抗H.264压缩攻击的数字视频水印研究

摘要

目前，越来越多的视频产品能够得以广泛应用，主要是由于在视频数字化过程中采用了越来越先进的编码技术，大大降低了视频在存储和传输过程中所需的数据量。而H.264是ISO/ICE与ITU-T共同制定的新一代的视频压缩编码标准，无论是在压缩效率，还是在网络适应性方面都比以往的视频编码标准有明显的提高。随着先进编码技术的应用推广，研究与之相适应的视频保护技术也变得尤为重要。而数字水印技术正是解决多媒体信息安全的一种有效手段。本文主要结合H.264视频压缩标准，从视频产品的不同应用领域出发，分别从小容量水印信息和可支持较大容量水印信息两方面，研究了可抗H.264压缩攻击的鲁棒视频水印方案。本文的主要工作包括：
　　 1)分析以往典型的H.264视频水印算法的特点及性能的优缺点，根据数字视频水印不可见性和鲁棒性的要求，选择在I帧帧内4×4预测的亮度分量经DCT变换量化后残差系数的中频位置嵌入水印信息，为了实现水印嵌入、提取过程的简单快捷，采取一种通过4×4块中频位置四个系数非零值的奇偶性来表示水印信息的方法。
　　 2)由于视频产品应用领域的不同，视频中所携带的水印信息容量要求各不相同。且由于水印信息容量与鲁棒性之间存在固有的矛盾。因此，对于身份认证等应用，提出了一种结合纠错编码对水印信息预处理的小信息容量水印算法，在水印嵌入前对水印采取(5，2)码纠错编码进行预处理，再嵌入水印；对于版权保护等应用，提出了一种可支持较大容量水印信息的改进奇偶嵌入算法，根据H.264压缩编码DCT变换及量化的特点，提出一种改进的奇偶性嵌入算法来实现水印抗H.264压缩的性能。
　　 3)对各算法均进行了实验分析，结果表明提出的两种针对不同应用的算法，不仅具有水印不可见性的特点，对原始视频质量影响很小，而且抗H.264压缩攻击的性能很好，满足水印鲁棒性的要求。