基于DCT變換的視頻水印算法研究與仿真

　　摘要： 數(shù)字水印是一種數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)技術(shù)，它可以標(biāo)識(shí)作者等版權(quán)保護(hù)信息和認(rèn)證信息，可以監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播，鑒別真?zhèn)�，解決版權(quán)糾紛，因此它一出現(xiàn)即成為熱點(diǎn)問題。文章主要針對(duì)數(shù)字水印技術(shù)在視頻版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用情況，提出了一種實(shí)用的用于視頻水印的算法，并給出了Matlab仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，該視頻水印方案能夠抵抗多種干擾和攻擊，具有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和防篡改性。
　　Abstract： Digital watermarking is a digital copyright protection technology. It can be identified by information such as copyright protection and authentication information， can monitor the spread of the protected data， can distinguish authenticity and resolve copyright disputes， so it emerged as a hot issue. This paper aimed at the application of digital watermarking technology in video copyright protection， proposed a practical algorithm for video watermarking， DCT and IDCT transform in the algorithm can be achieved by logic circuits in the FPGA development platform，and gave the Matlab simulation results. Experiments show that the video watermarking scheme resistant to a variety of interference and attacks， has good stability， robustness and tamper-resistant nature.
　　關(guān)鍵詞： 數(shù)字水印；視頻；仿真；DCT變換
　　Key words： watermarking；video；simulation；DCT transform
　　中圖分類號(hào)：TP309.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0151-02

0 引言

　　視頻水印是針對(duì)數(shù)字視頻載體的主客觀的時(shí)間和空間冗余加入信息，不會(huì)影響視頻的質(zhì)量，還能達(dá)到保護(hù)版權(quán)和內(nèi)容完整性檢驗(yàn)?zāi)康牡乃�印技術(shù)，視頻水印不但具有一般水印技術(shù)的特征，而且還有一些特殊的要求，可概括為：不可見性：視頻嵌入水印后不影響視頻畫面的質(zhì)量，從而確保視頻數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值；穩(wěn)健性：視頻水印應(yīng)該能夠抵抗各種無意或故意的攻擊包括幀平均、幀丟棄、幀交換等專門針對(duì)視頻水印的攻擊；安全性：視頻水印中的信息應(yīng)是安全的，保證不能被輕易的被篡改或偽造，未經(jīng)授權(quán)的用戶無法正確地檢測(cè)、提取或移除水印；與視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合：在原始視頻中嵌入水印必須考慮視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，不然嵌入的水印有可能在編碼過程中消失。
　　本設(shè)計(jì)采用空間域和變換域相結(jié)合的水印算法即在原始視頻的DCT變換域中進(jìn)行水印的嵌入和提取，且本設(shè)計(jì)將按塊進(jìn)行頻域變換和將視頻流看成靜態(tài)圖像的序列兩種方式相結(jié)合再利用圖像水印技術(shù)進(jìn)行水印處理技術(shù)進(jìn)行水印的嵌入和提取，所以魯棒性和不可感知性有了較大的改善。

1 視頻水印模型

　　視頻水印同一般水印一樣分為兩部分：水印的嵌入、水印的檢測(cè)和提取。水印的嵌入就是將水印信息按照事先約定好的位置嵌入到原始數(shù)據(jù)中。如圖1所示。
　　水印信號(hào)檢測(cè)和提取是指按照水印嵌入思想判斷某一數(shù)據(jù)中是否含有指定的水印信號(hào)并提取出水印信號(hào)的過程。因?yàn)楸４嫠�有的原始視頻是比較困難的，因此檢測(cè)模型采用盲檢測(cè)即不需要原始參照視頻，模型如圖2所示。

2 視頻水印算法

　　視頻是由一系列連續(xù)的靜止圖像在時(shí)間域構(gòu)成的序列，因此靜止圖像水印技術(shù)可以直接運(yùn)用于視頻水印之中，本設(shè)計(jì)就是在靜止圖像水印技術(shù)基礎(chǔ)上提出的一種新的盲視頻水印方案，該方案是在DCT變換域中嵌入和提取水印，但運(yùn)算量大，只有實(shí)時(shí)性要求不太高時(shí)才能滿足視頻媒體實(shí)時(shí)處理的要求，為此又設(shè)計(jì)了兩個(gè)硬件模塊：DCT變換和IDCT變換，從而提高了視頻處理的實(shí)時(shí)性。視頻文件的嵌入和提取流程圖如圖3。
　　2.1 水印的嵌入算法
　　將一幅真彩色圖片作為水印信息嵌入到視頻流中，具體方法如下：首先將水印圖片的RGB值分解成為24個(gè)矩陣，再?gòu)?和1中任意選一個(gè)標(biāo)志位，這樣就有同樣大小的25個(gè)矩陣作為水印信息，25個(gè)矩陣中的數(shù)有0和1組成，為了保證水印的不可感知性和減小計(jì)算所帶來的誤差，假設(shè)M是二值矩陣，大小為M1×M2，則M={m（i，j），0≤i　　其次將原始視頻（25幀/s）中每幀真彩色圖片的RGB值重新組合生成一個(gè)同幀圖片矩陣大小相等的新矩陣，把新矩陣分成8×8的小塊進(jìn)行DCT變換，變換后再將相應(yīng)的水印信息嵌入到8×8小塊預(yù)定的位置上，以便提高水印的魯棒性和不可感知性，其中25n（n>=1）幀作為標(biāo)志幀。嵌入后再將8×8小塊進(jìn)行DCT反變換即IDCT變換還原到原始視頻中。

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