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基于脆弱水印的H.264/AVC视频认证技术研究

刘洋  
【摘要】:随着互联网技术和计算机技术的发展以及以H.264/AVC编码的视频的广泛应用,人们急需对H.264/AVC视频的内容完整性做认证。脆弱水印技术不允许认证对象有任何一点的篡改,可以用来对内容完整性认证。所以,研究H.264/AVC的脆弱水印技术非常有意义。 本文提出并改进了两种用于H.264/AVC内容认证的脆弱水印算法,主要工作如下: 第一种算法,将由Ⅰ帧重建帧的Hash值用流密码加密后,生成的一个具有同步功能的水印信息,嵌入到当前GOP组的P帧和B帧之中。嵌入方法的基本思想是根据嵌入信息修改16×16宏块的拖尾系数的个数,结合田和赵等人的算法能够实现每嵌入5比特水印信息至多修改一个4×4子宏块的拖尾系数。实验结果表明,将水印信息嵌入到P帧和B帧,能够减少失真漂移;本算法具有对Ⅰ帧完全级的保护能力,同时还具有对帧删除,帧增加的鉴别能力,对P帧和B帧的内容篡改具有一定的篡改定位能力;嵌入水印后并不会给视频带来较大的视觉失真和比特率增加。 为了增强对P帧和B帧的认证能力以及避免失真漂移。本文又提出了一种H.264/AVC的可逆脆弱水印算法。该算法首先基于直方图特征函数质心原理计算一组滤波前重建视频帧的特征,然后把由特征、设备编号和时间戳生成的唯一认证水印信息,通过可逆的算法嵌入到下一个Ⅰ帧亮度分量残差的量化后DCT系数上。嵌入算法的基本思想是把待嵌入4×4子宏块的系数个数修改为所在宏块中最多,使之嵌入水印后具有两个特点之一:一是系数个数最多且最后一个非零系数为-1,二是最后一个系数为所有宏块最后一个系数中绝对值最大。验证时,只需把从待验证视频中提取的认证信息与重构的认证信息进行比对就能实现认证。实验结果表明,本文提出的算法能够成功地嵌入和提取出水印信息并正确地恢复系数;算法对帧内内容篡改、帧删除、帧插入、帧交换、重压缩、常规信号处理等篡改非常敏感;此外,嵌入容量大,同时对视频的质量和压缩比特率影响较小,能够对视频帧的所有颜色分量进行完整性认证。


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