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基于H.264编码标准的可逆视频信息隐藏技术的研究

作　者: 陆欢
导　师: 蒋兴浩；孙锬锋
学　校: 上海交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 信息隐藏 视频水印 可逆信息隐藏 H.264视频编码标准 广义差分扩展算法 漂移补偿
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着计算机和网络技术的迅猛发展,数字化多媒体信息正逐渐取代传统媒介,它们被存储在计算机上,通过网络进行传输,给在人们的生活带来了极大地便捷。然而,与此同时,信息的数字化和网络化也给人们带来了传统媒介没有的新问题,那就是由此产生的信息安全隐患,如版权问题、非法窃取信息与非法篡改等。信息隐藏,也称为数据隐藏,是解决这一问题的有效手段之一。它通过把一个有意义的秘密信息以不可见的方式隐藏在另一个被公开存放、传输的载体消息中,以此来保护秘密信息不被非法用户识别和窃取。可逆信息隐藏是信息隐藏领域近年来新兴的一个重要分支。它可以在提取信息后精确恢复原始载体的内容,解决了大多数信息隐藏算法将永久性修改原始载体的问题。这一特点使可逆信息隐藏算法在一些对原始载体要求特别严格,如医学、军事等领域的多媒体信息隐藏中应用广泛。H.264/AVC是一种新的视频编码标准,同时也是现今各大视频网站中应用最广泛的视频编码标准之一。此外,网络上传播的大多数高清电影、电视内部采用的编码方式也为H.264。因而,基于这类视频的信息隐藏技术研究有特别重要的意义。本论文针对基于H.264编码标准的视频,结合广义差分扩展算法等可逆图像信息隐藏领域的已有成果以及对H.264编码标准特性的深入分析,研究在H.264压缩视频中可逆嵌入隐藏信息的方法:1.基于图像领域的广义差分扩展算法,提出一种适用于H.264压缩视频的可逆信息隐藏算法。该算法将信息隐藏在量化后的DCT系数中以保证嵌入过程的可逆性;使用一种自适应嵌入位置选择策略以降低信息嵌入对视频视觉质量的影响;嵌入数据时,借鉴并改进广义差分扩展算法使之适用于H.264压缩视频;采用多层次嵌入策略,得到了较高的数据容量;实验证明该算法能在保证视频视觉质量的前提下获得较高的数据容量。2.针对在H.264压缩视频中嵌入信息后产生的失真漂移问题,提出一种可逆漂移补偿算法。该算法基于对H.264编码标准中帧内编码的特性,对帧内4 4和帧内16 16两种宏块分别用两种方法进行漂移补偿;其中对帧内4 4宏块提出一种新颖的双重漂移补偿算法,即在信息嵌入过程前后分别对该宏块进行一次补偿。实验证明,该算法有效地消除了失真漂移产生的误差,因而显著提升了信息嵌入后的视频视觉质量。结合使用这两种可逆算法的基于H.264压缩视频的可逆信息隐藏方案实现了很高的数据容量;同时,嵌入隐蔽信息后的视频具有良好的不可见性。此外,由于以上两算法均为可逆算法,在提取隐蔽信息后,因信息隐藏和漂移补偿而添加的信号均可被擦除,精确恢复原始的H.264视频。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 相关研究的发展现状  10-14
    1.2.1 H.264/AVC 视频中的信息隐藏技术发展现状  10-11
    1.2.2 可逆信息隐藏技术研究现状  11-13
    1.2.3 基于H.264/AVC 的可逆信息隐藏技术发展现状  13-14
  1.3 论文主要创新点  14-15
  1.4 论文结构  15-16
第2章 相关理论基础  16-31
  2.1 信息隐藏技术概述  16-19
    2.1.1 信息隐藏技术的一般模型  16-17
    2.1.2 信息隐藏技术的性能要求  17-19
  2.2 基于广义差分扩展的可逆信息隐藏算法  19-24
  2.3 H.264 编码原理  24-30
    2.3.1 H.264/AVC 视频编码标准概述  24-26
    2.3.2 H.264/AVC 视频编码特性  26-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 基于H.264 编码标准的可逆信息隐藏算法研究  31-50
  3.1 基于改进的广义差分扩展的H.264 可逆视频水印算法研究  32-38
    3.1.1 自适应嵌入位置选择算法研究  32-34
    3.1.2 对传统广义差分扩展算法的改进  34-37
    3.1.3 多层次信息隐藏方案  37-38
  3.2 本章算法的具体信息嵌入及提取过程  38-40
    3.2.1 可逆视频信息嵌入过程  38-39
    3.2.2 可逆视频信息提取过程  39-40
  3.3 仿真实验  40-49
    3.3.1 实验条件  40-41
    3.3.2 算法不可见性的实验分析  41-45
    3.3.3 算法数据容量的实验分析  45-47
    3.3.4 视频比特率影响实验分析  47-48
    3.3.5 与其他算法的对比实验分析  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章 基于H.264 编码标准的可逆漂移补偿算法研究  50-77
  4.1 漂移补偿问题分析  51-60
    4.1.1 帧内4×4 宏块的失真漂移问题及其模型  51-56
    4.1.2 帧内16×16 宏块的失真漂移问题及其模型  56-60
  4.2 基于H.264 的可逆双重漂移补偿算法研究  60-63
    4.2.1 帧内4×4 宏块的漂移补偿算法  60-62
    4.2.2 帧内16×16 宏块的漂移补偿算法  62-63
  4.3 本章算法的具体信息嵌入及提取过程  63-66
    4.3.1 可逆视频信息嵌入及漂移补偿过程  63-64
    4.3.2 可逆视频信息提取及去除补偿过程  64-66
  4.4 仿真实验  66-76
    4.4.1 实验条件  66
    4.4.2 漂移补偿算法对不可感知性的改进实验分析  66-71
    4.4.3 运行耗时对比实验分析  71-74
    4.4.4 比特率影响分析实验  74-76
  4.5 本章小结  76-77
第5章 总结与展望  77-79
  5.1 论文工作总结  77-78
  5.2 未来展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  84
攻读硕士学位期间参加研究项目  84-87
附件  87

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 图像通信、多媒体通信 > 图像编码
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