基于MPEG-4的视频数字水印鲁棒性研究

论文摘要

基于网络的信息交换为多媒体数字作品的使用和传播提供了便利的途径,然而由于数字作品极易被非法复制和篡改,使得数字作品的信息安全和版权保护成为迫切需要解决的问题。数字水印技术作为一种新的解决版权保护问题的有效途径,近年来已成为信息安全领域的研究热点。数字水印技术是在不影响数字作品使用质量的前提下,在图像、音频、视频或软件等数字作品中嵌入不可见的秘密信息来达到对数字作品的保护。随着MPEG-4视频标准应用越来越广泛,必须要有如数字水印这样的技术来保护MPEG-4视频数据的版权。鲁棒性是数字水印的一个重要特性,如何提高水印算法的鲁棒性是数字水印技术的关键问题之一。本文详细介绍了视频水印技术的研究现状以及视频水印技术的特征、基本模型和评价标准,并对MPEG-4视频压缩技术相关理论知识做了介绍。针对图像和视频水印的鲁棒性进行了深入的研究,在此基础上提出提高水印算法鲁棒性的改进措施。最后,对基于量化的水印算法的安全性进行分析,提出增强安全性的措施。本文主要研究工作包括:①系统地总结了影响数字水印鲁棒性的若干因素。在研究、分析多种鲁棒数字水印算法的基础上,归纳了提高数字水印鲁棒性的一般化的策略;②针对现有的基于卷积码和DCT系数量化的数字水印算法的不足,提出通过计算交流系数平方和判断图像块的纹理复杂度,对量化步长作自适应调整,从而避免了增加量化步长带来的方块效应;同时合理划分卷积码软判决译码的量化区间,提高了卷积码维特比译码的正确率。实验结果表明改进算法在保证水印不可见性的前提下,提高了原水印算法的鲁棒性;③结合MPEG-4标准提出了一种基于卷积码和DCT系数量化的自适应视频水印算法。实验结果表明,算法既提高了水印的鲁棒性,又保证了水印的不可见性和安全性,同时还能很好的满足实时性的要求;④分析了基于量化的水印算法的安全漏洞,提出通过保持嵌入水印后图像平均亮度不变的措施来抵御这种安全性攻击。实验结果表明改进方法可以增强水印算法的安全性,并且对其鲁棒性基本无影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要内容及章节安排
• 2 视频数字水印技术及MPEG-4 编码技术
• 2.1 视频数字水印技术
• 2.1.1 视频水印的基本特征
• 2.1.2 视频水印模型
• 2.1.3 视频水印评价标准
• 2.2 MPEG-4 视频编码技术
• 2.2.1 MPEG-4 编码核心思想
• 2.2.2 MPEG-4 视频格式
• 2.2.3 MPEG-4 视频编码原理
• 2.2.4 MPEG-4 关键算法
• 2.3 本章小结
• 3 数字水印的鲁棒性
• 3.1 影响数字水印鲁棒性的因素
• 3.2 提高水印鲁棒性的通用方法
• 3.2.1 冗余嵌入
• 3.2.2 水印信号置乱
• 3.2.3 选择嵌入系数
• 3.2.4 自适应嵌入
• 3.2.5 扩频编码
• 3.2.6 纠错编码
• 3.2.7 检测器失真补偿
• 3.2.8 嵌入器失真预补偿
• 3.3 本章小结
• 4 基于卷积码和DCT 系数的图像水印算法改进
• 4.1 水印信号预处理
• 4.1.1 置乱变换
• 4.1.2 卷积编码
• 4.1.3 交织技术
• 4.2 水印嵌入算法
• 4.3 水印提取算法
• 4.4 仿真实验结果及分析
• 4.4.1 隐蔽性实验
• 4.4.2 鲁棒性攻击实验
• 4.4.3 软判决改进效果对比实验
• 4.4.4 卷积码纠突发错误性能仿真
• 4.5 本章小结
• 5 基于卷积码和DCT 系数的自适应鲁棒视频水印算法
• 5.1 设计思想
• 5.2 水印嵌入算法
• 5.3 水印提取算法
• 5.4 仿真实验与结果
• 5.4.1 自适应嵌入的必要性
• 5.4.2 水印的不可见性
• 5.4.3 水印鲁棒性分析
• 5.4.4 水印的实时性分析
• 5.4.5 快速检测性
• 5.4.6 安全性分析
• 5.5 本章小结
• 6 基于量化的数字水印算法安全性分析
• 6.1 安全性定义
• 6.2 安全性攻击的分类
• 6.2.1 非授权去除
• 6.2.2 非授权嵌入
• 6.2.3 非授权检测
• 6.3 基于量化的水印算法安全性改进
• 6.3.1 量化算法安全漏洞分析
• 6.3.2 算法安全性改进
• 6.3.3 实验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录