《信号处理》课件06.2 视频信息隐藏与水印算法.pptx
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1、数字视频水印的性能要求n视频序列可以认为是由一系列连续的静止图像在时间域构成的序列,因此视频水印技术与静止图像水印技术在应用模式和设计方案上具有相似之处 n但是,视频序列与静止图像之间存在着一定区别,使得视频水印除了应具有静止图像水印的一般特点(如安全性、可靠性、鲁棒性、不可感知性)外,还必须具有一些特殊要求 1数字视频水印的性能要求n盲检测:由于视频信息量大,水印提取过程要求保留原始视频信息几乎是不可能的 n实时性:要求算法简单,速度快n对视频水印的攻击特殊:n帧删除、帧插入、帧重组等视频编辑处理 2数字视频水印的性能要求n对视频水印的攻击特殊:n统计平均攻击(对局部连续的帧求平均,以消除水
2、印)n共谋攻击:从单个帧中估计出水印,再从每帧中减去水印(如果在所有帧中嵌入相同的水印)n应与视频编码标准相结合nMPEG-1,MPEG-2和MPEG-4n加入水印不应增加视频流码率n视频水印采用变长编码,嵌入水印不应该改变视频流码速率。34视频水印的应用n版权保护n隐含标识n信息认证n隐蔽通信 n完整性保护5应用例1nDVD版权保护系统 nDVD防拷贝系统 n水印信息包含:禁止拷贝、允许一次拷贝、允许N次拷贝6应用例2n视频点播(VOD)管理系统 7应用例2n嵌入版权标识和用户标识两个水印n版权标识:在服务器端,水印系统将视频产品的版权信息嵌入到视频之中,达到标识视频作品版权的目的 n用户标
3、识:将不同的客户标记嵌入到用户点播的视频码流中,实现信息追踪管理的目的 n可以在发送端完成n也可以在客户端的机顶盒上完成 数字视频编码标准MPEG-2 n压缩编码需求n原始视频:160Mbpsn1G硬盘存储量100分钟n会议电话384kbps,1秒视频7分钟n卫星通信数字电视6Mbps,1秒视频26秒n压缩数据满足应用需求nMPEG-1:1.2MbpsnMPEG-2:DVD(4-8Mbps)HDTV(10-15Mbps)89数字视频编码标准MPEG-2 n基本原理n对各种图像数据冗余度及视觉冗余度的压缩,包括统计冗余度的压缩,空间冗余度的压缩,时间冗余度的压缩和视觉冗余度的压缩 10nMPEG
4、-2视频被描述为一系列连续的画面,而每幅画面看成是二维的象素阵列。每个象素的彩色表示包含三个分量,Y(亮度)和两个色度分量Cb、Crn数字化视频的压缩主要是基于以下几种技术:色度信息的子采样,量化,运动补偿,基于DCT的频率变换,可变长编码VLC和画面的插补 11n色度信息的子采样 nHVS对图像的亮度分量最敏感,因而Y象素以满分辨率编码。对于色度分量,HVS不是很敏感,可通过与平滑处理过程相结合n预测编码 n在很小的一个空域内象素值的变化不会太大,对差值进行编码12n运动补偿n通过对一幅已知画面中的相邻象素值的块进行重定位来达到对另外一幅图像中的一块象素值进行预测的目的 n运动被描述成一个二
5、维的矢量,该运动矢量指明从先前已解码图像的什么地方去检测一块象素来预测当前块中的象素值 n这种技术基于以下事实,即相同场景下短画面序列中,大部分物体在同一位置保持不变,只有部分物体移动很短的距离 13n频率变换n将图像按88分块做DCT,得到88的频域系数矩阵 n画面插补 n如果解码器要从前一幅和后一幅图像来重构一幅图像,那么中间的图像就可以通过插补的技术,即双向预测来重构n中间图像的象素块的值可以进行前向预测和后向预测,也就是通过运动矢量把已知象素块作平移而获得,解码器可以将前后图像的预测值的平均值作为指定块的象素值 14编码后的视频流n由相互间有预测和生成关系的一组I、B、P图像构成n头一
6、帧图像总是I帧,用于视频随机访问同步,其压缩比属于中等nP帧称为前向预测帧,由前面的I图像或P图像进行预测得到,压缩率较高nB帧称为双向预测帧,同时由前面的I或P图像及后面的P图像或I图像预测得到,压缩率较高,含场景突变信息 15视频水印的分类n按水印技术是否与内容相关分类n第一代视频水印:与视频内容无关nMPEG1和MPEG2:帧内图I、预测图P、双向预测图B n第二代视频水印:基于内容的视频水印nMPEG4标准首次以视频对象(Video Object)概念来实现基于内容的表示,视频对象主要被定义为画面分割出来的不同物体,通过运动信息、形状信息、纹理信息来描述 16视频水印的分类n按照水印嵌
7、入的策略分类 n在未压缩域中:移植静止图像的水印技术,结合视频帧结构特点,形成适用于视频的水印方案n在视频编码器中:通过修改变换域系数,能得到较好的视频质量和较强的水印抗攻击能力,同时不会增加数据比特率n在视频码流中:最大优点就是不需要完全解码和再编码,提高了水印嵌入和提取的效率,但是能够嵌入的水印容量受到较大的限制,而且水印的嵌入有可能对视觉产生影响 17视频水印的分类n按照水印技术适用的视频载体分类 n基于MPEG1或MPEG2标准:如在未压缩域对视频帧进行水印嵌入,或者在视频压缩编码中进行嵌入修改,也有直接将水印信息嵌入到压缩码流中 n基于MPEG4标准:先提取视频对象,然后选择视频对象
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