基于帧间中频能量关系的自适应视频水印算法

学习

ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@http://doc.guandang.net

Journal of Software, Vol.18, No.11, November 2007, pp.2863 2870 http://doc.guandang.net DOI: 10.1360/jos182863 Tel/Fax: +86-10-62562563

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基于帧间中频能量关系的自适应视频水印算法

杨列森1,2+, 郭宗明1,2

1

2 (北京大学 计算机科学技术研究所,北京 100871) (北京大学 文字信息处理技术国家重点实验室,北京 100871)

An Adaptive Video Watermarking Scheme Based on the Middle-Frequency Energy

Relationship Between Adjacent Frames

YANG Lie-Sen1,2+, GUO Zong-Ming1,2

1

2(Institute of Computer Science and Technology, Peking University, Beijing 100871, China) (National Key Laboratory of Text Processing Technique, Peking University, Beijing 100871, China)

+ Corresponding author: E-mail: yangliesen@http://doc.guandang.net, http://doc.guandang.net

Yang LS, Guo ZM. An adaptive video watermarking scheme based on the middle-frequency energy

relationship between adjacent frames. Journal of Software, 2007,18(11):2863 2870. http://doc.guandang.net/

1000-9825/18/2863.htm

Abstract: The approximate invariance of the middle frequencies energy relationship between video adjacent

frames under photometric distortion and spatial desynchronization is discovered by analysis. Based on this

approximate invariance, a new robust video watermarking scheme is proposed. It can adjust embedding strength

adaptively according to human visual system features. Experimental results show that the proposed scheme is

resilient to photometric distortion, spatial desynchronization and combined distortion effectively.

Key words: approximate invariance; adaptive video watermarking; robust; photometric distortion; spatial

desynchronization; geometric distortion

摘 要: 通过分析发现了视频帧间中频能量关系对于光度失真和空间同步失真的近似不变性.基于这种近似不变

性,提出了一种可以根据人类的视觉系统特性,自适应地调整嵌入强度的鲁棒视频水印算法.实验表明,该算法可以

有效抵抗光度失真、空间同步失真及其组合失真.

关键词: 近似不变性;自适应视频水印;鲁棒;光度失真;空间同步失真;几何失真

中图法分类号: TP309 文献标识码: A

互联网的迅猛发展使得数字视频的消费需求不断增长,随之而来的各种版权问题也日益突出.虽然在传输

过程中可以通过加密技术有效保护数字内容不被非法使用,但是,一旦数字内容到达最终用户并被合法解密之

后,加密技术就不能对其进行任何保护了.人们迫切需要一种新的技术,在数字内容被解密后仍能保护其内容.

数字水印技术则有能力满足这些要求.

Supported by the National High-Tech Research and Development Plan of China under Grant No.20060101Z3006 (国家高技术研究发

展计划(863)); the National Key Technology R&D Program of China under Grant No.2006BAH02A10 (国家科技支撑计划课题)

Received 2006-03-08; Accepted 2006-11-03

学习

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Journal of Software 软件学报 Vol.18, No.11, November 2007

作为版权保护的一项最新技术,数字水印在真正应用之前必须解决很多问题,其中一个核心问题是水印的鲁棒性,就是经历了常规的信号处理后,仍能准确检测出水印的能力.对于视频而言,常规的信号处理包括光度失真(如有损压缩、噪声、滤波、对比度/亮度调整等)、空间同步失真(也称几何失真,如裁剪、放缩、平移、旋转、透视、非线性变换、球形变换、局部几何变换等各种几何变换)、时间同步失真(如帧插入、帧删除、帧交换、帧频转换等)等几类处理[1].

在有针对性地解决某一类或者几类失真的鲁棒性的研究成果中,一般水印算法常常只对某类失真具有鲁棒性,而对其他类失真没有鲁棒性,或者鲁棒性很差.比如早期的鲁棒性算法,往往是针对一般光度失真具有鲁棒性,对于几何变换导致的空间同步失真没有任何鲁棒性.后来出现的抗空间同步失真的很多算法抵抗光度失真的能力又很差.还有一些算法对时间同步失真具有很好的鲁棒性,对于空间同步失真的抵抗力则很差.而在实际应用,如视频编辑中,光度失真、空间同步失真往往是同时发生的,时间同步失真有时也会发生.仅对某一类失真具有鲁棒性,对其他类失真不具备鲁棒性的算法,往往很难投入实际应用.

本文从实际应用出发,提出了一种新的视频水印算法.该水印算法不但对光度失真、空间同步失真具有很强的鲁棒性,而且对其组合也具有很强的鲁棒性.此外,对时间同步失真也具有一定程度的鲁棒性.

本文第1节回顾分析相关研究的进展.第2节详细描述本文所提算法的基础.第3节详细描述视频水印嵌入和检测方案.第4节给出算法的实验结果和分析讨论.第5节给出本文的结论.

1 相关研究进展

在水印鲁棒性研究的成果中,Cox等人提出的扩展频谱的嵌入和检测思想很好地解决了保真度和鲁棒性方面的矛盾,成为鲁棒性水印的奠基性算法思想[1].此外,一般提高水印鲁棒性常用的思想方法还有冗余嵌入、在感知上的重要系数中嵌入、在已知鲁棒性的系数中嵌入等[1].而对抗时间和空间同步失真的一般思想则是穷举搜索、同步模板、自相关、不变水印等.不过,这些思想方法只是一些基本的提高水印鲁棒性的思想和方法,并不是专门解决水印抵抗某一类失真的鲁棒性问题的完整方案.

为了有效抵抗其中的某一类失真,研究人员通常把这3大类失真分开来逐个独立研究.如在变换域中频系数里嵌入水印,可以在相当程度上抵抗轻度的光度失真[1];利用RST(rotation, scale, translation)不变嵌入子空间等,抵抗因为简单几何变换(RST)带来的轻度的空间同步失真[1];Eugene用有限状态机作为帧水印密钥生成器,可抵抗随机的帧删除、帧插入、帧交换等时间同步攻击[2,3].

另一方面,在实际应用时,如视频编辑,视频可能经历多种变换和处理,光度失真、空间同步失真往往是同时发生的,时间同步失真有时也会发生.只抵抗某一类失真的算法往往无能为力.为了解决这个问题,部分研究人员开始研究同时抵抗多种类型的失真问题.

Haitsma提出了通过调制每一帧的平均亮度,按帧嵌入水印信息的水印算法[4].该算法可以较好地抵抗多种类型的空间同步失真,但其抗有损压缩等光度失真的能力较弱.Zhao等人对Jaap Haitsma算法进行改进,提高了检测准确率[5],但其抗有损压缩等光度失真的能力仍然较弱.Song等人提出的基于能量的水印方法[6]可以抵抗多种几何变换导致的空间同步失真,但是不能抵抗裁剪导致的空间同步失真,对于光度失真的抵抗力一般.此外,该算法需要对每一帧图像作整体离散傅里叶变换,计算量很大.

Niu等人提出的沿时间轴嵌入水印的算法[7]可以抵抗一定频率的丢帧导致的时间同步失真,可以抵抗多种几何变换导致的空间同步失真,对于有损压缩导致的光度失真也有较好的抵抗力.但是,该方法选择水印嵌入点的方法过于 …… 此处隐藏：15134字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……