多媒体信息安全和版权保护技术研究

多媒体技术和计算机网络技术的飞速发展，使得数字产品的复制、发布和传播越来越容易。这给人们带来便利的同时，也给非法复制、盗版和传播带来了可乘之机，因而数字产品的版权保护成为人们日益关切的重要内容。

数字水印技术作为解决多媒体版权保护的一项重要技术，成为多媒体信号处理领域的一个热点。

本项目的主要研究成果有以下五项：

1. 研究鲁棒的数字视频水印系统。我们提出了一种基于三维复小波变换（3D-CWT）的盲视频水印算法。复小波域水印嵌入算法较实小波域（3D-DWT）的算法具有更好的不可感知性。同时，该算法对帧平均、帧切除等攻击具有很好的鲁棒性。

与以往基于视频帧时序结构的视频水印同步算法不同，我们提出了一种基于视频内容特征的水印同步算法，即基于三维小波变换（3D-DWT）以及ICA（Independent Component Analysis）的视频水印盲提取算法。该算法首先利用基于模糊聚类神经网络和模糊图论聚类相结合的双层聚类结构将视频流划分成对应不同场景的视频镜头，以作为数字视频水印的候选宿主视频子序列。其次，将视频镜头分割好的序列映射到3D DWT域，将得到的近似分量标记为LLL。最后，运用ICA处理这些近似分量得到其主成份，该主成份经维纳滤波后使用SWE算法对其进行水印嵌入。该算法的优点主要表现为：

（1）视频序列经过三次低通滤波后得到LLL分量，由于该分量反映了视频序列的静态信息，因此较中高频分量更加稳定，并且LLL分量的能量比较集中； （2）把LLL分量作为ICA算法的观测向量，所以ICA算法的运算时间较直接把视频序列每一帧作为观测向量要小很多，从而大大提高了算法的实时性； （3）算法的抗攻击性能得到提高，可以有效抵抗帧平均、帧交换、MPEG压缩等攻击类型。

2. 研究基于图像特征的抗几何攻击水印算法。我们提出了一种基于仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法。该算法由两个主要方面组成：

（1）提取仿射不变局部特征。通过仿射不变点检测器提取特征点，根据特征点构造仿射不变区域，这些区域可以作为水印嵌入的候选区域； （2）通过模糊推理系统（FIS）调整水印嵌入强度。水印嵌入强度对水印算法性能（不可感知性和鲁棒性）有很大影响，该方法利用模糊推理机制自适应调整嵌入强度。实验结果表明，该算法对一般信号处理（包括滤波、噪声失真和JPEG压缩等）和多类几何攻击具有显著的鲁棒性。

在仿射协变特征区域进行深入理解的基础上，我们提出了一种基于归一化仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法。该算法充分利用仿射协变区域的局部性、仿射性、多样性。在嵌入水印前，椭圆的仿射协变区域经过局部归一化和主方向归一化后获得具有几何不变性的圆形区域；一维随机水印变形成二维的圆形水印，进一步加强对旋转的不变性；最后在空域中直接叠加水印。大量的实验结果证明该算法克服了已有算法不能抵抗局部几何攻击的问题，对全局几何攻击和局部几何攻击均获得了很好的鲁棒性。

3. 研究基于图像特征的抗几何攻击水印算法。我们提出并实现了一套由第三方提供的数字视频水印评测系统—Vidmark1.0。该系统得到了西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会的充分肯定和高度评价。

4. 研究基于部分参考型的视觉质量评价方法。我们提出并实现了一套由第三方提供的数字视频水印评测系统—Vidmark1.0。该系统得到了西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会的充分肯定和高度评价。

5. 研究基于H.264/AVC视频编码标准的码率控制方法。我们充分考虑了图像帧中各宏块的运动复杂度，根据宏块的运动复杂度自适应地划分基本单元的大小。与已有经典方法相比，我们所提出方法产生的码率波动与经典算法产生的最小码率波动相当，但其运算复杂度将明显低于经典算法在最小码率波动时所对应的计算复杂度。

本项目发表学术论文10篇，其中SCI检索1篇，EI检索6篇。同时，申请发明专利2项，获得软件著作权1项。

多媒体技术和计算机网络技术的飞速发展,使得数字产品的复制、发布和传播越来越容易,这给人们带来便利的同时,也给非法复制、 盗版和传播带来了可乘之机,因而数字产品的版权保护成为人们日益关切的重要内容。数字水印技术作为解决多媒体版权保护的一项重 要技术,成为多媒体信号处理领域的一个热点。 本项目的主要研究成果有以下五项： 1.研究鲁棒的数字视频水印系统。我们提出了一种基于三维复小波变换（3D-CWT）的盲视频水印算法。复小波域水印嵌入算法较实小波域（3D-DWT）的算法具有更好的不可感知性。同时,该算法对帧平均、帧切除等攻击具有很好的鲁棒性。 和以往基于视频帧时序结构的视频水印同步算法不同,我们提出了一种基于视频内容特征的水印同步算法,即基于三维小波变换（3D-DWT）以及ICA（Independent Component Analysis）的视频水印盲提取算法。该算法首先利用基于模糊聚类神经网络和模糊图论聚类相结合的双层聚类结构将视频流划分成对应不同场景的视频镜头,以作为数字视频水印的候选宿主视频子序列。其次,将视频镜头分割好的序列映射到3D DWT域,将得到的近似分量标记为LLL。最后,运用ICA处理这些近似分量得到其主成份,该主成份经维纳滤波后使用SWE算法对其进行水印嵌入。该算法的优点主要表现为： （1）视频序列经过三次低通滤波后得到LLL分量,由于该分量反映了视频序列的静态信息,因此较中高频分量更加稳定,并且LLL分量的能量比较集中;（2）把LLL分量作为ICA算法的观测向量,所以ICA算法的运算时间较直接把视频序列每一帧作为观测向量要小很多,从而大大提高了算法的实时性; （3）算法的抗攻击性能得到提高,可以有效抵抗帧平均、帧交换、MPEG压缩等攻击类型。 2.研究基于图像特征的抗几何攻击水印算法。我们提出了一种基于仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法。该算法由两个主要方面组成： （1）提取仿射不变局部特征。通过仿射不变点检测器提取特征点,根据特征点构造仿射不变区域,这些区域可以作为水印嵌入的候选区域; （2）通过模糊推理系统（FIS）调整水印嵌入强度。水印嵌入强度对水印算法性能（不可感知性和鲁棒性）有很大影响,该方法利用模糊推理机制自适应调整嵌入强度。实验结果表明,该算法对一般信号处理（包括滤波、噪声失真和JPEG压缩等）和多类几何攻击具有显著的鲁棒性。 在仿射协变特征区域进行深入理解的基础上,我们提出了一种基于归一化仿射协变区域的抗几何攻击图像水印算法。该算法充分利用仿射协变区域的局部性、仿射性、多样性。在嵌入水印前,椭圆的仿射协变区域经过局部归一化和主方向归一化后获得具有几何不变性的圆形区域;一维随机水印变形成二维的圆形水印,进一步加强对旋转的不变性;最后在空域中直接叠加水印。大量的实验结果证明该算法克服了已有算法不能抵抗局部几何攻击的问题,对全局几何攻击和局部几何攻击均获得了很好的鲁棒性。 3.研究基于图像特征的抗几何攻击水印算法。我们提出并实现了一套由第三方提供的数字视频水印评测系统—Vidmark1.0。该系统得到了西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会的充分肯定和高度评价。 4.研究基于部分参考型的视觉质量评价方法。我们我们提出并实现了一套由第三方提供的数字视频水印评测系统—Vidmark1.0。该系统得到了西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会的充分肯定和高度评价。 5.研究基于H.264/AVC视频编码标准的码率控制方法。我们充分考虑了图像帧中各宏块的运动复杂度,根据宏块的运动复杂度自适应地划分基本单元的大小。与已有经典方法相比,我们所提出方法产生的码率波动与经典算法产生的最小码率波动相当,但其运算复杂度将明显低于经典算法在最小码率波动时所对应的计算复杂度。 本项目发表学术论文10篇,其中SCI检索1篇,EI检索6篇。同时,申请发明专利2项,获得软件著作权1项。