基于H.264/AVC编码视频的信息隐藏方案研究

摘要

在现有诸多的视频编码标准中，由ITU-TVCEG和ISO/IECMPEG联合制定的H.264/AVC因其优越的压缩性能以及良好的网络适应性已经在光盘存储、数字电视、网络视频点播、多媒体通信等领域得到了广泛的应用。研究基于H.264/AVC的信息隐藏方法具有重要的意义。本文针对基于H.264/AVC的信息隐藏方案进行深入了研究，分别提出了一种大容量的后置数据嵌入方案及以一种强鲁棒性的前置数据嵌入方案。
　　 针对在H.264/AVC压缩域进行数据隐藏容易导致误差扩散问题，而且为了能够在较低运算的前提下尽量减小因数据嵌入而造成的画面失真，本文提出了基于快速重编码(FRCod)框架的数据隐写方法。该方法使用视频中已有的预测信息对视频重新进行编码，然后在编码过程中将隐秘数据嵌入Ⅰ帧的4x4块中。理论分析和实验表明，该方法能够在尽可能保留视频画面质量的前提下嵌入大量数据，而所需的计算复杂度不大，有利于实时应用。另外，针对部分算法在固定位置的系数上进行数据嵌入容易导致透明性变差的问题，本文提出了一种通过修改量化系数和的奇偶性来进行数据嵌入的新方案(SQCM)，从而提高了数据嵌入位置的随机性，更加有利于提高数据的安全。
　　 针对扩频水印鲁棒性高但容量小的问题，本文研究了基于量化的数据嵌入方案。将抖动调制和H.264/AVC所使用的整数DCT变换过程相结合，提出了基于DCT直流系数抖动调制(DCT-DC-DM)的数据嵌入方案。本文分析了DCT-DC-DM可能造成的失真及鲁棒性，并推导出了数据嵌入容量、鲁棒性、画面保真度之间内在的联系公式。根据该公式，可以通过选择不同尺寸的DCT变换和不同大小的抖动量阶来平衡嵌入容量、鲁棒性、保真度之间的矛盾。该方案可以根据数据隐写、鲁棒性水印等不同类型的应用需求方便地做出调整，因此具有良好的可控性和适应性。实验显示，在不使视频发生明显失真前提下，使用DCT-DC-DM方案可以良好的抵御视频的重编码攻击，也能抵抗椒盐、高斯等常见噪声的污染以及高斯滤波等常用滤波手段的攻击。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 信息隐藏的历史及现状

1.2.1 古典的信息隐藏技术

1.2.2 隐写术和透明水印

1.2.3 数字时代的信息隐藏技术

1.3 信息隐藏的概念及术语

1.3.1 信息隐藏的系统框架及术语

1.3.2 信息隐藏技术的评价标准

1.3.3 常用的信息隐藏技术

1.4 基于数字视频的信息隐藏方案

1.4.1 基于原始视频的信息隐藏技术

1.4.2 基于压缩视频的信息隐藏技术

1.5 本文的主要工作

1.6 章节安排

第2章 视频压缩标准H.264/AVC介绍

2.1 视频编码标准的发展历程

2.2 H.264/AVC的新特性

2.3 H.264/AVC的编解码框架

2.4 H.264/AVC的帧内预测技术

2.4.1 intra_16×16预测模式

2.4.2 intra_4×4预测模式

2.4.3 色度分量的帧内预测

2.5 H.264/AVC的帧间预测技术

2.5.1 宏块分割

2.5.2 非整数样点的差值过程

2.6 H.264/AVC的变换和量化过程

2.6.1 变换和量化

2.6.2 反量化和反变换

2.6.3 分级变换

2.6.4 变换和量化总结

第3章 基于快速重编码的H.264/AVC压缩域信息隐藏方案

3.1 H.264/AVC的压缩域信息隐藏基本方案

3.2 内置嵌入方案和后置嵌入方案分析

3.3 一种防止误差漂移的数据嵌入方案

3.4 帧内预测模式在重编码中的变化统计

3.5 基于快速重编码框架的信息隐藏方案

3.5.1 数据嵌入的基本框架

3.5.2 数据嵌入和提取过程

3.6 实验和分析

3.6.1 码流增幅

3.6.2 画面失真

3.7 本章总结

第4章 基于DCT直流系数抖动调制的鲁棒数据嵌入方案

4.1 引言

4.2 扩频水印的原理

4.3 抖动调制的原理

4.4 DCT-DC-DM5方案

4.4.1 数据嵌入和提取过程

4.4.2 参数设置分析

4.4.3 分级调制

4.5 实验结果和分析

4.5.1 画面保真度

4.5.2 码流增幅

4.5.3 抗编码攻击

4.5.4 抗滤波及噪声攻击

4.5.5 对比分析

4.6 本章总结

第5章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果