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数字视频水印技术的研究-毕设专业文献综述.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    数字视频水印技术的研究
    Digital Video Watermarking Technology research
    1 数字视频中的水印技术概述
    1.1　数字视频水印研究的要点
    1.2　数字视频水印的国内外研究现状
    1.3　数字视频水印技术的应用前景
    2 数字视频水印技术的实现原理
    2.1 数字视频水印系统流程
    2.2 水印的生成
    2.3 水印的嵌入
    2.4 水印的提取和检测
    2.5 数字视频水印的攻击
    3 数字视频水印技术中常见算法
    3.1 水印二值图像算法
    3.1.1 二值化算法
    3.1.2 二值序列加密算法
    3.2 视频压缩编码标准
    3.2.1 MPEG2(H.262)压缩编码标准
    3.2.2 MPEG4压缩编码标准
    3.3 数字水印嵌入提取检测算法
    3.3.1 离散余弦变换算法
    3.3.2 离散傅立叶变换算法
    3.3.3 离散小波变换算法
    4 数字视频水印技术实现的方式
    4.1 MATLAB实现数字视频水印技术
    4.1.1 MATLAB简介
    4.1.2 MATLAB函数简介
    4.1.3 MATLAB（DCT算法）实现代码
    4.2 VC++ 和MATLAB混合编程实现数字视频水印技术
    4.2.1 VC++ 简介
    4.2.2 VC++和MATLAB混合编程技术
    4.3 Java实现数字视频水印技术
    4.3.1 Java简介
    4.3.2 Java生成水印
    4.3.3 Java(DCT算法)数字水印代码
    4.4 三种实现技术的对比
    5 结论
    参考文献：
    大学 专业文献综述 题 目: 数字视频水印技术的研究 姓 名: 张 学 院: 计算机与信息工程学院 专 业: 计算机科学与技术 班 级: 学 号: 成 绩： 0 0 指导教师: 罗 职称: 2011 年 12 月 10 日 1
    数字视频水印技术的研究 张 指导老师：罗 摘要：数字视频水印是利用视频压缩技术结合数字水印技术在视频中嵌入水印， 用来保护视频版权。本文归纳了数字视频水印的发展背景、现状及应用前景，数 字视频水印技术的原理（包括：水印生成、水印嵌入、水印提取检测、视频压缩）， 算法（包括：离散余弦变换、离散小波变换、离散傅立叶变换、视频压缩算法）， 以及 VC++、Java、Matlab 仿真软件实现数字视频水印系统开发技术。通过对数 字视频水印算法、鲁棒性以及设计开发方面的研究总结，指出数字水印算法中离 散余弦变换算法将是未来数字视频水印技术的研究方向。 关键词：数字水印；视频；水印算法；视频压缩算法；鲁棒性 Digital Video Watermarking Technology research ZHANG Tutor：LUO Abstract: Digital video Watermarking is using video compression technology combined with digital watermarking technology embedding a watermark in the video,that used to protect video copyright.This article summarized the development of digital video watermark background, present situation and application prospect,principle of digital video watermarking technology(includes: extraction of embedding watermark generating, watermark, watermark detection, video compression),algorithm(Discrete cosine transforms, Discrete Wavelet transform, Discrete Fourier transform, The video compression algorithm),digital video Watermarking system with VC++,Java,Matlab simulation software development technology.Through the digital video Watermarking algorithm,robustness and design and development of research and summary,Points out that Discrete cosine transform algorithms on the Digital Watermarking algorithm is a research directions on Digital Video 2
    Watermarking Technology in the future. Key words:Digital Watermark; Video; Watermarking Algorithm; Video Compression Algorithm; Robustness 随着多媒体技术、通信技术以及大容量存储技术的发展，人们可以很方便的 通过互联网、DVD、VCD等方面获取到数字视频，还能通过相关软件进行复制、拷 贝操作，获得原始数据完全相同的复制品，由此引发的版权、知识产权问题也越 发严重。数字视频水印技术的出现能够有效的解决以上问题。 本文主要介绍了数字视频水印技术的原理以及水印生成、嵌入和提取所用到 的离散余弦变换算法、离散小波变换算法、离散傅立叶变换算法，并通过对实现 该系统的三种主流技术：Matlab编程、VC++和Matlab混合编程、Java编程进行了 对比，做出了相应的对比分析。在这些技术当中使用VC++和Matlab混合编程实现 离散余弦变换算法将会成为数字视频水印系统开发的主流技术。 1 数字视频中的水印技术概述 数字视频水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内 容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统觉察或注意到。 通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信 息或者判断载体是否被篡改等目的【1】。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究 方向。使用数字水印技术可以保证多媒体文件传播过程中的有效性，保护所有者 的版权。 1.1 数字视频水印研究的要点 要想深入研究数字水印技术，必须要了解数字水印的几大特性【2】： 1）水印容量：嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者， 并且嵌入水印的过程对视频的编码和解码速度不造成太大的影响。 2）安全性：嵌入的水印算法必须严谨，难以被人为的篡改或仿造，应做到未 经授权的人员无法检测、提取或移除水印。 3
    3）不可察觉性：也称为透明性，嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或 不可察 觉。但是为了增强鲁棒性，就需要增强水印的强度，这样往往会导致视 频质量下降，因此需要折中进行。 4）鲁棒性：在不明显降低视频质量的条件下，水印很难除去。即便对视频进 行压缩、格式转换等常规操作之后，水印检测系统依然能检测到水印。 5）盲检测：水印检测时不需要原始视频，也就是说即使对视屏进行重新编码、 转码、或者压缩视频，水印系统依然能够正确的检测出原有水印，该特性部分取 决于鲁棒性。 6）可逆性：如果包含数字水印的视频可以授权用户从作品中除去，则称之为 可逆水印，反之则成为不可逆水印。 综合以上的特性，可以按可见性、安全性、适应性、嵌入域等分为以下几类： 表 1-1 数字视频水印类别对比分析表 Digital video watermarking category comparison and analysis chart 分类 类别名称 类别特点 可见性 安全性 嵌入域 适应性 公开性 不可见水印 多用于需要版权保护且不能影响视频观看体验的数字视频中。 可见水印 多见于宣传视频、网站流媒体视屏，用于广告宣传等。 鲁棒水印 不会被常规处理操作去除，可经受任何不至于破坏原作品的操作而保存。 脆弱水印 弱水印对处理操作极为敏感，任何极微小的改动都会将水印破坏掉。 时域水印 直接在载体数据的时间域或空间域上嵌入，其鲁棒性不高。 变换域水印 对载体数据进行各种变换后嵌入，具有更好的鲁棒性 非自适应水印 独立于原始作品，可以是随机用算法生成的，也可以是事先给定的。 自适应性水印 利用原始作品的特性而生成的，便于载体作品的自恢复。 公开水印 私有水印 检测时不需要原始数据并且水印是有意义的信息。公开水印更符合所有权验 证的需要，是水印算法发展的方向。 在检测过程中需要原始数据。私有水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储 成本的限制。 1.2 数字视频水印的国内外研究现状 在国外，1994 年的ICIP会议上，Van Schyndel第一次提出了数字水印的概 4
    念，并发表题为“A Digital Watermarking”的文章【3】。之后国际学术界陆续发 表了很多关于数字水印技术的文章，一些具有国际影响力的权威学术期刊，如 IEEE、SPIE、ACM等都有数字水印方面的专题。随着水印技术研究的进行，美国 Digimarc公司率先推出了第一个数字水印软件，之后又为Adobe公司的PhotoShop 和CorelDraw图形处理软件开发了相关的插件。1996 年 5 月，第一届信息隐藏学 术会议（IHM）在英国剑桥牛顿研究所召开。 在国内，数字视频水印技术的研究稍晚一些，由于该研究的专业性比较强， 因此，国内在此方面的研究多以专业的研究机构或高等院校为主，例如中国科学 院自动化研究所、北京邮电大学、浙江大学等。从 1999 年 11 月份，国内召开了 第一届全国信息隐藏研讨会（CIHW），该会议着重讨论我国信息安全领域中信息 隐藏以数字水印的相关技术。九届全国会议的成功举行推动了我国信息隐藏研究 的发展。第十届全国信息隐藏暨多媒体信息安全学术大会（CIHW2012）将于 2012 年 4 月在北京召开，大会将特邀著名专家学者做学术报告。 1.3 数字视频水印技术的应用前景 数字视频水印的基本思想是在原始媒体数据中，如音频、视频、图像等，隐 藏具有一定意义的附加信息作为标记，这些信息与原始数据紧密结合，并随之一 起被传输【4】。在接收端，通过计算机水印信号被提取出来用于各种目的，主要 应用于数字签名、数字指纹、广播监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。数 字视频水印技术应用在多媒体视频上的防伪与版权保护具有其他防伪技术难以 替代的优点，数字视频水印防伪技术具有安全可靠，易分辨、易识别、检测提取 易操作，难以伪造，适应性强等特性,它不需增加用户的固定资产投资和使用特 殊材料，仅需通过专用软件处理就可将防伪信息嵌入到多媒体文件中,也可以在 普通打印机上嵌入数字水印软件，实现打印票据和文件的防伪。而且现有的高分 辨率数码相机和扫描仪、彩色复印机等均不能复制、拷贝(因为数字水印在载体 中成离散状态)，其经济社会价值十分巨大【5】。 2 数字视频水印技术的实现原理 2.1 数字视频水印系统流程 数字视频水印系统分为三个方面：水印的生成、水印的嵌入、水印的提取检 5
    测。水印的嵌入需要视具体的情况而定，再能保证水印信息足够抵御各类压缩、 转码、攻击后还能被识别的前提下，尽可能的不去破坏原有视频的品质。从信号 的角度分析，水印较原始视频信号而言属于微弱信号，嵌入的过程相当于将水印 的弱信号叠加到视频信号中去，当水印信号低于引起人的视觉及听觉所能感知到 的最低门限，那么嵌入水印既能保证提供数字版权信息，又能不破坏原始视频的 感官质量【6】。系统流程图如下： 开始 素材预处理 是否加密 否 生成水印 是 密钥 原始视频 嵌入水印 水印攻击 提取检测水印 水印是否加密 是 解密水印 否 显示水印 结束 图 2-1 数字视频水印系统实现流程 Fig.2-1 Digital video watermarking general implementation flowchart 6
    2.2 水印的生成 水印生成(Generating)，就是将待添加的水印文件，如文本、图像等经过相 关的计算，转化成水印信号，大多数水印生成算法都要求将其转换为二值序列， 此过程预处理素材图像为灰度图像【7】，然后通过设定门限阀值或矩阵将灰度图像 进行二值化，获取二值矩阵序列，通过密钥对二值序列进行加密，用来保护水印 从一定程度上防止被攻击，提高鲁棒性。 在进行图像灰度化处理中要对水印素材图像进行预处理，如果是彩色图像就 要对图像进行灰度处理，如果本身就是灰度图像则对其进行阀值调整，然后获取 图像直方图，通过分析直方图信息选择合适的算法获取图像的二值序列，最终获 得二值图像。水印生成算法图如下（图 2-12）： 素材图像 密钥 灰度图像 二值图像 水 印 生 成 算 法 加密水印 图 2-2 水印生成图 Fig.2-2 Watermarking generation model 2.3 水印的嵌入 水印的嵌入过程就是把已生成的水印与原始的视频经过叠加操作，其中也可 能包含随机插入与量化操作，在原始视频的特殊位置，如开始、结束、或高潮部 分尽可能添加高强度度的水印信号，同时也能在嵌入的过程添加密匙文件，用来 控制水印插入的时间、强度、位置等，从而增强水印的鲁棒性，嵌入水印的过程 也是整个水印系统重要的环节【8】。水印的嵌入图如下（图 2-3）： 7
    原始视频 加密水印 水印嵌入算法 水印视频 图 2-3 水印嵌入图 Fig.2-3 Watermarking embedding model 2.4 水印的提取和检测 水印的提取过程是水印嵌入的逆过程，水印的检测过程是指从已添加数字水 印的视频中提取出水印信号，并经过还原算法（如果水印经过加密则需要提供水 印生成时的密钥进行还原），尽可能准确的还原出原有的水印文件，再判断是否 与原水印相符【9】。因为视频在公开发布后用户或者他人会对视频进行水印攻击、 压缩、转码等一系列破坏原有视频结构的操作，会损伤数字水印，使得无法正常 提取到数字水印，因此可能需要使用最初的生成水印的视频作为模版参与视频提 取、比对过程，然后进行判断视频的哪些部分被修改或者被非法的盗用。水印的 提取和检测过程也是整个数字视频水印系统的最后一个环节。水的提取检测图 （图 2-4）： 密钥 水印提取算法 水印图像 水印视频 加密水印 图 2-4 水印提取检测图 Fig.2-4 Watermarking extraction model 8
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