基于粒子群优化和小波变换的视频水印算法研究

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在一个数字化与信息化不断发展的新时代,大量的数字视频产品纷纷涌现出来。人们在享受其带来的巨大便利的同时,也面临着版权被侵犯的巨大挑战,版权纠纷问题和安全认证问题日益严峻,视频水印技术已成为世界各国相关行业保护视频产品版权的有效手段。由于视频数据量的庞大、运动区域不平衡及视频压缩标准的多样化等固有特性及复杂性,其性能要求远远高于静态图像水印,其要求主要表现为较低的复杂性、较高的鲁棒性、较大容量和能实现盲提取等。但目前大多数算法很难在这几个方面均达到最优和平衡。为此,本文利用小波变换和奇异值分解相结合的方法提高水印的鲁棒性及实现水印的盲提取;再者通过粒子群优化算法来搜索水印的最佳嵌入强度和利用小波变换的多分辨率特点来实现水印的多级嵌入,从而提高了水印的鲁棒性及不可见性。先后提出两种基于原始视频的水印算法。针对提高水印算法的鲁棒性及实现水印的盲提取,提出了一种基于三维小波变换和奇异值分解的自适应视频水印算法,首先将视频系列进行等长分组,每4帧为一组,通过密钥选择其中一组视频系列作为其关键帧,然后在其4帧连续视频图像的亮度分量上进行三维小波变换,并对其所得低频区域进行子块划分,再对每块子块进行奇异值分解,最后通过量化各子块的最大奇异值来嵌入水印信息。算法实现了水印的盲提取,经实验验证,该算法对各种噪声攻击、帧置换、帧内剪切等攻击具有良好的鲁棒性。针对提高水印的鲁棒性及不可见性,设计了一种基于粒子群优化和小波变换相结合的视频水印算法。考虑到在水印的嵌入过程中,其鲁棒性和不可见性是相互制约的,如何调节这两者之间的矛盾是本方案的重点,该方案首先将视频序列进行场景分割,通过密钥选取部分场景中的连续4帧图像,在其亮度分量中进行三维小波变换,由于在小波变换域的低频部分中嵌入水印信息,则降低水印的不可见性,而在高频部分嵌入水印信息,则降低其鲁棒性,所以本文算法利用乘法嵌入方式把水印信息嵌入到小波变换域的中频子带中,克服了在低频系数和高频系数嵌入水印的缺点;由于嵌入强度过大则影响水印的不可见性,反之则降低其鲁棒性,所以采用通过粒子群优化算法搜索水印的最佳嵌入强度。通过仿真实验结果表明该算法具有不可见性,并对已嵌入水印信息的视频帧图像进行噪声攻击、帧平均和MPEG-2压缩等多种攻击测试,经实验验证,此算法具有良好的鲁棒性,达到综合优化水印的不可见性及鲁棒性的目的。通过将三维小波变换与奇异值分解相结合,不但增强了水印的鲁棒性,而且实现水印的盲提取;利用粒子群优化算法搜索最佳的水印嵌入强度,并借助乘法嵌入方式把水印信息嵌入到小波变换域的中频子带中,该方案不仅提高水印的鲁棒性,还具有较好的不可见性。达到综合优化水印的不可见性及鲁棒性的目的。
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