基于小波理论的视频水印算法研究

论文摘要

数字通信、网络以及计算机技术的不断发展和日趋成熟,大量的数字化媒体能够方便地通过因特网进行传播,与此同时,数字媒体版权保护成为一个受到人们广泛关注的问题。如何保证数字媒体的版权不受侵害,已成为国内外研究的热门课题。数字水印技术是近十年来兴起的一门全新技术,作为解决数字媒体版权问题的一种有效技术手段,引起了人们的极大兴趣。本文主要针对视频版权保护问题,进行视频水印技术的研究和探讨。本文主要研究工作如下:（1）概述了视频的基础知识,介绍了视频水印技术的应用背景、研究现状、技术分类、性能要求,重点讨论了视频水印的嵌入方案,为本论文后面算法的设计提供依据。（2）视频水印嵌入域的选择。依据视频相邻帧间、帧内存在的相关性,提出了一种小波域的运动估计方法。该方法对视频帧进行小波分解,由低频系数来判断每帧画面背景,由高频系数来判断画面细节;将相邻帧小波系数差值与阈值比较,分出视频不同场景和同一场景的关键帧,作为水印嵌入的区域。该方法比以往的像素估计和块估计结果准确、简单且易于实现。（3）视频水印嵌入算法的设计。针对视频帧插入、帧删除攻击行为,分析了现有视频水印算法的不足,提出了一种稳健的小波域视频水印算法。该算法首先将视频分为不同的场景,同一场景中提取关键帧,将水印分成不同的块;然后,对视频帧的亮度值进行小波变换,依据二值水印的0、1值来修改小波变换的高频系数,将水印分块、分场景的嵌入到视频序列中。该算法是在视频压缩域中嵌入水印,它充分利用了视觉系统的各种掩蔽特性来增强水印的稳健性。实验表明本文水印算法对高斯噪声、MPEG编码、帧平均、帧抽取和帧置乱具有良好的鲁棒性。（4）改进Haar小波函数。为使运动估计和对视频信号的多分辨分析更加精确,本文对Haar小波函数进行改进,使其满足正交性、对称性、时频域光滑性。本算法的研究,是将数学和计算机两大领域相结合,用数学领域较新的研究成果-小波作为工具,来研究数字媒体中的热门课题-数字产品版权保护,并用Matlab和VC++对算法予以实现,结果具有通用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 小波特点及作用
• 1.2.1 小波特点
• 1.2.2 小波的用途
• 1.3 视频水印技术应用背景
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 研究内容
• 第二章 视频水印相关技术分析
• 2.1 视频基础知识
• 2.1.1 人类视觉系统
• 2.1.2 颜色空间
• 2.1.3 视频传输过程
• 2.2 视频编码标准MPEG
• 2.2.1 MPEG-2 视频图像帧的组成
• 2.2.2 视频压缩编码原理
• 2.3 视频水印的性能要求及评价标准
• 2.3.1 视频水印性能要求
• 2.3.2 视频水印的性能评估
• 2.4 视频水印嵌入方案选择
• 2.5 视频水印技术分类
• 2.6 本章小结
• 第三章 小波理论基础
• 3.1 信号分析
• 3.2 多分辨分析
• 3.2.1 尺度函数
• 3.2.2 小波函数
• 3.3 小波变换
• 3.3.1 小波变换原理
• 3.3.2 小波变换过程
• 3.3.3 小波变换的能量分析
• 3.4 小波域的时—频分析特性
• 3.4.1 小波分解
• 3.4.2 信息处理
• 3.4.3 小波重构
• 3.5 三维小波变换
• 3.6 本章小结
• 第四章 小波域的视频水印设计方案
• 4.1 构造小波函数
• 4.1.1 Haar 小波
• 4.1.2 改进的Haar 小波
• 4.2 视频关键帧提取
• 4.2.1 像素运动估计
• 4.2.2 块运动估计
• 4.2.3 小波域的运动估计
• 4.3 小波域的视频水印算法
• 4.3.1 水印信息预处理
• 4.3.2 视频水印嵌入过程
• 4.3.3 视频水印的提取过程
• 4.4 性能测试及分析
• 4.4.1 小波函数的性能测试
• 4.4.2 水印的不可见性测试
• 4.4.3 水印的鲁棒性测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介