视频版权保护和内容认证的水印技术研究

摘要

随着互联网和移动通信网络业务的发展，以及手机、IPAD等多媒体终端的普及，视频点播、视频分享网站、网络电视等各种多媒体产业得到飞速发展，而多媒体视频的版权保护和内容安全问题也日益严重。视频水印技术是一种保护作品版权和防止作品被恶意篡改的有效手段。本文在分析了现有的视频水印算法的基础上，结合 H.264视频压缩标准的编码特征，提出了基于运动矢量镜头分割的视频水印算法和基于时空特征分析的半脆弱可逆水印算法，分别应用于视频的版权保护和内容认证。论文的主要工作如下：
　　（1）为解决多媒体视频版权保护问题，提出了一种基于运动矢量进行镜头分割的视频水印算法。首先，采用基于运动矢量的方法对视频进行镜头分割，提高镜头检测的准确性；然后，对分割后的每个镜头提取关键帧，结合人类视觉特性计算每个宏块JND大小，选取出关键帧中合适的宏块进行水印嵌入。实验结果表明，本文提出的算法能够准确执行视频镜头分割，提取出关键帧，寻找到合适的水印嵌入位置。水印嵌入实时性高，不可感知性较好，具有抗高斯噪声、帧删除、帧交换等攻击的鲁棒性，且对码率影响较小，能够很好地应用于视频的版权保护中。
　　（2）为了对视频内容进行验证，针对视频可能遭受的各种攻击问题，本文提出了一种适用于H.264/AVC视频流的基于时空特征分析的可逆半脆弱水印认证方案。算法通过计算I帧每个4×4子块的预测块和残差块低频DCT中低频系数能量之和的关系生成认证码，利用混沌序列消除块组能量之间的相关性，提高认证码的鲁棒性，再通过加密等处理生成水印信息。算法对视频进行时空分析，选取出适合嵌入水印的4×4子块，提高了水印嵌入的不可见性，且对码率影响较小。算法通过可逆的方式将水印嵌入到所选4×4子块的最后一个非零系数上。水印嵌入在熵解码后进行，由于没有进行运动补偿，不会产生误差漂移。实验结果表明，该算法对视频质量和码率的影响较小，对各种恶意攻击敏感性较高，并且能对认证通过的视频数据进行还原、对认证失败的视频I帧遭篡改区域进行有效的定位。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作与内容安排

第二章 基础知识

2.1 基本概念

2.2 视频水印技术分析

2.3 现有视频水印算法

2.4 本章小节

第三章 基于运动矢量进行镜头分割的视频水印算法

3.1 现有研究工作与问题描述

3.2 镜头分割技术分析

3.3 基于运动矢量进行镜头分割的视频水印算法

3.4 实验仿真与结果分析

3.5 本章小结

第四章 一种基于半脆弱水印的视频内容认证方案

4.1 现有研究工作与问题描述

4.2 视频认证技术分析

4.3 一种基于时空特征分析的可逆半脆弱视频水印算法

4.4 实验仿真与结果分析

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢