面向AVS的数字视频水印技术研究

论文摘要

随着宽带网络的普及和信息技术的发展,视频资源正逐步取代文字和静止图像成为网络信息资源的主流。然而,全透明的数字化信息很容易被复制、修改和传播,为了能够有效地解决这些问题,数字水印技术作为一种新型的数字产品版权保护手段已成为信号与信息处理领域的研究热点,而其中数字视频水印技术又因其所具有的巨大商业潜在价值而备受各界关注。同时,AVS视频编码标准作为由我国制定的具备自主知识产权的新一代数字视频编码标准,其涉及版权保护的标准部分正在制定过程之中。基于数字视频水印技术的保护方法将成为其一种主要技术模式。本文在详细分析视频水印技术特点以及AVS视频编码标准的基础上,提出了三种新颖的数字视频水印算法。(1)提出了一种基于主观试验的空域自适应视频水印算法。通过主观试验确定视频图像中具有不同活动性的像素点水印嵌入强度可觉察门限,并依此控制水印信息的嵌入强度。实验结果表明,与空域非自适应水印算法和基于简单视觉模型的自适应水印算法相比,基于主观试验的自适应水印算法在保证了图像具有高主观质量的同时,获得了更高的水印信息检测正确率。(2)提出了一种基于运动矢量的AVS数字视频水印算法。在AVS编码系统的帧间预测环节,调制AVS编码中各种宏块划分模式下各子块运动矢量的像素精度实现水印信息的嵌入,这种调制基于运动矢量像素精度与待嵌入水印信息之间的映射规则进行。最后再由AVS编码系统进行当前宏块预测模式的选择,从而保证当前宏块在嵌入水印信息的情况下,选择一种最优的预测模式。实验结果表明,在获得较高嵌入率的同时,对视频重建图像主客观质量、码率的影响都很小。(3)提出了一种用于AVS码流复制控制的码流域视频水印算法。在AVS码流中,基于哥伦布码字与待嵌入比特之间的映射规则,采用等码长对码调制算法,调制相应的哥伦布码字实现水印信息的嵌入。信息的提取过程不需要原始视频内容,也不需完全解码,而只要对码流中的哥伦布码字进行解码即可。实验结果表明,提出的复制控制算法在获得较高嵌入率的同时,没有改变码流的比特率,并且基本不影响视频的主客观质量。为了进一步增强复制控制的安全性,提出了一种码流域视频选择性加密算法,对视频码流数据进行加密。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1. 研究背景
• 2. 本文主要工作
• 3. 本文章节安排
• 第一章 数字视频水印技术
• 1.1 数字水印模型
• 1.1.1 通用数字水印系统框架模型
• 1.1.2 数字水印的基本特性和基本要求
• 1.2 数字视频水印技术特点
• 1.3 视频水印嵌入点分析
• 1.4 现有视频水印技术分类分析
• 第二章 AVS视频压缩编码技术
• 2.1 AVS编码标准制定背景
• 2.2 AVS视频编码技术特点
• 第三章 基于主观试验的自适应视频水印算法
• 3.1 空域水印嵌入基本算法
• 3.1.1 构造水印信息图像
• 3.1.2 水印图像嵌入调制
• 3.1.3 水印信息提取
• 3.2 人眼视觉系统分析
• 3.2.1 视觉感知特性
• 3.2.2 时–空掩蔽效应
• 3.3 基于主观试验的自适应视频水印算法
• 3.3.1 主观试验过程
• 3.3.2 水印嵌入模型的建立
• 3.3.3 主观自适应视频水印算法的实现
• 3.4 实验结果与分析
• 3.5 结论
• 第四章 基于运动矢量的AVS数字视频水印算法
• 4.1 基于运动矢量的视频水印算法设计
• 4.2 基于运动矢量的AVS数字视频水印算法
• 4.2.1 AVS帧间预测编码
• 4.2.2 嵌入条件
• 4.2.3 映射和嵌入规则
• 4.2.4 嵌入过程
• 4.2.5 提取过程
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 水印信息嵌入量
• 4.3.2 水印嵌入对视频比特率的影响
• 4.3.3 水印信息嵌入对图像质量的影响
• 4.3.4 计算复杂度
• 4.3.5 对比实验
• 4.4 结论
• 第五章 基于数字水印的AVS码流复制控制系统
• 5.1 应用背景介绍
• 5.2 用于AVS视频码流复制控制的数字水印
• 5.2.1 AVS熵编码
• 5.2.2 水印嵌入算法
• 5.2.3 水印提取算法
• 5.2.4 码流加扰算法
• 5.2.5 实验结果与分析
• 5.2.6 小结
• 5.3 基于运动矢量的视频选择性加密算法
• 5.3.1 视频选择性加密技术
• 5.3.2 加密算法
• 5.3.3 解密算法
• 5.3.4 密钥的产生和分发
• 5.3.5 实验测试与分析
• 5.4 AVS码流复制控制系统设计
• 5.5 结论
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢