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基于H.264/AVC的实时视频水印技术研究

作　者: 朱洪留
导　师: 王让定
学　校: 宁波大学
专　业: 信号与信息系统
关键词: H.264/AVC 视频水印 视频认证 版权保护 信息隐藏 预测模式 VLC
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着多媒体网络技术的迅速发展,多媒体信息特别是视频信息的交流已经达到前所未有的程度,随之而来的视频信息安全问题也日益严重。数字视频水印技术被认为是解决视频信息安全问题的最有效的方法之一。以视频为载体的数字水印技术按照其载体的格式可以分为压缩域视频水印技术和原始域视频水印技术。在实际的应用中,由于视频本身冗余较大,视频信息都是以压缩的格式进行存储和传输的,因此研究压缩域的视频水印技术具有更大的现实意义。H.264/AVC作为新一代视频压缩编码技术,具有更好的应用前景,本文选择H.264编码标准,研究基于H.264的视频水印技术,其主要内容如下:1.深入研究了H.264视频编码技术,主要分析了编码中的模式特征、运动估计、码流特征。系统地介绍了视频水印技术的基本理论和发展现状,总结了目前基于H.264水印的优缺点,并针对目前的不足提出新的适合于H.264的视频水印方案。2.提出一种适合于H.264/AVC标准的版权保护方法。算法首先通过计算选择一些纹理复杂度较高的宏块作为水印嵌入载体,然后再通过调制中频DCT系数在宏块中的每个4×4块中嵌入1比特的水印信息,嵌入强度和嵌入位置由块能量自适应控制。水印提取时只需要解码I帧即可,不需要完全的视频解码也不需要原始视频信息,有效地提高了水印的实时性。3.提出两种基于模式特征的H.264视频认证的脆弱性水印方案。第一种方案是视频流的完整性认证方法,即在H.264压缩比特流中,首先根据ISlice中4×4块的编码模式生成认证码,然后通过调制某些运动子块的可变长（VLC）码字将其嵌入到BSlice和PSlice的视频流中。这种调制是基于VLC码字和待嵌入比特之间的映射规则进行。映射后的码字与原码字具有很好的相似性,即码字长度不变,码字表示的编码元素值相似。该方法可以实现水印的快速提取,满足视频实时处理的要求。第二种方案是用于H.264/AVC视频内容完整性认证方法,通过对宏块编码模式的统计分析提取认证码,然后结合宏块的编码模式调制各运动子块的1/4像素运动估计搜索点将提取的认证码嵌入到视频帧中。在调制过程中引入了率失真代价,减小了水印嵌入后对视频质量和视频码率的影响。4.提出两种基于预测模式的H.264视频信息隐藏方法,第一种是利用帧内4×4各预测模式间的预测差异进行信息的嵌入,即首先根据帧内4×4各预测模式间的差异程度,将其分为2组并与待隐藏信息建立映射关系;然后根据此映射关系调制I帧4×4块的编码模式实现信息隐藏。在模式调制过程中引入率失真代价函数,减少了隐秘信息嵌入后对视频质量和视频码率的影响。第二种方法是通过调制编码过程中的最优模式嵌入隐秘信息,即通过调制某些块的最优编码模式将隐秘信息嵌入到视频帧中。对不同编码类型的宏块将采取不同的调制方式,对Intra4×4编码模式的宏块,首先由密钥随机选择宏块中的某个4×4块,然后调制该4×4块的最优编码模式实现隐藏信息;对B帧以及P帧中其它编码类型的宏块,则是通过调制整个宏块的最优编码模式隐藏信息,并对调制后的宏块做了优化。实验仿真结果表明该方法嵌入容量较大,对视频的影响较小。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
引言  10-11
1. 绪论  11-16
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 基于DCT系数的嵌入方法  13
    1.2.2 基于运动信息的嵌入方法  13-14
    1.2.3 基于编码模式的嵌入方法  14
    1.2.4 基于变长码字(VLC)的嵌入方法  14-15
  1.3 本文的主要工作和内容安排  15-16
2. 数字视频水印技术综述  16-22
  2.1 视频水印的基本模型  16-17
  2.2 视频水印的分类  17-19
    2.2.1 基于原始域的视频水印方案  17
    2.2.2 基于压缩域的视频水印方案  17-19
  2.3 视频水印的主要评价指标  19-20
  2.4 视频水印的主要应用  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3. 基于模式特征的视频认证水印  22-49
  3.1 视频认证水印技术  22
  3.2 H.264 中的编码模式  22-24
    3.2.1 帧内预测  23-24
    3.2.2 帧间预测  24
  3.3 基于帧内4×4 模式特征的视频流完整性认证水印  24-35
    3.3.1 H.264 中的熵编码  24-26
    3.3.2 提出的水印算法  26-31
    3.3.3 实验结果  31-35
    3.3.4 结论  35
  3.4 基于模式特征的内容完整性认证水印  35-47
    3.4.1 认证码生成方法  35-38
    3.4.2 提出的水印算法  38-44
    3.4.3 实验分析  44-47
    3.4.4 结论  47
  3.5 本章小结  47-49
4 基于纹理特征的鲁棒性水印算法  49-56
  4.1 嵌入宏块的选择  49-50
  4.2 水印算法原理  50-52
    4.2.1 水印的嵌入过程  50-51
    4.2.2 水印的提取过程  51-52
  4.3 实验结果  52-55
  4.4 本章小结  55-56
5 基于预测模式的信息隐藏方法  56-70
  5.1 基于帧内4×4 预测差异的信息隐藏算法  56-62
    5.1.1 帧内4×4 预测差异  56-57
    5.1.2 信息隐藏原理  57-59
    5.1.3 实验分析  59-62
    5.1.4 结论  62
  5.2 基于最优预测模式的信息隐藏算法  62-69
    5.2.1 H.264 中的最优模式  62-63
    5.2.2 提出的信息隐藏方法  63-66
    5.2.3 实验结果  66-69
    5.2.4 结论  69
  5.3 本章小结  69-70
6. 总结与展望  70-73
  6.1 本文工作总结  70-71
  6.2 未来工作展望  71-73
参考文献  73-77
研究成果  77-79
致谢  79

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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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