匹配追逐算法在视频压缩加密中的应用与改进

摘要

近年来，随着计算机、数字通信、多媒体和网络技术的发展，信息在急剧膨胀，图像与视频作为信息最重要的载体之一，已经深入人们的同常生活。如何对海量的原始视频数据进行编码压缩，一直是一个重要的研究课题。为保障视频安全传输的视频加密技术，也是在一定的压缩框架下进行的。目前视频压缩领域广泛采用的是MPEG系列以及H.26x系列视频压缩标准，这些标准都利用了离散余弦变换(DCT)将信号分解到频谱进行压缩。在低码率的情况下，基于DCT变换的压缩方法使得压缩后的视频质量较差，甚至会有明显的块效应。而对变换系数进行完全置乱的加密方法又会破坏变换后系数分布的统计特性，导致比特率增加，使得视频加密降低了压缩性能。 针对上述问题，我们将匹配追逐算法引入视频压缩加密领域。通过利用匹配追逐算法的超完备基特性，每次匹配分解都最先得到信号能量最重要的部分，使得匹配追逐算法在低码率下的视频压缩性能优于基于DCT的方法。而超完备基分解后系数的随机分布也使得完全置乱对码率没有影响，有利于在视频加密中提高安全性。 本文利用Gabor函数构造匹配追逐算法的基函数，搭建了基于匹配追逐算法的编解码器模型，实现了基于匹配追逐的视频压缩技术。通过与H.263进行比较，验证了匹配追逐算法在低码率下视频压缩的优势。本文还在上述模型的基础上构造了加密方法。通过实验，比较了匹配追逐算法与基于DCT的压缩加密方法的性能。同时，针对匹配追逐算法运算量巨大等缺点，本文提出了几种对匹配追逐算法的优化与改进策略，如分块策略、收敛判决准则、基函数选取等方法，这些策略在不同程度上提高了匹配追逐算法的性能。

目录

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摘要

第一章绪论

1.1论文选题依据

1.2视频压缩技术研究现状

1.3视频加密技术研究现状

1.4本文章节安排

第二章视频压缩标准简介

2.1 MPEG-1

2.2 MPEG-2

2.3 MPEG-4

2.4 H.261

2.5 H.263

2.6最新视频压缩国际标准H.264

2.6.1 H.264概述

2.6.2 H.264中的VCL的新技术

第三章视频加密方法简介

3.1密码学基础

3.2视频加密算法的要求

3.3视频加密算法概述

3.3.1完全加密

3.3.2空域选择加密

3.3.3变换域加密

3.3.4熵编码过程加密

3.3.5部分码流加密

第四章匹配追逐与信号的稀疏分解

4.1匹配追逐算法概述

4.1.1基本概念

4.1.2快速算法

4.1.3收敛准则

4.1.4收敛特性

4.1.5后投影

4.1.6正交匹配追逐

4.2匹配追逐算法对信号的稀疏分解

4.2.1字典的获取

4.2.2对随机高斯信号的分解

4.2.3对方波加噪信号的分解

4.2.4小结

第五章基于匹配追逐的视频压缩加密

5.1构造二维Gabor基

5.2基于匹配追逐算法的编解码器模型

5.3运动残留信号编码

5.3.1分解系数

5.3.2系数编码

5.4加密

5.5实验结果

5.5.1匹配追逐方法与H.263的编码效果比较

5.5.2匹配追逐方法与DCT的编码效果比较

5.5.3加密效果

第六章算法优化与改进

6.1分块策略

6.1.1能量最大块的优先策略

6.1.2加权能量搜索策略

6.2能量收敛准则

6.3基函数的选取

第七章结束语

参考文献

致谢

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