数字水印基本原理

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1、数字水印基来源理 1 / 10 . . . . . 介绍了数字水印技术的基来源理 跟着信息技术和计算机网络的飞快发展 ，人们不只能够经过互联网和 方便快捷地获取多媒体信息 ，还能够获取与原始数据完整同样的复制品 ，由此引起的盗版问题和版权纷争已成为日趋严重的社会问题 。所以，数字多媒体产品的水印办理技术已经成为最近几年来研究的热门领域之一 。 固然数字水印技术近几年获取长足发展 ，但方向主要集中于静止图像。因为包含时间域遮蔽效应等特征在内的更加精准的人眼视觉模型还没有完整成立 ，视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面 ，因为针对视频水印的特别攻击形式的出现 ，为视频水印提出了一些差

2、别于静止图像水印的独到要求 。 本文剖析了 视频构造的特色 ，提出了一种鉴于扩展频谱的视频数字水印改良方案 ，并给出了应用实例 。 视频数字水印技术简介 数字水印技术介绍 数字水印技术经过必定的算法将一些标记性信息直接嵌入到多媒体内容中间 ，但不影响原内容的价值和使用 ，而且不可以被人的感知系 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 2 / 10 . . . . . 统察觉或注意到 。与传统的加密技术不一样 ，数字水印技术其实不可以阻挡盗版活动的发生 ，但能够鉴识对象能否遇到保护 ，监督被保护数据的流传 ，鉴识真伪 ，解决版权纠葛并为法庭提招供证凭证 。为了给攻击者增添去除水印的难度 ，当前大

3、部分水印制作方案都采纳密码学中的加密系统来增强 ，在水印嵌入 、提取时采纳一种密钥 ，甚至几种密钥结合使用 。水印嵌入和提取的一般方法如图 所示。 视频数字水印设计应试虑的几个方面 水印容量 ：嵌入的水印信息一定足以表记多媒体内容的购置者或全部者。 不行察觉性 ：嵌入在视频数据中的数字水印应当不行见或不行察觉。 鲁棒性 ?押在不显然降低视频质量的条件下 ，水印很难除掉 。 盲检测：水印检测时不需要原始视频 ，因为保留全部的原始视频几乎是不行能的 。 窜改提示 ：当多媒体内容发生改变时 ，经过水印提取算法 ，能够敏感地检测到原始数据能否被窜改 。 视频数字水印方案选择 . 专业学习资料 . 数字

4、水印基来源理 3 / 10 . . . . . 经过剖析现有的数字视频编解码系统 ，能够将当前 视频水印的嵌入与提取方案分为以下几类 ，如图所示。 （）视频水印嵌入方案一 ：水印直接嵌入在原始视频流中 。此类方案的长处是 ：水印嵌入的方法许多 ，原则上数字图像水印方案均可应用于此 。弊端是： 会增添视频码流的数据比特率 ； 经 有损压缩后会丢掉水印 ； 会降低视频质量 ； 关于已压缩的视频 ，需先进行解码 ，而后嵌入水印 ，再从头编码 。 （）视频水印嵌入方案二 ：水印嵌入在编码阶段的失散余弦变换（） 的直流系数 （） 中（量化后、展望前）。此类方案的长处是 ： 水印仅嵌入在 系数中，不会增添

5、视频流的数据比特率 ； 易设计出抗多种攻击的水印 ； 可经过自适应体制依照人的视觉特征进行调制 ，在获取较好的主观视觉质量的同时获取较强的抗攻击能力 。 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 4 / 10 . . . . . 弊端是关于已压缩的视频 ，有一个部分解码 、嵌入、再编码的过程。 ()视频水印嵌入方案三 ：水印直接嵌入在 压缩比特流中。长处是不需完整解码和再编码的过程 ，对整体视频信号的影响较小。弊端是： 视频系统对视频压缩码率的拘束将限制水印的嵌入量 ； 水印的嵌入可能造成对视频解码系统中运动赔偿环路的不良影响 ； 该类算法设计拥有必定的复杂度 。 视频水印的实现 鉴于上述的各样

6、方案 ，本文在方案二的基础上提出了一种针对 视频编码系统的扩展频谱数字水印技术改良方案 ，将扩频调制后的水印信息嵌入到视频流 ( )中色度直流系数的最低位 。本方案不需要完整解码 ，大大减少了运算的复杂度 ，提升了及时性 。同时因为水印嵌入在直流系数中 ，在保证视频成效不失真的前提下 ，水印拥有很强的鲁棒性 。 视频的特色 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 5 / 10 . . . . . 视频编解码鉴于 ( )。 从时间上看 ,分为内部 ( )、前向因果展望 ( )、双向非因果展望 （）、 全景的灵影 （）。 只用自己的信息进行编码 ；利用过去的参照 进行运动赔偿的展望编码 ； 利用过

7、去和未来的参照 进行双向运动赔偿的展望编码 ； 一系列运动图像中的静止背景 。所以 的图像信息较独立 ?熏最合适嵌入水印信息 。 从空间上看 ,它由若干个大小为 的宏块 ( )构成，每个宏块包含大小为 的个子块 。此中个亮度子块，个色差子块 ，个色差子块 。 编码基本流程如图 所示。 为了不受量化过程的影响 ，本方案将水印嵌入在量化后的 系数中，进而提升了水印生计的稳固性 。在 压缩算法中， 系数的量化是重点 ，它直接影响视频的质量和码流控制算法。为此， 供给了一个供参照的标准量化表 。该表依据人类视觉模型 ( )成立 。考虑到人眼对高频信息损失的敏感度较低频损失小好多 ，所以往常把水印嵌入到

8、中低频信息中 ，提升了水印信息的鲁棒性 。此外 , 依据人眼对亮度信息的变化比色度信息较敏感这一特征 ，为最大限度地保持视频质量 ，本方案将水印嵌 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 6 / 10 . . . . . 入到色度 ?穴子块 ?雪系数中 。因为 是当前多媒体视频压缩中被宽泛采纳的技术基础 ，所以鉴于 的视频水印方案拥有明显的优势 。将水印信息嵌入到 色胸怀化后的 直流系数中 ，不只无需引入额外的变换以获取视频的频谱散布 ，且水印信息不受 系数目化带来的影响 。 视频数字水印算法与实现 在 视频中，因为 中色度子块的 直流系数是一个在视频流中一直存在且很鲁棒的参数 ，本方案将水印

9、信息经序列 (最长线性反应移存器序列 )调制后嵌入到 的色度子块的直流系数中 。这样水印信息在不影响视频成效的状况下难以去除 ，所以鲁棒性足够强 。本方案采纳扩频的方法 ，以方便有效地检测水印 ，抵挡各样攻击和扰乱 ，保密性好 。重点问题是色度的直流系统是一个对视觉系统很敏感的参数 ，本方案在色度的直流系数上加水印相当于对其加入微量扰乱 ，一定使这类扰乱低于必定的门限值 ，令人眼的视觉系统对视频中色度的细小变化感觉不到 。经过试验将水印嵌入到 的色度的直流系数的最低位能知足要求 。 视频数字水印的嵌入 伪随机的扩展序列长度为 ( )，每一水印信息位经过伪随机扩展序列的调制嵌入到相应的 色度对应

10、的 直流 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 7 / 10 . . . . . 系数 (量化后、展望前 )的最低位 ,这样水印信息在不影响视频成效的状况下一般难以去除 。同时，嵌入在直流系数的最低位 ，带来的偏差特别小 。 伪随机的扩展序列产生代码以下 ： ( ; ; ) ; ( ; ; ) ; ; 水印信息位扩展调制方式为 ： 水印信息位为 ，伪随机的扩展序列不变 ； 水印信息位为 ，伪随机的扩展序列取反 。 这个过程能够用异或运算实现 。代码以下 : . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 8 / 10 . . . . . ; ?觹每一水印信息位扩展调制成 位的扩展调制位 * 这里表示

11、水印信息码流 ( 表示水印信息扩展调制码流 。设 表示视频 色度的直流系数 )量化后、展望计算以前 ?雪序列，为了方便 ，用一个字节表示一位二进制码流信息。 水印嵌入过程以下 ： ( ) ; *依据扩展调制后的码流嵌入水印信息 * ; 视频数字水印的提取 水印信息提取是水印信息嵌入的逆过程 ,代码以下 : ( ) ; ; 这里 表示带有水印信息的视频 色度的直流系数 (反量化前 、展望计算以后 )序列； 表示检测到的水印信息扩展调制码流 。每个 色度子 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 9 / 10 . . . . . 块在解码时获取一位扩展调制的信号位 ，每连续个扩展调制的信号位可解调

12、获取 位水印信息 ，详细剖析以下 ： 用与原始伪随机序列构造同样且完整同步的序列与获取的连续 个扩展调制的信号接收序列进行异或运算 ，统计运算后 的个数记为。 因为序列的自有关函数只有两种取值 (和 ( )，属于双值自有关序列 。所以，假如数据未受就任何攻击和扰乱 ， 只有两种结果 ： 或。当 时，获取的水印信息位为 ；当 时，获取的水印信息位为 。假如数据遇到攻击或扰乱 ， 有多种结果 。依据统计剖析 ，当 时，获取的水印信息位为 ，而且这 个 色度子块中有 ( )个子块遇到攻击或扰乱 ；当 时，获取的水印信息位为，而且这个 色度子块中有 个子块遇到攻击或扰乱 。这样既能够统计总合有多少视频

13、 色度子块遇到攻击或扰乱 ,同时又能极强地恢复出原始水印信息 。 试验结果剖析 试验结果表示 ，序列的长度越长 ，检测成效越好 ，但能够嵌入的水印信息量也相应地减少 。本方案中水印只嵌入在视频的 中，不改正 和， 对帧跳跃与帧删除攻击稳重 ，因 . 专业学习资料 . 数字水印基来源理 10 / 10 . . . . . 为 不可以够被跳跃或删除 。同时 ，因为水印信息嵌入在 的直流系数中 ，而直流系数的变化对视频成效会有较大的影响 ，所以采纳将水印信息嵌入到色度子块 直流系数的最低位 。这样不单使水印嵌入计算的复杂度大为降低 ，为 编解码节俭了时间 ，还可获得优秀的视频成效 ，达到了不行察觉性

14、 。从统计角度看也不会增添视频码流 。此外，水印提取时无需原始视频 。若水印信息未遇到攻击 ，则本方案可正确地提取到原始视频的完整水印；若水印信息遇到攻击 ，依据扩频解调性质 ，本方案能够最大限度地恢复出原始水印信息 ，并统计出有多少个 色度子块遇到攻击 。 因为是当前多媒体视频压缩几大标准 (、 等)共同采纳的技术基础 。所以鉴于 的水印方案在视频压缩中拥有特别重要的研究意义和应用远景 。 本文在此基础上提出了一个鉴于扩展频谱的 视频数字水印方案。实践证明 ，在不需要原始视频的状况下 ，本方案能敏感地检测到数据能否被窜改或损坏 ，并拥有优秀的稳固性和鲁棒性 ，进而供给了知识产权的保护 ，防备非法获取 。 . 专业学习资料 .