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作为学术界和工业界关注的热点之一,数字水印被认为是一项在数字版权保护方面非常具有潜力的技术。人们对水印技术在标识所有权、跟踪使用、保证合法授权访问、阻止非法复制和对内容进行认证等方面的应用潜力进行了大量研究,但是其应用和发展中仍有许多问题需要解决,鲁棒性是关键问题之一。
鲁棒性是指经过常规信号处理后的水印检测能力。对数字视频水印而言,常规信号处理可能导致光度失真、空间同步失真和时间同步失真。目前针对数字视频水印的鲁棒性的研究成果有不少,但都还不能有效同时抵抗这三类失真以及组合失真。
本文在前人工作的基础上,对这一问题进行了深入研究,得到了一些新的有意义的成果。概括起来,本文的创新点主要表现在以下几个方面:
1)提出了基于帧间能量差分的水印算法(WDEF)通过调整帧亮度分量的分块DCT变换的中频系数,来改变帧间中频能量差分的符号,以此来嵌入水印。该算法可以有效抵抗非等比放缩、旋转、透视、裁剪等多种类型的空间同步失真,并且可用同时抵抗噪声、滤波、幅度调整等多种类型的光度失真。
2)提出了基于帧间能量差分的自适应水印算法(AWDEF)该算法可以根据被调整的分块DCT变换中频系数绝对值的大小,自适应地选择乘法或者加法来修改,其中,乘法阈值可以随帧间整体差异和帧间图像块的局部差异来进行自适应调整。同时,本文还给出了限制系数调整幅度的方法。除了WDEF算法可以抵抗的失真外,AWDEF算法对于有损压缩具有非常强的抵抗力。
3)提出了对抗时间同步失真的一般水印算法对于采用沿时间轴嵌入的水印方案,提出了利用沿时间轴冗余嵌入技术和局部镜头边界搜索技术来抵御时间同步失真的一般水印算法。该算法以镜头边界作为水印嵌入和检测的候选同步点,通过镜头边界集合中局部范围的穷举搜索来查找水印序列对应视频片段的起点和终点,并采用以“视频单元”为水印嵌入单位,以提高水印嵌入的冗余度,以抵抗帧频变换、丢帧、插帧等时间同步失真。
4)提出了基于视频单元间能量差分的水印算法(AWDEVU)该算法采用本文提出的对抗时间同步失真的一般水印算法来获得水印位嵌入和检测的同步信息,通过调整相邻视频单元的中频能量差分来嵌入水印。同时利用本文提出的自适应水印技术增强嵌入强度。除了AWDEF算法能有效抵抗的各种空间同步失真和光度失真外,AWDEVU更可以有效抵抗随机帧插入、随机帧删除、帧频变换等时间同步失真,而且能抵抗多种包括了时空同步及光度的联合失真。以上这些水印方案都在不同程度上提升了水印抵抗时、空同步失真、光度失真以及多种失真类型的联合失真的鲁棒性。