视频数字水印技术.ppt

视频数字水印技术 微电子0703班 穆永强 一、视频水印技术简介: 随着信息技术和计算机网络的飞速发展，人们不但可以通过互联网和ＣＤ－ＲＯＭ方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。 1 、概念 视频水印可理解为针对数字视频载体的主观和客观的时间冗余和空间冗余加入信息，既不影响视频质量，又能达到用于版权保护和内容完整性检验目的的水印技术。 水印的处理分为两部分：水印的嵌入、水印的检测和提取。 2）、特点 目前为节约视频数据存储空间和便于传输，视频的主要存在模式是压缩格式的，视频水印很大程度上与压缩编码标准紧密联系在一起，因此除具有一般水印技术特征外，还有一些特殊的要求。视频水印特征概括为： （1）稳健性：能抵抗各种有意无意地攻击，包括帧平均、帧丢弃、帧交换等。 （2）不可见性：嵌入水印后不影响视频画面质量，确保视频数据的商业价值。 （3）安全性：水印中的信息应是安全的，未经授权的用户无法正确地检测、提取或移除水印。 （4）与视频编码标准相结合：对于压缩视频，水印的设计必须与视频编码标准相结合，否则嵌入的水印有可能在编码过程中消失。 二、视频水印的分类及典型算法 1）、原始视频水印 空域水印 直接在原始视频数据中嵌入水印，水印信号一般是添加在亮度分量上，有时也部分或全部加入到颜色分量中。 1）、原始视频水印 频域水印 指先对原始视频数据进行某种变换，然后在变换域中嵌入水印，常用的变换域包括离散余弦变换 DCT 域、离散傅立叶变换 DFT 域、小波变换域、分形域、哈达码变换域等。 2）、编码域的视频水印 在编码压缩时嵌人水印，可以将水印处理算法与视频编码结合成一个整体。 优点：嵌人和提取处理可以比较简单，能够实现水印嵌入和提取的实时处理。在编码压缩时嵌人水印时，由于水印嵌入在变换域的量化系数中，因此不会增加视频流的数据比特率。 缺点：需要修改编码器和解码器，而且存在GOP Group?of?Picture 的误差积累，会降低视频的质量。 2）、编码域的视频水印 例如： 朱仲杰等提出了一种在MPEG-2压缩域的运动运动矢量中嵌人水印的方法，在每个GOP嵌人一幅水印图像，也就是每隔12帧图像进行一次水印嵌人操作。水印信息是一幅二值图像，为了增强算法的安全性和嵌人水印信号的鲁棒性，在嵌人之前对水印图像作伪随机置乱。水印信息不是加到所有的运动矢量上，而是选择其中的部分运动矢量来嵌人水印。 3）、压缩域的视频水印 按嵌入位置分有： 在离散余弦变换 DCT 系数中嵌入水印； 在运动向量中嵌入水印； 在MPEG-4脸部运动参数中嵌入水印； 在MPEG编码的VOP的图像类型中嵌入水印。 随着研究的不断深入，不断有研究者提出了新的水印嵌入位置。 3）、压缩域的视频水印 把水印信息嵌入到视频压缩码流中，这一设计策略受到相应视频压缩算法和视频编码标准的局限，例如恒定码率的约束。因此在算法设计上具有一定难度。 算法要求：水印信息的嵌入不能影响视频码流的正常解码和显示；嵌入水印的视频码流仍满足原始码流的码率约束条件；内嵌水印在体现视觉不易察觉性的同时，能抵抗有损压缩编码。 3）、压缩域的视频水印 优点：没有解码和再编码的过程，因而不会造成视频质量的下降，同时计算复杂度较低。 缺点：由于压缩比特率的限制而限定了嵌人水印数据量的大小，嵌人水印的强度受视频解码误差的约束，嵌人后的效果可能出现可察觉的变化 3）、压缩域的视频水印 典型算法： ? Hartung等人提出利用扩频的思想在MPEG-2压缩视频中嵌人水印的方法。水印信号经过扩展、放大和调制，得到一个拟随机序列，然后对其进行8x8的DCT变换，并将DCT系数叠加到MPEG-2码流的8x8的DCT系数上。 3）、压缩域的视频水印 这里需要考虑两个问题: 1 由于MPEG-2的DCT系数是用变长码进行编码的，系数在添加水印前后的编码长度会发生变化，因此，如果要求不增加视频码流的长度，那么，在出现添加水印后DCT系数的编码比特数增加了的情况时，则仍保留原有的系数。 3）、压缩域的视频水印 2 ?MPEG-2编码方式中，帧间编码帧 P帧和B帧 是从其它帧预测得到的，用一个运动补偿向量来从其它帧重建当前帧，P帧本身也可能作为其它帧的预测参考，一个帧内的微小变化，会在时间、空间上传播开来。因此，在水印信号之外，需要添加一个偏移补偿信号，来补偿前一帧的水印信号。 三、视频水印技术的发展趋势 随着视频压缩标准的发展，视频水印技术将由第一代发展到第二代。 与视频内容无关的视频水印属于第一代水印技术，方案大都是基于将水印能量扩展到帧中