面向监控视频的隐私信息保护与隐藏

摘要

视频监控系统在创建平安城市/社区、预防和控制犯罪等方面发挥了强大的作用。同时，它也带来了个人隐私信息可能被泄露的问题。因此，监控视频的隐私信息保护受到了公众越来越多的关注，也吸引了视频信息安全领域学者的研究重视。本文针对具有相对固定人员的视频监控场景，例如公司、实验室、医院等，而非广场等公共场所，研究监控视频的隐私信息保护技术。
　　 具有固定人员的视频监控场景在保护隐私信息时，需要区分不同的人员角色，且要求受保护的隐私信息在必要时可以恢复。通过区分固定人员和非固定人员，授权访问用户和非授权访问用户，实现有选择性的视频信息保护。在保护策略上，采用可逆水印的方式。具体地，主要工作和创新点包括:
　　 第一，针对隐私保护区域的重建问题，提出了一种新颖的基于对象的视频修复技术。根据应用中摄像机静止的特点，先将视频序列分割为静止背景和运动前景，然后采用不同的手段分别进行修复。通过定义一个新颖的基于滑窗的不相似准则，将前景对象的修复转化成为在动态规划框架下的最小化问题。因修复策略基于语义对象而非补丁，通过避免穷尽搜索提供了显著的计算优势;因修复过程基于一个滑动的窗口而非单个视频帧，从而保证了运动的平滑。实验结果表明，该方法能够对移除对象后留下的大孔洞、在几帧中完全消失了的对象和姿势或尺寸明显发生改变的对象等，进行高效的修复。
　　 第二，针对大量水印信息的隐藏问题，提出了一种基于可逆水印的监控视频隐私信息保护与隐藏方法。根据H.264/AVC编码的DCT系数量化后服从柯西分布的特点，采用直方图平移法嵌入水印。针对在零系数中嵌入水印信息可能导致码比特率显著增加的问题，在分析H.264/AVC编码原理的基础上，通过建立比特率增加与视觉失真的函数，在约束条件下对率失真进行优化，以获得较好的率失真性能。实验结果表明，本文提出的方案在没有明显失真及低比特率增加的情况下隐藏受保护的隐私信息，且对于授权用户可以通过水印提取实现无损恢复原始视频。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 研究现状及分析

1．4 主要研究内容及结构

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 本文结构

第2章 相关研究基础

2．1 H．264／AVC编解码标准

2．1．1 编解码原理

2．1．2 变换编码及量化

2．1．3 Zig-Zag扫描与游程编码

2．2 数字图像修复技术

2．2．1 图像修复技术分类

2．2．2 修复性能评价

2．2．3 图像修复问题分析

2．3 视频可逆水印技术

2．3．1 视频可逆水印分类

2．3．2 性能指标

2．3．3 基于DCT系数的可逆水印嵌入方法分析

2．4 小结

第3章 面向监控视频隐私信息保护的视频修复

3．1 引言

3．2 面向监控视频隐私信息保护的视频修复框架

3．3 隐私信息跟踪与擦除

3．3．1 反向直方图映射

3．3．2 Mean Shift算法

3．3．3 CamShift算法

3．4 基于对象的视频修复技术

3．4．1 破损的静态背景修复

3．4．2 部分破损对象的修复

3．4．3 完全破损对象的修复

3．5 实验结果及分析

3．6 小结

第4章 基于可逆水印的隐私信息隐藏

4．1 引言

4．2 基于可逆水印的隐私信息隐藏框架

4．3 可逆水印技术

4．3．1 水印嵌入策略

4．3．2 基于DCT系数分类的信息隐藏

4．4 率失真优化的信息隐藏

4．4．1 拉格朗日乘子法

4．4．2 DCT块中系数的选择

4．4．3 DCT块间比特的分配

4．5 可逆性分析

4．6 实验结果及分析

4．7 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动