魯棒視頻水印算法及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、目前，數(shù)字水印作為多媒體數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容認(rèn)證、拷貝控制、操作跟蹤和廣播監(jiān)控等應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)，正受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)存的水印研究文獻(xiàn)中，圖像水印遠(yuǎn)多于視頻水印。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，視頻水印更加有用，因而應(yīng)獲得更多的關(guān)注。盡管，現(xiàn)存的一些圖像水印算法可以直接擴(kuò)展到視頻應(yīng)用中，但視頻水印并不是圖像水印簡(jiǎn)單延伸，視頻水印應(yīng)滿足一些特殊要求，如實(shí)時(shí)性、隨機(jī)檢測(cè)性、盲水印等。通常，一個(gè)好的視頻水印方案應(yīng)該至少同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和魯棒性

2、要求。 在現(xiàn)存的視頻水印文獻(xiàn)中，盡管大多數(shù)視頻水印算法有很好的實(shí)時(shí)性，但這些算法為了滿足實(shí)時(shí)性要求，通常忽略了魯棒性。為此提出一個(gè)能同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和魯棒性的算法----均值參考視頻水印(MRW)算法。MRW 算法設(shè)計(jì)時(shí)使用了有助于提高水印魯棒性的三種策略：水印嵌在人類視覺(jué)系統(tǒng)感知最重要的直流系數(shù)部分、使用Watson視覺(jué)模型控制水印嵌入達(dá)到最大強(qiáng)度以及選擇有助于產(chǎn)生穩(wěn)定均值點(diǎn)的擴(kuò)展M 序作為水印模式。同時(shí)，MRW 算法直接運(yùn)行在

3、VLC 域，可以避免一些復(fù)雜性計(jì)算，如逆DCT變換、DCT 變換、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?，因而MRW 算法的復(fù)雜性較低。然而，MRW 算法中，存在某些水印子區(qū)域的能量與均值偏差大，水印嵌入時(shí)，如果強(qiáng)行把該水印子區(qū)域的能量調(diào)制到預(yù)定的值，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)失真。針對(duì)此問(wèn)題，提出了優(yōu)化的均值參考視頻水印(OMRW)算法，OMRW 算法給出兩種解決方法：隨機(jī)置亂和犧牲檢測(cè)響應(yīng)值。與MRW算法相比，OMRW 算法在不降低水印系統(tǒng)的整體性能的前提下，進(jìn)一步提高了

4、嵌入水印的視頻的視覺(jué)質(zhì)量。 然而，MRW和OMRW算法的水印模式限定為擴(kuò)展M 序，該水印模式只能對(duì)用戶進(jìn)行唯一表示，并不表示任何具體的含義。但是，視頻水印有些應(yīng)用要求水印信號(hào)是有意義的信息。因此又提出一個(gè)對(duì)水印模式?jīng)]有任何限制的水印算法——低頻系數(shù)域差分能量水印(L-DEW)算法。L-DEW 算法借鑒差分能量水印算法能量差思想，在DCT 塊的低頻系數(shù)域嵌入水印信息。由于要在DCT 塊的低頻系數(shù)域產(chǎn)生一個(gè)能量差，必須回答兩個(gè)問(wèn)題：

5、一是能否在低頻系數(shù)域構(gòu)建能量近似的水印子區(qū)域；二是如何在低頻系數(shù)域構(gòu)建能量近似的水印子區(qū)域。針對(duì)問(wèn)題一，專門對(duì)量化的DCT 系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模，建模的結(jié)果表明低頻系數(shù)空間存在大量“碎片”，可以在低頻系數(shù)域構(gòu)造能量近似的水印子區(qū)域。針對(duì)問(wèn)題二，多維均衡水印子空間構(gòu)造研究給出了解決此問(wèn)題的兩種算法：遺傳算法和ILPT 算法，實(shí)驗(yàn)表明ILPT 算法更適合視頻水印。在這兩個(gè)問(wèn)題成功解決的基礎(chǔ)之上，L-DEW 算法使用ILPT 算法在DCT 塊的低

6、頻系數(shù)域構(gòu)造能量近似的水印子區(qū)域，并在Watson 視覺(jué)模型控制下，對(duì)低頻系數(shù)細(xì)微修改以在兩個(gè)水印子區(qū)域間產(chǎn)生一個(gè)能量差。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，表明在視覺(jué)質(zhì)量、水印容量、魯棒性和水印提取用時(shí)等性能指標(biāo)上，L-DEW 算法均優(yōu)于差分能量水印算法。 對(duì)L-DEW算法的信道分析基礎(chǔ)上，把該水印算法信道建模為二進(jìn)制對(duì)稱信道，并給出求解該信道容量的方法。然后，在L-DEW 算法中引入RS 碼和Turbo 碼，進(jìn)一步提高水印系統(tǒng)的可靠性。