题目：图像与视频可逆信息隐藏技术研究

信息隐藏是保护数字信息安全的主要方法之一，它将一些信息嵌入到数字载体信号中，用于秘密传输、版权声明、内容完整性验证或对载体进行标注。数字多媒体作为一种信息载体，在商业、研究或人们生活中已被广泛使用，因此针对数字多媒体的信息隐藏研究具有重要的理论和实际意义，受到了越来越多研究者的关注。采用传统的信息隐藏方法，由于嵌入数据的引入，宿主数据将被永久的改变并且无法还原，这在一些对数据保真度要求很高的特殊领域中是难以接受的。而可逆信息隐藏是一种新近发展起来的信息隐藏技术分支，具有将嵌入数据的宿主信号精确还原的能力，在医学、军事、航空航天或法律证据等重要领域具有良好的应用前景。本论文针对数字图像和视频可逆信息隐藏中所涉及的关键问题进行了深入探索和研究，主要工作内容如下：1. 在非压缩图像的可逆信息隐藏技术研究方面，基于预测误差扩展思想提出了全方向预测方法，采用最邻近像素上下文和自适应的边界检测策略，显著提高了预测精度。针对典型的直方图修改和差值扩展嵌入方法进行了改进，增加每个预测误差中可嵌入数据的比特位数，使之更加适用于大容量数据的嵌入。此外，采用边界表策略解决像素溢出问题，并有效减少附加数据量。实验表明，所提出的上述方法在适用性、嵌入容量和图像保真度等方面均有良好的性能。2. 在非压缩视频或无损压缩视频的可逆信息隐藏技术研究方面，结合预测误差扩展思想提出一种基于帧间预测的可逆视频信息隐藏算法，使用运动估计代替普通的帧内预测，使预测器精度得到进一步提高，从而增大容量失真比。讨论了视频帧处理机制和附加信息关联嵌入问题，并且提出一种改进的运动估计匹配策略使预测误差分布更适合于直方图修改嵌入。实验表明本算法较直接将基于预测误差的可逆图像信息隐藏运用于视频的方法具有明显的性能优势。3. 在有损压缩图像的可逆信息隐藏技术研究方面，根据压缩图像的量化DCT（Discrete Cosine Transformation）系数分布特点，提出一种基于零系数索引值的可逆信息隐藏算法。该算法与已有同类型算法的主要不同之处在于将系数的位置信息与系数值结合起来，更好的利用了系数块中存在的冗余，使得修改一个系数就可能嵌入最多四个比特位的数据。在此基础上提出了相应的系数选择和嵌入强度调整策略，使该算法具有较强的适应性。实验表明该算法在嵌入容量、图像质量和压缩率方面都较已有代表性工作有所提高。4. 在有损压缩视频的可逆信息隐藏技术研究方面，对嵌入数据引起的失真扩散和累积现象进行了深入分析，提出一种无损漂移补偿方法。该方法在保持嵌入过程完全可逆的前提下，根据原始帧与嵌入帧的像素差异对其后的相关帧进行修正，减小重构帧的质量损失。实验结果表明提出的无损漂移补偿方法能够在精确还原压缩视频的同时有效抑制失真漂移问题，相对于未进行补偿的嵌入方法，压缩视频的视觉质量有明显提高。5. 在用于视频内容认证的可逆水印方面，结合论文提出的压缩域嵌入方法和漂移补偿方法，提出一种具有篡改检测、定位与自恢复能力的可逆水印方案。重点针对自恢复水印数据量过大的问题，采用基于关键帧帧间运动估计的水印生成策略以减小自恢复水印数据量，同时提高恢复图像的质量。为避免自恢复水印与目标内容被同时破坏，提出了相应的嵌入位置选择策略。此外，根据关键帧篡改情况的不同提出了独立自恢复与依赖自恢复两种模式。实验表明，本算法能够有效的对关键帧内容进行认证与自恢复。