1、一種基于離散小波變換的穩(wěn)健的混淆盲視頻水印技術(shù)         08-05-01 15:59:00     作者：劉日晨 劉文 唐    編輯：studa0714摘  要  本文提出了一種新的基于DWT的混淆盲視頻水印的方法，該方法可以有效地抵抗有損壓縮、平均幀檢測(cè)、幀丟棄和統(tǒng)計(jì)分析等攻擊。我們可以用相同的水印重復(fù)地嵌入到同一視景的所有幀中以增加水印的穩(wěn)健性，而不同的視景將用不同的水印來抵抗平均幀檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析攻擊。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法能有效地抵抗上述提及的廣泛存在于視頻水印算法中的攻擊。     關(guān)鍵詞  水?。籇WT；混淆；幀丟棄；統(tǒng)計(jì)分析 1  引言    近年來，很多視頻水印技術(shù)相繼誕生，視頻水印技術(shù)與圖像水印極為相似，他們都可以應(yīng)用于保護(hù)著作版權(quán)等。然而，對(duì)于視頻水印技術(shù)，有不同的一些應(yīng)用，如新聞與商業(yè)廣播的控制與監(jiān)測(cè)1，2 或DVD 版權(quán)的保護(hù)3。    當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)視頻水印相關(guān)的方案時(shí)，我們可以從圖像水印的角度出發(fā)，把視頻看成一系列連續(xù)的等時(shí)間間隔的靜態(tài)圖片。通常來說，靜態(tài)

3、圖像與視頻有很多的相似點(diǎn)，然而，它們之間還是有一定的區(qū)別，例如，視景分析，它為視頻水印提出了很多不同于圖像水印的方法。    水印的不可覺察性和穩(wěn)健性是數(shù)字水印技術(shù)中的兩個(gè)基本要素，其中一個(gè)很難防范的攻擊為局部的隨機(jī)篡改StirMark攻擊5，6。這種攻擊仍然是目前商業(yè)的水印工具中的一個(gè)廣泛存在的技術(shù)難題。視頻水印中有兩種主要的方法，即水印的壓縮域與非壓縮域14，15，任意一種方法都可以用DCT 12，15，DFT 13 or DWT 10，11的系數(shù)來嵌入。    本文提出了一種新的基于DWT的混淆視頻水印的方法，該方法可以有效地抵

4、抗有損壓縮，平均幀檢測(cè)，幀丟棄和統(tǒng)計(jì)分析等攻擊。我們可以用相同的水印重復(fù)地嵌入到同一視景的所有幀中以增加水印的穩(wěn)健性。而不同的視景將用不同的水印來抵抗平均幀檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析攻擊。這項(xiàng)工作同樣可以應(yīng)用于基于幀的水印非壓縮方面。2  水印嵌入的步驟2.1  水印嵌入模型的概念    水印嵌入與提取的一般模型在文獻(xiàn)8中有詳細(xì)的討論，在嵌入之前，水印信號(hào)w(i) 通常要被預(yù)處理，以提高穩(wěn)定性，不易感知性和更好的安全性。一種典型的模型是m-series調(diào)節(jié)，另一種頻繁使用的策略是加密，包括對(duì)稱與非對(duì)稱加密?？紤]到水印的安全性與算法的效率，本文采用對(duì)稱加密，

5、對(duì)于相同的視景，將會(huì)嵌入同樣的水印來抵抗幀丟棄攻擊。而對(duì)于不同的視景，我們可以分發(fā)不同密鑰來降低它們的相關(guān)性，這樣可以抵抗不同視景的統(tǒng)計(jì)分析檢測(cè)。圖1  本文提出的水印方案流程圖2.2  水印信號(hào)的產(chǎn)生    在本文中，水印信號(hào)為一幅8-bit的灰度圖片。首先，視頻幀的大小將標(biāo)準(zhǔn)化為 256×256，而水印圖像的大小可以通過以下的公式調(diào)整。    例如，假設(shè)m=10 ，n=3，p=1，q=2，則水印圖像的大小為 128×256。若所有的水印信息能被完全地嵌入，我們就可以通過水印圖像來產(chǎn)生2n 塊

6、不同的水印信號(hào)來覆蓋所有的視景。然后將此圖像裁剪為多個(gè)64×64 的塊。顯然，塊的數(shù)目為 N=2P×2q=2n。對(duì)于每個(gè)8-bit的 64×64的塊，相同bit的每個(gè)像素組成一個(gè) 64×64的二進(jìn)制矩陣，叫作bit-平面。這樣總共就得到了8 bit-平面。重排列這8 bit-平面，使之成為2×4的矩陣來組成另一幅 128×256的二進(jìn)制圖片，用此圖片來產(chǎn)生水印塊。因?yàn)榭偣灿?N塊，即需要 N幅二進(jìn)制圖片，從w1到 wN，用這N幅二進(jìn)制圖片來產(chǎn)生前N幅視景的水印。每個(gè)水印圖像的大小為128×256 。為了方便處理，我們將二維的

7、信號(hào)轉(zhuǎn)換成一維的數(shù)組w(i)，長(zhǎng)度為 128×256=32768。圖2  水印被分發(fā)到不同的視景中    對(duì)于本文前面所述的安全性的問題，我們將使用不同的密鑰，key1到 keyN，為水印加密，每個(gè)密鑰作為產(chǎn)生的長(zhǎng)度為32768的二進(jìn)制隨機(jī)系列sj(i)的種子，這些密鑰要保存下來，以備提取水印時(shí)用于進(jìn)一步的驗(yàn)證。    水印被加密的公式如下：    在上述的公式中，wj(i)和wj'(i)分別表示加密前與加密后的第j個(gè)水印中的第i個(gè)二進(jìn)制元素，而表示異或操作。2.3 

8、 嵌入水印信號(hào)    將一個(gè) k-級(jí)的離散小波轉(zhuǎn)換(DWT)成視頻的幀，用于產(chǎn)生小波系數(shù)矩陣，除 和LL系數(shù)矩陣之外。每個(gè)系數(shù)矩陣可以按照?qǐng)D3中的公式以 “Z” 字形嵌入。圖3  嵌入系數(shù)矩陣    對(duì)于被丟棄的HHi，占每個(gè)小正方形的四分之一，理論上來說，水印的嵌入比率為： 。如果在嵌入前將水印壓縮，就可以明顯地提高這個(gè)比率。從而為該技術(shù)在大容量中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。    接下來一步就是用被更改過的系數(shù)進(jìn)行可逆小波變換(IDWT)，用水印重建幀。對(duì)于相同的視景，嵌入的水印圖像是相同的，一旦視景變

9、更了，水印也要隨之變化，重復(fù)上述步驟直到所有的水印圖像被嵌入到前N張視景中。3  水印提取的步驟    水印提起的過程與嵌入剛好相反，因此本文只作了如下的簡(jiǎn)要描述：     (1) 對(duì)前N 幅視景進(jìn)行DWT操作，并使用如下方法加密水印：     (2) 從所有幀中提取第j個(gè)視景作為第j幅水印圖像，共有N幅水印圖像；     (3) 通過由keyi 產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)組s i(i) 為水印圖像wj'解密；    (4) 進(jìn)一步得到一個(gè)64×64的8-bit平面灰度圖片，將所有的N塊組合起來，得到原始圖片，從而實(shí)現(xiàn)水印圖像的提取過程。4