基于内容的视频安全认证关键技术研究

摘要

近年来互联网的快速发展和多媒体信息处理技术的进步，使得人们可以方便地利用一些处理软件对多媒体数据进行内容修改、拷贝或传播。这给保护视频等多媒体信息的版权，保证多媒体信息内容真实性和完整性带来极大困难，对多媒体内容的保护已成为迫切需要解决的问题。多媒体认证就是为解决此问题而提出的，应用多媒体认证技术可以确认多媒体信息是否完整，有无篡改及其来源是否可靠。目前，视频认证成为多媒体认证技术领域的研究热点问题。 视频认证技术可分为两类：基于内容的数字签名和数字水印技术。本文介绍了基于内容的数字签名方法的模型并分析其典型算法，指出存在的一些局限性；然后着重介绍数字水印技术，在分析数字水印技术基本框架、信道容量及性能参数的基础上，研究了现有保护视频、图像等多媒体内容的部分代表性数字水印算法，并分析了针对这些算法的攻击手段。 在深入研究现有算法的基础上，本文提出了一种基于非对称水印的视频认证改进算法。算法对认证信息的生成和嵌入过程都作了改进，对算法的仿真和测试结果表明：(1)由于每个DCT块嵌入认证信息减少，算法对图像质量的影响大大下降，水印图像PSNR值比原算法提高4.4dB；(2)认证信息嵌入的次数比原算法大，因此对于抵抗根据已知公钥对私钥进行的攻击更加鲁棒，并且在自校正的过程中由于嵌入次数高，减少了水印信号的失真；(3)算法中采用BCH纠错编码，进一步增强了水印对抗噪声、有损压缩及其他图像处理的鲁棒性。 当前视频认证面临的一个技术难点就是研究一种认证算法使其能够很好的抵抗视频帧序列的攻击（例如帧替换、帧删除和帧交换等）。解决这个问题的一种方法是用音频数据来辅助视频内容的认证。根据这种思想，本文提出一种基于内容的音视频交叉认证算法。该算法可以在认证音频及视频内容的同时认证视频帧序列的完整性。对算法的仿真与测试结果表明：(1)该算法体现了良好的透明性，在音频和视频中嵌入认证信息的操作是不可察觉的。(2)对视频的有损压缩、添加对象等操作，对音频内插、添加噪声等操作有较强的鲁棒性。(3)音视频流遭受攻击后，仍能正确提取帧序号。最后探讨了此算法在流媒体认证系统中的应用。