基于LDPC码的视频数字水印技术的研究

作     者：王雅楠 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱冰莲

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：低密度奇偶校验码 MPEG-4 视频水印 鲁棒性 

摘      要：数字水印技术是一种信息隐藏技术,其基本思想是利用数字化多媒体数据对于人的视觉、听觉冗余,用信号处理的方法在媒体内容中嵌入某些数字信息(水印),以达到版权保护、数据认证、盗版跟踪、隐蔽通信等目的。作为版权保护的有效方法,它已经成为多媒体信息安全研究领域的一个热点。水印系统模型可以等效为一个通信系统模型,可以把水印看作传输信号,把图像看作一种信道,把不同的攻击看作噪声信号,这样就可以采用通信中的纠错码技术来提高数字水印的鲁棒性。 纠错码中的低密度奇偶校验码(LDPC码)是一种基于稀疏奇偶校验矩阵的分组码,它和Turbo码都是性能接近Shannon极限的好码。与Turbo码相比,LDPC码有一套较为系统的优化设计方法、更强大的纠错能力和更低的地板效应。并且,由于LDPC码迭代译码算法为并行算法,可以实行完全并行的操作,其延时远远小于Turbo码的串行迭代译码算法。本文结合MPEG-4视频编码标准,对LDPC码在视频水印方面的应用做了初步的探索和研究。主要工作如下: ①研究了数字水印技术理论,包括水印的分类特性、基本模型、典型算法、攻击方法等。着重研究了视频水印及MPEG-4编码技术并做出了详细的阐述。 ②研究了LDPC码的相关理论,简要介绍了LDPC码的定义、表示方法、编译码方法等。重点研究了LDPC码基于置信传播的几种译码方法。 ③通过Matlab仿真,分析了LDPC码的码长、码率、及译码迭代次数对译码性能的影响。结合水印系统对水印容量的限制,提出了一种基于LDPC码和量化的图像水印盲检测算法。其中水印量化嵌入是根据不同水印信息使用不同的量化器去量化原始信号,提取时根据待检测数据与不同量化结果的距离恢复水印信息。仿真结果表明,该方案有很好的透明性和鲁棒性。 ④在图像水印算法的基础上,提出了一种结合LDPC码和MPEG-4视频编码标准的盲水印检测算法。实验结果表明,该方案可以提高水印在传输过程中的抗攻击能力,具有很好的鲁棒性和视觉隐蔽特性,这是LDPC码在视频水印领域的一次初步尝试。