基于H.264/AVC误差补偿的鲁棒视频水印算法研究

摘要

数字水印技术是信息隐藏技术的重要分支之一，它是研究如何在不破坏数字载体使用价值的前提下进行水印信息的嵌入，同时不被察觉。数字水印技术因其鲁棒性、不可见性等特点，已成为当下保护信息安全的代名词。近年来，H.264/AVC采用先进的编码标准，以其低码率、高质量、网络适应性强等优点被广泛地应用于数字媒体中。这给数字水印技术带来了极大的挑战，结合H.264/AVC编码标准进行视频水印的研究将是一个新颖而富有挑战性的重大课题。
　　针对现有基于H.264/AVC的视频水印算法存在误差漂移的问题，文中在系统分析了误差漂移产生原因的基础上，提出一种能够有效抑制误差漂移的鲁棒性视频水印算法。该算法通过调制H.264/AVC编码中I帧量化后的4×4 DCT残差系数矩阵来实现水印的嵌入，并对帧内预测量化后满足特定条件的DCT子块的最后一行、列进行补偿和对帧间预测进行补偿，有效地抑制了帧内、帧间误差漂移。另外，该算法结合CAVLC编码来调制量化后的 DCT残差系数，使整体码流变动较小，并且算法能够根据不同视频序列自适应地调节嵌入容量及嵌入位置，具有较好的灵活性和鲁棒性。同时提取时，并不需要原始视频载体的参加，即很好地实现了盲提取。仿真结果表明，算法在具有良好不可见性的前提条件下，对压缩码率影响较小，能够较好地抵抗噪声、帧剪切、重编码等攻击。
　　在原有基础上，提出一种完全消除误差漂移的鲁棒性视频水印算法，通过调制I帧量化后的4×4 DCT系数，严格保证嵌入误差矩阵的最后一行和最后一列同时为0，如此便可完全消除帧内误差漂移的问题。同时，算法较好地利用了人眼视觉系统中的纹理掩蔽特性，选择纹理复杂的区域进行水印嵌入。首先，根据Weber定律确定纹理块作为待嵌入区域，然后，再根据相应条件选择最终的纹理块嵌入水印信息。本章从理论上和例证上说明了算法的正确性，也通过实验验证了算法的有效性。

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第一章 绪 论

1.1 本文研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 视频水印的应用

1.4 本文的主要工作

第二章 数字视频水印技术综述

2.1 数字水印技术概述

2.2 视频水印研究基础

2.3 本章小节

第三章 H.264/AVC视频编解码标准概述

3.1 H.264/AVC视频编码标准简介

3.2 H.264/AVC编解码器介绍

3.3 H.264视频编码标准的关键技术

3.4 本章小节

第四章 基于DCT系数的误差漂移补偿视频水印算法

4.1 嵌入失真分析

4.2 误差漂移补偿

4.3 水印的嵌入及提取过程

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小节

第五章 基于纹理特性的H.264/AVC视频水印算法

5.1 引言

5.2 人眼视觉特性（HVS）

5.3 根据Weber定律确定纹理区域

5.4 误差漂移补偿

5.5 嵌入提取过程

5.6 实验结果与分析

5.7 本章小结

第六章 结 论

6.1 本文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果