多媒体感知哈希算法及应用研究

论文摘要

随着多媒体技术和网络技术的发展,多媒体数据的保护已引起了人们的广泛关注。感知哈希是通过对多媒体感知特征进行压缩生成的简短摘要,能反映多媒体的内容信息,因而适于多媒体的内容认证和版权保护。近年来已成为多媒体信息安全研究的热点问题。本文针对用于内容认证和拷贝检测中的感知哈希理论分析、构造策略、具体算法设计进行了研究,围绕图像感知哈希认证算法的设计进行了探讨和分析,提出了两种图像感知哈希认证方案,并设计了一种增强图像感知哈希抵抗几何攻击的认证方案。对视频拷贝检测问题进行了研究,提出三种基于感知哈希的视频拷贝检测方案,主要成果如下：(1)提出了一种基于感知哈希的认证模型。在此模型下对认证准确性进行了描述,讨论了不同特征生成感知哈希的认证准确性差异。分析了采用多特征和多分辨率特征构造感知哈希所具有的优势,给出一种基于多特征的感知哈希设计策略。相关分析表明了所提认证哈希的模型对分析和设计感知哈希算法具有好的指导意义。(2)分别提出了基于小波变换和四叉树分解的多特征感知哈希认证方案。在感知哈希码的构造过程中,采用抖动量化的方法提取图像特征,增强认证系统的安全性。在多特征认证码的基础上辅以SIFT点特征进行几何校正,提高了抗几何攻击的鲁棒认证能力。实验结果验证了所提算法的有效性。(3)针对视频拷贝检测应用,分析了时空域特征用于构造检测哈希所具有的性能优势,提出了一种时空特征的哈希码提取策略和视频高维特征的降维压缩策略,设计了拷贝检测中哈希库的存储、索引和哈希相似度匹配方法。实验结果验证了所提方案的有效性。(4)分别提出了基于定序特征和点特征的鲁棒哈希视频拷贝检测方案。所采用的定序特征包括改进的定序特征和一种新的局部定序特征。由改进的定序方法和新的局部定序方法生成的特征,比传统定序特征的鲁棒性和辨识性更好。点特征的构造采用了角点的邻域特性。仿真实验表明了方案的有效性。最后,论文分析了本文研究中还存在的问题,并指出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 感知哈希的研究背景及意义
• 1.2 感知哈希
• 1.2.1 传统哈希与感知哈希
• 1.2.2 多媒体感知特性
• 1.2.3 感知哈希构造模型
• 1.2.4 感知哈希的特性
• 1.3 感知哈希的应用
• 1.3.1 用作多媒体认证信息
• 1.3.2 用作多媒体的拷贝检测信息
• 1.3.3 用于辅助多媒体数字水印
• 1.3.4 用于其他领域
• 1.3.5 感知哈希的应用性能需求
• 1.4 感知哈希技术的研究进展
• 1.4.1 国内外研究情况
• 1.4.2 感知哈希的分类
• 1.4.3 多媒体感知哈希研究综述
• 1.4.4 感知哈希函数的评测
• 1.4.5 当前的一些热点问题
• 1.5 本文的研究思路和主要工作
• 1.5.1 本文研究思路
• 1.5.2 本文主要工作
• 1.5.3 本文结构安排
• 2 基于感知哈希的认证研究
• 2.1 多媒体认证
• 2.1.1 数字水印认证原理
• 2.1.2 感知哈希认证原理
• 2.1.3 感知哈希认证与数字水印认证技术的比较
• 2.2 感知哈希认证理论分析
• 2.2.1 感知哈希认证通信模型
• 2.2.2 认证感知哈希性能
• 2.2.3 认证准确性
• 2.3 认证哈希构成分析
• 2.3.1 认证哈希构造通用框架
• 2.3.2 压缩对认证性能的影响
• 2.4 认证哈希设计策略
• 2.4.1 多特征认证哈希构造
• 2.4.2 多分辨认证哈希构造
• 2.4.3 系统密钥设计
• 2.5 本章小结
• 3 基于感知哈希的图像认证方案
• 3.1 多特征图像感知哈希认证方案
• 3.1.1 图像的小波变换
• 3.1.2 基于抖动量化的特征矩阵生成
• 3.1.3 特征矩阵的置乱
• 3.1.4 压缩
• 3.1.5 光学密钥
• 3.1.6 实验结果及性能分析
• 3.2 多分辨率图像感知哈希认证方案
• 3.2.1 树状结构分解
• 3.2.2 哈希构造过程
• 3.2.3 实验结果及性能分析
• 3.3 抗几何攻击哈希认证方案
• 3.3.1 抗几何攻击哈希结构
• 3.3.2 SIFT关键点特征
• 3.3.3 攻击校正
• 3.3.4 实验结果及性能分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于哈希的视频拷贝检测
• 4.1 视频拷贝检测
• 4.1.1 基于内容的多媒体检索
• 4.1.2 视频拷贝检测与检索
• 4.1.3 拷贝检测技术评测
• 4.1.4 基于哈希的视频拷贝检测
• 4.2 基于鲁棒哈希的拷贝检测
• 4.2.1 视频鲁棒哈希定义
• 4.2.2 哈希拷贝检测中的关键技术
• 4.2.3 拷贝检测性能指标
• 4.3 拷贝检测鲁棒哈希设计策略
• 4.3.1 视频结构
• 4.3.2 拷贝过程中的变化
• 4.3.3 可选构造特征
• 4.3.4 时空特征提取策略
• 4.4 特征压缩和哈希存储
• 4.4.1 空间填充曲线降维压缩策略
• 4.4.2 哈希库设计
• 4.5 基于哈希的视频内容匹配
• 4.6 本章小结
• 5 基于哈希的视频拷贝检测方案
• 5.1 基于定序法的视频拷贝检测
• 5.1.1 定序法计算视频相似度
• 5.1.2 现有定序法存在的问题
• 5.1.3 改进的定序法方案
• 5.1.4 哈希距离计算
• 5.1.5 实验结果及性能分析
• 5.2 基于局部定序特征的检测方案
• 5.2.1 基于Hilbert曲线的帧块分割
• 5.2.2 构造哈希码
• 5.2.3 哈希匹配
• 5.2.4 实验结果及性能分析
• 5.3 基于局部点特征的哈希拷贝检测方案
• 5.3.1 特征提取
• 5.3.2 生成哈希码
• 5.3.3 实验结果及性能分析
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 中英文对照表