩数字水印技术。本文针对采用H.264压缩编码算法的视频,提出了一种基于角点选择的CAVLC数字水印调制算法,考虑多帧连续嵌入数字水印,实现基于时空特征的抗压缩数字水印技术。主要工作包括以下几个方面:(1)对基于H.264的数字水印嵌入算法常见的三个嵌入位置进行研究。嵌入位置选取熵编码(CAVLC)、图像特征(角点)和运动矢量。三个嵌入位置中CAVLC是时间维度信息量,在H.264编码标准中用于空域信息压缩编码;角点和运动矢量是空间维度信息量,在H.264编码标准中表现了相邻帧宏块前后相关性,表征视频帧时域连续性。对嵌入位置的研究侧重于以下三点,在一次压缩编码后不同嵌入位置嵌入的数字水印的受损程度、H.264重压缩编码后不同嵌入位置嵌入的数字水印的受损程度、数字水印对视频质量的影响。分析不同嵌入位置的优缺点。经过实验发现CAVLC和角点具有较好的抗压缩编码性能,且各有特点。(2)本文结合CAVLC和角点嵌入数字水印的优点,提出了一种基于角点选择的CAVLC数字水印调制算法,从理论层面分析了该数字水印嵌入算法对视频可能产生的影响以及嵌入位置选择的合理性,研究了压缩编码算法对该数字水印嵌入算法的影响。同时,考虑到含水印视频可能会受到噪声攻击,提出对数字水印进行纠错码保护。分析基于纠错码保护的数字水印在遭受噪声攻击后恢复水印的能力。(3)实现算法并进行测试,结果表明,基于角点选择的CAVLC数字水印调制算法能够很好的抵抗H.264重压缩编码,但该算法对抗非H.264重压缩编码的性能不够优秀。对数字水印进行纠错码保护后数字水印有一定的抗噪能力,且纠错性能随噪声的增大而减小。最后本文对可能发生的视频丢帧进行了数字水印可恢复的理论分析。
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