基于H.264标准的视频水印技术研究

论文摘要

近年来随着数字视频在社会生活中的普及，视频作品遭到恶意攻击和非法侵权的问题也越来越严重。如何有效地对数字视频进行版权保护，成为多媒体技术发展中迫切而现实的问题。视频水印技术正是为解决这个问题而受到人们越来越多的关注，成为当前学术领域研究的热点。水印技术存在的基础是其技术的先进性，其归根结底是利用冗余来携带水印信息，而视频压缩的目的是去除冗余，因此好的水印设计方案应该充分考虑视频压缩编码的新动向，紧密结合当前及未来的标准进行研究。而H.264作为最新一代的视频编码标准，迫切要求水印技术与其相融合，提升和改进现有的视频水印算法，以适应新的应用环境。本文在对视频水印技术及H.264标准分析研究的基础上，提出了一种针对H.264低比特率码流特性的鲁棒视频水印设计算法。该算法首先将二值水印图像扫描为序列，并扩频处理，然后在H.264帧内预测编码阶段根据一定的判定条件，将水印序列逐比特地嵌入到Ⅰ帧每个宏块的16个4×4子块所选定的某个中、高频变换系数中，水印嵌入具有一定的自适应性，同时引入基于Lagrangian优化算法的编码控制模型，以提高含水印视频码流的率失真性能，最后对算法的嵌入和提取过程进行了仿真实现。实验结果表明，本算法在得到视频比特流较好率失真性能的同时对重量化编码、滤波、添加噪声和帧编辑等普通攻击具有一定的鲁棒性；水印提取时不需要对压缩码流完全解码，并且为盲提取；算法复杂度低，能够满足实时随机检测的需要，具有一定的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 数字水印技术的应用
• 1.3 数字水印的发展和研究现状
• 1.4 本文主要工作与结构安排
• 第二章 数字视频水印技术及典型算法分析
• 2.1 引言
• 2.2 视频水印的主要技术要求
• 2.3 视频水印系统的性能评估
• 2.4 视频水印的嵌入方案与框架模型
• 2.4.1 视频水印的嵌入方案框架
• 2.4.2 压缩视频水印嵌入点的选择
• 2.5 视频水印典型算法分析
• 2.5.1 基于原始视频的水印算法
• 2.5.2 基于压缩视频的水印算法
• 2.6 本章小结
• 第三章 H.264编解码的关键技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 H.264编解码架构
• 3.2.1 H.264的分层处理
• 3.2.2 H.264视频编码器
• 3.2.3 H.264视频解码器
• 3.2.4 H.264标准的档次和级别
• 3.3 H.264编解码关键步骤解析
• 3.3.1 多种帧内预测模式
• 3.3.2 多模式高精度帧间预测
• 3.3.3 整数变换和量化
• 3.3.4 熵编码
• 3.4 编码控制与率失真优化
• 3.4.1 Lagrangian优化算法
• 3.4.2 基于Lagrangian优化算法的H.264编码控制模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于H.264低比特率视频流的鲁棒盲水印算法
• 4.1 引言
• 4.2 算法总体描述
• 4.3 水印图像的预处理
• 4.3.1 扩频思想的概念和引入
• 4.3.2 水印图像的扩频预处理
• 4.4 水印嵌入
• 4.4.1 嵌入位置的选择与分析
• 4.4.2 自适应嵌入过程
• 4.4.3 嵌入时的码率控制与率失真优化
• 4.5 水印图像的提取检测
• 4.6 实验仿真及结果分析
• 4.6.1 帧图片组GOP设定为IBPBP结构
• 4.6.2 帧图片组GOP设定为IPPP结构
• 4.6.3 实验结果比较与算法分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文