基于矩的视频鲁棒水印技术研究

论文摘要

数字水印技术(Digital Watermarking)是在不影响原始数据正常使用的情况下嵌入版权信息,并且该信息不易被除去,只有专用的水印提取算法才能检测其中的信息。因此,数字水印技术作为数字产品版权保护的有效手段,成为多媒体信息安全研究的重点。本文重点研究数字视频水印处理算法与理论,系统地综述了数字视频水印处理技术的特征、分类以及国内外研究现状,并深入分析了数字视频水印处理系统中的关键技术,主要包括水印嵌入策略和水印面临的攻击等内容。并结合图像矩理论的发展历程,详细分析矩理论在数字水印技术领域的应用。本文的主要贡献概括如下:1.针对现有视频水印算法很少考虑视频帧中确定的目标区域这一问题,提出一种基于Krawtchouk矩的视频水印算法KVW (A Krawtchouk Moment Based Video Watermarking Scheme)。该算法利用Krawtchouk矩出色的目标区域提取能力,选取视频I帧中较为重要的信息区域作为水印的嵌入域。结合Krawtchouk低阶矩对剪切攻击的鲁棒性以及视频帧间相似度较高的特点,选择I帧和相邻P帧中相对稳定的低阶Krawtchouk矩作为最优矩集合。根据随机水印比特自适应地修改集合中的矩,并对差矢量进行Krawtchouk矩重构,通过将差值图像在空域迭加到I帧嵌入水印。水印检测时,首先计算受攻击I帧的Krawtchouk矩,以最优矩集合作为密钥,用相邻P帧Krawtchouk矩替代原始I帧数据提取水印,改善算法对原始数据的依赖性。实验结果表明,KVW算法在保证获得很好图像质量的同时,能够很好地抵抗帧剪切攻击以及常规的信号处理。2.针对几何攻击容易使常规水印算法检测失败的问题,利用Tchebichef矩出色的重构性能,结合图像归一化,提出一种基于Tchebichef矩的抗几何攻击视频水印算法GWTM (Geometrically Robust Video Watermarking Based on Tchebichef Moments)。该算法在水印嵌入和提取之前对视频I帧进行几何失真的归一化,根据Tchebichef矩系数的特点,进行矩幅度修改量测试,筛选出最优矩集合。根据水印比特自适应地修改集合中的矩,并对修改后的矩进行Tchebichef重构,实现水印的嵌入。水印提取时,以最优矩集合为密钥,通过与原始I帧的Tchebichef矩幅度比较提取水印。实验证明,GWTM算法能够抵抗任意角度的旋转攻击、缩放攻击及常规的信号处理攻击。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频水印技术的应用领域
• 1.3 视频水印技术的研究现状
• 1.4 论文的主要工作和章节安排
• 1.4.1 论文主要工作
• 1.4.2 论文章节安排
• 第二章 视频水印系统的主要特征和关键技术
• 2.1 视频水印系统的主要特征
• 2.1.1 视频水印系统的基本特征和度量标准
• 2.1.2 视频数字水印系统的特殊性
• 2.2 视频数字水印关键技术
• 2.2.1 嵌入策略
• 2.2.2 视频水印所面临的攻击形式
• 2.3 视频数字水印技术分类
• 2.4 经典视频数字水印算法
• 2.4.1 原始视频水印
• 2.4.2 压缩视频水印
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于矩的数字水印技术
• 3.1 图像矩理论
• 3.1.1 图像的矩
• 3.1.2 矩函数的定义及发展
• 3.2 基于矩的数字水印算法
• 3.2.1 基于连续正交矩的数字水印算法
• 3.2.2 基于离散正交矩的数字水印算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于 Krawtchouk 矩的视频水印算法
• 4.1 Krawtchouk 离散正交矩理论
• 4.1.1 Krawtchouk 正交多项式
• 4.1.2 图像的Krawtchouk 矩
• 4.1.3 Krawtchouk 矩目标区域提取
• 4.2 基于Krawtchouk 矩的视频水印算法
• 4.2.1 算法总体思想
• 4.2.2 对矩的修改
• 4.2.3 矩的选择
• 4.2.4 水印嵌入
• 4.2.5 水印检测
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于 Tchebichef 矩的抗几何攻击视频水印算法
• 5.1 Tchebichef 离散正交矩理论
• 5.1.1 Tchebichef 正交多项式
• 5.1.2 图像的Tchebichef 矩
• 5.1.3 Tchebichef 矩的重构性能
• 5.2 图像归一化
• 5.2.1 旋转归一化
• 5.2.2 缩放归一化
• 5.3 基于Tchebichef 矩的抗几何攻击视频水印算法
• 5.3.1 算法总体思想
• 5.3.2 对矩的修改
• 5.3.3 矩的选择
• 5.3.4 水印嵌入
• 5.3.5 水印检测
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文主要完成的工作
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间的研究成果