1、第1章緒論第1章緒論1.1 課題研究背景隨著社會的不斷進步和信息技術的不斷發(fā)展，各種形式的多媒體數(shù)字作品紛紛 以網(wǎng)絡形式發(fā)表，然而數(shù)字作品的便利性和不安全性是并存的，它可以低成本、高 速度地被復制和傳播，這樣就為創(chuàng)造者和使用者都提供了很大的便利，但這些特性 也容易被盜版者所利用，數(shù)字水印技術的研究就是在這種應用要求下迅速發(fā)展起來 的。視頻信息中包含著較多不同于圖像的特殊信息，這些特殊信息大大影響了傳統(tǒng) 的數(shù)字水印技術在視頻水印方面的應用。隨著目前數(shù)字視頻產(chǎn)品等多媒體信息的大 量使用，市場上也迫切需要對數(shù)字視頻產(chǎn)品進行加密保護。然而由于水印嵌入時必須考慮到如何更好地與視頻編碼結合起來，而視頻編碼

2、又因為不斷的發(fā)展而會發(fā)生變 化，新發(fā)展的一些視頻編碼關鍵技術可能會限制水印的嵌入技術的于這些原因，使得在數(shù)字視頻產(chǎn)品中要嵌入合適的水印難度比較大；而另一方面針對于視頻的更加精 確的人眼視覺模式還沒有完全地建立起來 ，沒有一個很好的標準在視頻中找一個較 好的區(qū)域進行水印的嵌入，因此在數(shù)字視頻產(chǎn)品中嵌入水印的方法選擇上受到了較 大的限制。也正因為還有很多技術上的工作沒有得到很好的解決，而數(shù)字視頻水印技 術又將應用于越來越多的地方，這就給研究工作帶來許多的機遇，同時也更是一種挑 戰(zhàn)。Caronni于1993年最早提出了 “數(shù)字水印”的概念，該概念的提出引起了學術 界、電子出版界的極大興趣，之后該技術

3、被廣泛地應用于圖像、音視頻等其他數(shù)字 媒體。因為它在隱含標注、版權保護、真?zhèn)舞b別和秘密通信等領域有著廣泛的應用 前景，因此成為一個日益重要的研究領域。1.2 研究的目的與意義研究數(shù)字視頻水印技術的目的與意義在于可以有效的實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境中數(shù)字視頻 作品的版權保護和認證，面對人類社會的數(shù)字化時代，在網(wǎng)絡交流日益普及和電子 商務逐漸啟動的今天，數(shù)字視頻作品的版權保護和認證問題及數(shù)字信息的安全傳輸 問題是在人們面前需要迫切解決的問題。而數(shù)字視頻水印技術將是解決這類問題的 一種最有效和最有潛力的技術，多媒體數(shù)字水印系統(tǒng)軟件的開發(fā)具有顯著的經(jīng)濟效 益和社會效益，對于規(guī)范數(shù)字化市場，促進信息產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展

4、極為重要的意 義。數(shù)字水印技術的發(fā)展雖然已經(jīng)有二十余年的歷史，對數(shù)字產(chǎn)品的版權保護成為 一個新的信息安全問題。之前對數(shù)字信息和數(shù)據(jù)的保護一直使用的傳統(tǒng)手段是加密 技術。但是加密技術存在比較明顯的缺陷，就是它只能在傳輸數(shù)據(jù)的過程中起到保 護作用，在數(shù)據(jù)被接收或解密之后就不再具備保護作用了，所以加密技術只能夠滿 足有限的要求。并且取得了長足的進步，但是水印技術還沒有成為數(shù)字內(nèi)容安保體 系中的有效組成部分，數(shù)字水印技術面臨的難題是各種各樣的攻擊手段。比如幾何 攻擊，包括旋轉、平移、縮放、扭曲、剪裁等，即使是很小程度上的幾何攻擊，也 可能會改變空間位置的同步關系，對于很多算法來說，一旦破壞了載體和水印

5、的同 步性，就很難正確提取出水印信息。比如共謀攻擊，幾個非法用戶聯(lián)合起來就能夠 去除載體中的水印信息，而躲過檢測者的跟蹤。因此，數(shù)字水印是一個正在發(fā)展的 課題，重難點就在于怎樣提高數(shù)字水印的魯棒性。今后，數(shù)字水印技術的研究將著 重于如何完善數(shù)字水印理論以及提高數(shù)字水印算法魯棒性、安全性等性能，研究其 不可見性和魯棒性以及在應用中的抗攻擊能力之間的平衡等方面。設計出強安全性、高魯棒性的數(shù)字水印系統(tǒng)和算法是當前水印技術領域急需解決的問題。最初對數(shù)字 水印技術的研究主要集中在圖像水印方面。最近幾年來，因為數(shù)字視頻產(chǎn)品的大量 出現(xiàn)，對數(shù)字視頻產(chǎn)品進行版權保護的需求日益強烈，基于數(shù)字視頻的水印技術研 究

6、成為水印技術研究的一大熱點。由于視頻數(shù)據(jù)占據(jù)的內(nèi)存容量都比較大，所以通 常我們都是采用壓縮數(shù)據(jù)格式進行交流傳播或者存儲，這就使得基于壓縮標準的壓 縮視頻水印技術研究成為了視頻水印研究的一個重點。1.3 研究現(xiàn)狀分析數(shù)字視頻水印的發(fā)展基本上與圖像水印的發(fā)展同步的，從提出圖像水印的概念 開始，數(shù)字視頻水印的概念也隨之提出，隨著幾年的 DVD等視頻產(chǎn)品的普及，反而 對數(shù)字視頻水印產(chǎn)品的要求更為迫切，數(shù)字視頻水印研究是數(shù)字水印研究的一個熱 點。密碼學，糾錯編碼，信息論，擴頻通信，信號處理等已經(jīng)充分運用到視頻水印 系統(tǒng)，現(xiàn)有的視頻水印技術從嵌入策略上可以分為三類：第一類：水印直接嵌入到 原始視頻流中，然

7、后進行視頻編碼。如：空域，變換域。此類方案的優(yōu)點是：水印嵌 入的方法比較多，原則上數(shù)字水印方案均可以應用于此。缺點是會增加視頻碼流的 數(shù)據(jù)比特率，經(jīng)壓縮后會丟失水印，降低視頻質量，對于已壓縮的視頻，需要先進 行解碼，然后嵌入水印后再重新編碼。第二類：水印嵌入到編碼階段離散余弦（DCT） 域中的量化系數(shù)中。此類方案的優(yōu)點是水印僅嵌入在 DCT系數(shù)中，不會增加視頻流 的數(shù)據(jù)比特率，易設計出抵抗多種攻擊的水印，但缺點是會降低視頻的質量，因為 一般它也有一個解碼、嵌入、再編碼的過程。第三類：水印直接嵌入到壓縮比特流中。 此類方案的顯著優(yōu)點是沒有解碼和再編碼的過程，因而不會造成視頻質量的下降，同時計算復

8、雜度低。缺點是由于壓縮比特率的限制而限定了嵌入水印的數(shù)據(jù)量 的大小。1.4 本文主要研究內(nèi)容本文是基于擴頻的數(shù)字視頻水印技術研究， 以魯棒性視頻水印技術為研究對象， 以提高水印的不可見性和魯棒性為研究目的。通過查閱國內(nèi)外大量關于數(shù)字水印的 文獻資料，總結分析視頻水印的特征以及視頻水印的特殊要求，在對視頻水印相關 概念和技術進行學習和總結后，主要完成了以下工作：(1)研究了視頻水印的主要特征，分析了視頻水印所特有的特征，學習了擴頻 通信的原理，研究了水印的生成過程。學習了壓縮標準以及結合壓縮標準嵌入水印 的算法。研究了人眼視覺模型。(2)由于視頻的I幀的離散余弦變換DCT的直流系數(shù)DC是一個始終

9、在視頻系 統(tǒng)中存在并且很魯棒的參數(shù)，就是將擴頻調到后的水印信息加到I幀的DCT的直流系 數(shù)中，在DCT的直流系數(shù)DC上加入水印。通過縮小放大攻擊，放大縮小攻擊，裁剪 攻擊，噪聲攻擊四種攻擊類型進行仿真， 并通過IDCT變換提取水印，通過實驗觀察 這種方法的抗攻擊性。(3)通過人類視覺系統(tǒng)模型的學習，以及壓縮標準和擴頻技術的學習。在此基 礎上提出了基于擴頻的自適應視頻水印算法，詳細介紹了算法的基本思想及設計步 驟，基于擴頻的自適應視頻水印處理算法對視頻的圖像進行分塊，同時考慮幀內(nèi)和 幀間的信息，根據(jù)運動信息和區(qū)域復雜度對視頻的圖像塊進行分類和處理。通過分 析，人的研究對于運動物體的感知略于對靜止

10、物體的感知，對快速運動的場景分辨 略于快速運動，這樣使得水印嵌入的位置自適應于人類視覺系統(tǒng)。通過嵌入不同強 度的水印，對比提取出水印的抗攻擊性。最后通過四種類型的攻擊進行仿真。實現(xiàn) 與基于擴頻的DCT域數(shù)字視頻水印的對比。1.5 本文結構本文主要通過5個章節(jié)進行介紹，分別如下：第一章首先介紹了基于擴頻的數(shù)字視頻水印技術的研究背景，研究意義和研究目的，最后對數(shù)字視頻水印技術研究現(xiàn)狀進行分析。第二章 主要對數(shù)字視頻水印進行介紹，包括數(shù)字視頻水印的特征，分類及數(shù)字 視頻水印的特殊性。最后對數(shù)字視頻水印技術進行概述。第三章 主要為基于擴頻的數(shù)字視頻水印技術的相關理論基礎，包括擴頻原理， m序列，數(shù)字視

11、頻水印的生成過程。以及對 DCT, MPEG,人眼視覺性能和水印攻擊 類型進行介紹。第四章 首先對基于擴頻的DCT視頻水印技術的實現(xiàn)過程進行介紹。最后通過 攻擊實驗仿真并對結果進行分析。第五章 首先對基于擴頻的自適應視頻水印技術的實現(xiàn)過程進行介紹。最后通 過加入不同強度的水印進行仿真，并通過攻擊實驗仿真對實驗結果分析。最后進行文章總結。1.6 本章小結本章的主要內(nèi)容為概述部分。簡要介紹了本文的研究背景，本文的研究意義和 研究目的，并對數(shù)字視頻水印技術研究現(xiàn)狀進行分析，在此基礎上提出了本文相應 的研究內(nèi)容以及本文的結構。4第 2 章 數(shù)字視頻水印和相關理論基礎數(shù)字視頻水印顧名思義就是加載在數(shù)字視

12、頻上的水印，主要是對數(shù)字視頻作品進行版權保護，從而確保版權所有者的合法利益。在現(xiàn)實生活中，數(shù)字視頻己成為大眾生活中不可或缺的娛樂方式，而相應的版權保護技術尚未發(fā)展成熟，這就使得以數(shù)字水印為重要組成部分的數(shù)字產(chǎn)品版權保護技術的應用研究更為迫切。為了保護版權可以在數(shù)字視頻內(nèi)容中嵌入水印信號，以此作為版權保護的依據(jù)。視頻水印從實現(xiàn)算法來說與靜止圖像水印并無根本的區(qū)別， 許多圖像水印的算法都可以直接移植到視頻水印中去。視頻水印與圖像水印最大的區(qū)別就是可用的信號空間，也就是能嵌入的水印數(shù)據(jù)容量。對于圖像而言，嵌入水印數(shù)據(jù)容量是十分有限的。這使得許多研究者在圖像水印中盡量應用HVS真型，在不犧牲圖像質量的

13、前提下，嵌入一個穩(wěn)健性盡量好的水印，且總希望能嵌入更多的水印信息。對于視頻而言，可用的信號空間就大的多，水印數(shù)據(jù)可以分散到連續(xù)的畫面上，對單幅畫面隱藏水印信息的容量要求不高。但值得注意的是，視頻水印算法在多數(shù)情況下有實時性的要求，即能處理連續(xù)的幀序列，因此算法還必須具有時間上的有效性，有效性以不影響視頻的正常播放質量為前提。因為視頻水印可以根據(jù)視頻本身的數(shù)據(jù)連續(xù)性來適應水印數(shù)據(jù)的大小，所以從水印容量的角度來看，數(shù)字視頻是隱藏大量水印信息的最佳載體。但由于空間域掩蔽效應等特性在內(nèi)的更為精確的人眼視覺模型尚未完全建立，使視頻水印技術相對于圖像水印技術發(fā)展滯后，同時現(xiàn)有的標準視頻編碼格式又造成水印技

14、術引入上的局限性。另一方面，由于一些針對視頻水印的特殊攻擊形式（ 如幀重組、幀刪除、幀間組合等） 的出現(xiàn)，為視頻水印提出一些區(qū)別于靜止圖像水印的獨特要求。2.1 數(shù)字視頻水印的介紹2.1.1 視頻水印的主要特征由于數(shù)字視頻是連續(xù)播放的， 相鄰畫面之間內(nèi)容有高度的相關性， 并且還存在動態(tài)編解碼的過程。因此視頻水印與圖像水印在某些要求上有明顯的不同，它還有一些圖像水印不具備的特征，但總的特征可以概括為 : 安全性。即水印被嵌入視頻后， 非授權人不能將其刪除掉。只要不知道確定的參數(shù)，即使知道水印算法也不能將水印移除。 穩(wěn)健性。視頻水印應該能抵抗無意或故意的攻擊，這些攻擊包括信號疊加、濾波、剪切、編碼

15、、壓縮、模數(shù)轉換和回放等。視頻信號嵌入水印后不會影響到計算復雜度。 計算復雜度的核心是確保水印的實時性和可操作性。 計算復雜度越低，水印的可實用性越強，但必須要保證水印有合乎要求的穩(wěn)健性。 視頻速率的恒定性。 即水印加入后不能增加視頻比特流的速率， 必須服從傳輸信道規(guī)定的帶寬限制。如果嵌入水印后增加了播放的速率，解碼出的聲音和視頻圖像則有可能不同步，引起失真，這是應當避免的。 同步檢測機制。 提取水印時應有嚴格有效的同步檢測機制來確保水印的正確恢復。在進行水印算法設計時，就必須考慮到要有準確可靠的同步提取和同步丟失檢測及再次同步的機制。 快速嵌入 / 檢測 : 因為視頻的數(shù)據(jù)量大而且有實時性的

16、要求， 所以算法必須在很短的時間內(nèi)完成。 盲檢測。 水印檢測原則上不能用原始視頻數(shù)據(jù)， 這是因為在檢測時使用原始視頻會大大增加運算復雜度，而且利用原始視頻來檢測水印也是不現(xiàn)實的。 水印容量 : 對于視頻水印，我們規(guī)定水印容量為在單位時間內(nèi)嵌入水印信息的數(shù)據(jù)量。通常我們要求能夠有盡量高的嵌入水印速率。一個水印系統(tǒng)能夠嵌入水印信息的最大理論值可以從信息論的角度計算出來。2.1.2 視頻水印的分類可以從不同的角度對數(shù)字視頻水印進行分類。我們知道，數(shù)字視頻水印的提取過程與圖像水印的提取過程有很大的不同，圖像水印的提取過程是靜態(tài)的，而視頻水印的提取過程在時間上是連續(xù)的，它是在連續(xù)幀上進行提取的，提取出的

17、水印可以是文字、圖像、連續(xù)語音信號和同時可播放的視頻信號，因此可以根據(jù)嵌入視頻水印的內(nèi)容不同將其分類。1） 按嵌入域分類，主要可分為空域（ 時域 ） 方法及變換域（ 頻率域 ） 方法。空域替換法是用待嵌入的信息替換載體信息的冗余部分，一種簡單的方法就是變換域方法就是在宿主的某個變換域，如小波域中嵌入信息，除了靜止圖像上變換域中嵌入水印的優(yōu)點外，還能很好地與視頻壓縮標準兼容。2） 按載體的數(shù)據(jù)域分類，包括基于原始視頻方法和基于壓縮視頻方法。基于原始視頻的水印算法， 是對未經(jīng)編碼的視頻流數(shù)據(jù)進行處理， 在原始視頻中嵌入水印。基于壓縮視頻的水印算法，則與某種視頻壓縮標準如常見的 MPEG-1， MP

18、EG-2，MPEG-4 相結合，在編碼視頻中嵌入水印。在壓縮視頻中嵌入和提取水印，既可以在視頻編解碼器中進行，也可以作為單獨的模塊，直接在編碼視頻流上進行。前者需要修改視頻編解碼過程，在編碼器中加入水印嵌入和提取功能， 適用于可以直接介入視頻編碼過程的情況。 例如 : 采用自己的編碼器，對攝像頭捕獲的原始視頻流進行編碼。后者不需要修改視頻編碼器，但是需要對編碼視頻流進行分析，在壓縮碼流中找出需要嵌入水印的數(shù)據(jù)并完成水印的嵌入， 適用于不能直接介入視頻編碼的過程， 而只能得到視頻流情況: 在第三方制作的視頻流中嵌入版權信息。 在壓縮域內(nèi)的水印嵌入 （ 直接在壓縮比特流中插入水印）優(yōu)勢在于水印嵌入

19、程序可以處理壓縮的視頻流， 它與未壓縮的視頻流相比具有較低的數(shù)據(jù)率。水印嵌入以后也不必再進行重新壓縮，這對于實時水印嵌入技術來說是非常重要的。為了在壓縮域中嵌入水印，水印嵌入程序必須分析視頻流以識別水印嵌入所需的合適的結構，并修改壓縮流以嵌入水印。采用塊運動補償視頻壓縮技術進行壓縮處理過的水印流，部分原因是大多數(shù)現(xiàn)代視頻壓縮標準（ 包括 H.261 ， H.263+ ，MPEG-l, MPEG-2,以及部分MPEG-4均采用塊運動補償技術以充分利用視頻中的時間和空間冗余信息。 這些壓縮技術的共同特征包括: 離散余弦變換， 以塊和宏塊為單位進行編碼以及運動矢量。 當然， 一些圖像采用幀內(nèi)編碼（

20、不使用時間預測編碼） ，而一些圖片則使用一個預先解碼的圖片作為預測器進行編碼。從技術特性來看，這兩種方法還可作進一步的細分: （ 1） 基于原始視頻水印方法: 按嵌入域分，一些方法直接在原始視頻數(shù)據(jù)中嵌入水印，如Hartuang和Kalker稱為空域法。另一些方法先對原始視頻數(shù)據(jù)進行某種變換，如 DCT 變換，小波變換，或傅立葉變換，然后在變換域中嵌入水印，稱為頻域法。（ 2）基于壓縮視頻水印方法: 按嵌入位置分，一些在變換系數(shù)上嵌入水印，這些方法主要是借鑒了圖像的頻域水印技術；另一些方法在運動向量中嵌入水印。 頻域水印有三種處理方法 : 第一種方法， 將視頻流看作一個三維信號，其中兩維在空間

21、上，一維在時間上，對其進行3 維變換，然后進行水印處理。第二種方法，將視頻流看成是靜態(tài)圖像的序列，采用圖像水印技術進行處理，因此有很多文獻聲稱它們的算法適合視頻序列。第三種方法，按塊進行頻域變換，由于視頻編碼標準中也是按塊進行頻域變換，因此這種方法大都是和視頻編碼器相結合進行，屬于壓縮視頻水印。目前，許多學者普遍認為變換域水印具有更好的穩(wěn)定性，因此人們對視頻水印的研究大多數(shù)相對集中于后者，如視頻采用 MPEG-2, MPEG-4 壓縮編碼處理都是在變換域中進行的。3） 按密鑰分類，如嵌入和提取采用相同的密鑰，則稱其為對稱水印，否則為非對稱水印。4） 按水印的特性分類可以將數(shù)字水印分為魯棒水印，

22、脆弱水印和半脆弱水印。5） 按水印的可見性分為可見性水印和不可見性水印。現(xiàn)在一般研究不可見性水印。2.1.3 視頻水印的特殊性除了具有一般數(shù)字水印技術所具有的特征以外，由于數(shù)字視頻不僅僅是一個在規(guī)則間隔時間內(nèi)顯示的圖像序列，可能影響水印技術的一些視頻特征包括: （ 1）連續(xù)幀之間具有很大的空間相關性。多數(shù)情況下，連續(xù)的視頻幀不是相互獨立的，相反具有較大的相似性。由于幀之間存在大量的數(shù)據(jù)冗余和以及幀內(nèi)冗余，視頻水印很容易遭受盜版攻擊，包括幀平均、幀丟失、幀交換、靜態(tài)分析等等。（ 2）在所有幀中嵌入相同的水印可能會不安全，因為攻擊者可能會掌握大量有關水印結構的知識去估計和刪除水印。（ 3）嵌入水印

23、一定不能顯著地增加帶水印視頻流的數(shù)據(jù)率，特別是在帶寬資源非常有限的場合。（ 4）現(xiàn)場對內(nèi)容進行水印標記，嵌入復制控制信息和嵌入指紋進行內(nèi)容跟蹤等都要求嵌入實時水印。其它的一些應用如檢測版權保護信息和假冒視頻產(chǎn)品的認證，也要求實時水印檢測。由于視頻的上述特殊性質， 它對視頻水印方案的設計還有如下一些特殊的要求：（ 1）實時處理性，水印嵌入和提取應具有低復雜度。然而不同的應用有不同的要求。如果水印用于審計追蹤， 每個接收端都必須提取水印，則水印提取應該容易。如果為不同的接收者嵌入身份標識，水印處理在大量的分布視頻序列上進行，因此為了考慮水印上所有可能的攻擊，水印提取可能比較復雜，而水印嵌入在這種情

24、況下復雜度應該低。（ 2）隨機檢測性，可以在視頻的任何位置，短時間內(nèi)檢測出水印。隨即檢測性比實時性具有更嚴格的要求 : 一個水印方案是實時的， 但是如果只能從視頻的開始位置按播放順序一步一步檢測出水印，則不具有隨機檢測性。如果跳轉到視頻的任何一個位置，也能夠檢測出水印，則具有隨機檢測性。（ 3）與視頻編碼標準相結合，視頻數(shù)據(jù)由于其數(shù)據(jù)量極大，在存儲傳播中通常要對其進行壓縮， 現(xiàn)在最常用的視頻壓縮編碼標準是MPEG-1 ， MPEG-2 和 MPEG-4 。如果在壓縮視頻中嵌入水印，很顯然要與視頻的壓縮編碼標準相結合。如果是在原始視頻中嵌入水印，由于水印嵌入是利用視頻的冗余數(shù)據(jù)來攜帶信息，而視頻

25、壓縮編碼標準則需要去除視頻中的冗余數(shù)據(jù)，如果不考慮視頻壓縮編碼標準而盲目地嵌入水印，則嵌入的水印很可能在編碼過程中就完全丟失了。（ 4）盲檢測和較強的魯棒性，使用原始宿主信息，更有利于檢測和提取水印信息。但是，檢測用到的原始宿主信息容易暴露給惡意的攻擊者。而且在某些應用中并不能獲得原始的宿主信號。即使能夠獲得原始的宿主信號，也因為數(shù)據(jù)量巨大，使用原始的宿主信號也是不現(xiàn)實的。對于視頻數(shù)據(jù)來說，這一點表現(xiàn)得尤為突出。因此，除了極少數(shù)的方案外，目前主要研究的視頻水印技術是盲視頻水印技術。對于視頻數(shù)據(jù)還存在特有的處理和攻擊方法，必須保證視頻水印方案對這些攻擊和處理的魯棒性。對視頻的任何處理，只要沒有將

26、視頻破壞到失去使用價值的地步，都應該不會破壞所嵌入的水印。（ 5）無意和有意攻擊，采用各種壓縮編碼標準如 MPEG-1， MPEG-2， MPEG-4等對視頻進行編碼，在NTSC ， PAL， SECAM 和通常的電影標準格式之間轉換所帶來的幀速率和顯示分辨率的改變，以及屏幕高寬比的改變、幀刪除、幀插入、幀重組等視頻編輯處理、 A/D 、 D/A 轉換，如錄制在模擬錄像帶時，在幀轉換中可能給視頻帶來的影響，包括低通濾波，添加噪聲，對比度的幾何改變以及幾何失真等。Hartung 等將水印攻擊分為四類: 簡單攻擊，檢測失效攻擊，混淆攻擊和移去水印攻擊。在視頻上的攻擊也基本屬于這四類組成。對于單個視

27、頻幀，基于靜態(tài)圖像的攻擊一般來說仍然有效。對于連續(xù)的幀，有統(tǒng)計平均和統(tǒng)計共謀攻擊。平均攻擊是針對局部連續(xù)的幀求平均，以消除水印。這種攻擊對于在各幀中嵌入隨機的，水印獨立的方案比較有效。在共謀攻擊中，從單個的幀中估計出水印，并在不同的場景中求平均以取得較好的精確度，接著從每幀中減去估計的水印。這種攻擊對于在所有幀中嵌入相同的水印方案有效。因此必須考慮視頻的各種可能的攻擊處理，來實現(xiàn) 較好的水印。從上面介紹可以看出視頻數(shù)字水印與靜止圖像數(shù)字水印技術的差異:（ 1）可用信號空間不同。對于靜止圖像，空間非常有限，這就促使許多研究者利用 HVS 模型，使水印到達可視門限而不影晌圖像質量。而對視頻水印來說

28、，信號空間非常大，但視頻水印經(jīng)常有實時或接近實時的限制，與靜止圖像水印相比，降低復雜度的要求更重要。 在某些情況下， 甚至不能如靜止圖像那樣充分使用基于 HVS的模型。一個好的視頻水印的要求: 必須考慮幀間信息， 以能抵抗幀平均，幀剪切等攻擊，可以把水印信息分布在連續(xù)的幾幅幀中，而且應該能從一個短序列中恢復全部信息。（ 2）對于靜止圖像，水印的主要應用在于說明作品的所有者，給出版權標識。而數(shù)字視頻的情況有所不同，一部影視作品的版權所有者是無需質疑的，視頻作品的每個拷貝中都應該用一個唯一的水印，防止非法拷貝。（ 3）復雜度: 在某些應用中，水印嵌入和檢測的復雜度是不對稱的。水印嵌入應當復雜，以抵

29、抗各種可能的攻擊，而水印提取和檢測基于實時應用應當簡單。（ 4）壓縮域處理: 視頻數(shù)據(jù)可以通過壓縮的形式存儲。如在VOD 服務器上，基于復雜度要求，更易將水印加入壓縮后的視頻碼流中，如果解碼后加入水印再進 行編碼，計算量將相當大。（ 5）碼率恒定: 加入水印不應增加視頻流碼率。因此，當前的圖像水印算法還不能很好地保護視頻數(shù)據(jù)。如果在視頻的每一幀中嵌入固定的圖像水印則容易引起維持統(tǒng)計和視覺可見性的問題。2.1.4 視頻水印技術概述Arena 等人提出了水印直接嵌入在 MPEG-2 比特流中的方案，從而避免了將水印嵌入在像素域中所必需的將視頻碼流解碼與再編碼的繁重運算。Hatinkaos 和 Ku

30、ndu ，提出了一個依賴于內(nèi)容的空間嵌入視頻水印方案。這一視頻水印算法基于以下兩個關鍵思想 : 統(tǒng)計不可見性與設置內(nèi)容同步。Mobasser提出了一個應用直接序列擴展頻譜模型的視頻水印方案。一段視頻是由一些幀組成的，而每一幀可以看作是由數(shù)個比特面組成的，這樣，這段視頻就可以看作是在時間軸上的以比特面為單位的一維序列。一個0,1 m 一序列作用于這個一維序列， 大部分比特面保持不變， 而有少數(shù)比特面的更改并不能影響視覺效果，這些位置就是用來嵌入水印的。Kutter 提出了在運動矢量中嵌入水印的方案，將水印嵌入在幅度值大且相對變化小的運動矢量中。在MPEG 壓縮算法中，運動補償預測技術用于減少幀間

31、的時間冗余度，只有預測到有誤差的圖像才被編碼。在MPEG 視頻序列中，大部分的幀是運動補償預測編碼幀，所以，在運動矢量中隱藏水印信息可以更有效的利用視頻比特流中的信息。國內(nèi)學者張志強提出了一種在MPEG-1 和 MPEG-2 壓縮視頻流中嵌入可視水印的方案。可視水印不同于不可見水印，它是通過在圖像表面半透明的顯示版權信息來防止盜版。2.2 相關理論基礎2.2.1 MPEGS縮視頻標準簡要介紹為了節(jié)約數(shù)據(jù)存儲空間和便于傳輸，視頻的主要存在模式是壓縮格式的，因此視頻水印也在很大程度上是與壓縮編碼標準緊緊聯(lián)系在一起的。當今視頻壓縮的國際標準包括MPEG-I , MPEG-2, MPEG-4, ITU

32、-T 的 H.261 和 H.263 等，都采用混合編碼。他們的基本編碼思想是運動補償預測和基于塊的變換編碼。在 MPEG 壓縮標準中，數(shù)據(jù)流是以多路復合流的格式存儲和傳輸?shù)摹６嗦窂秃狭饔梢纛l流和視頻流復合組成。多路復合流的基本單位時包，而一個包由三個組組成。組分為視頻組和音頻組，在此只介紹視頻組。它采用分層的語法定義，每一層包括一個或多個從屬層。由于視頻流被分成多個圖片組，每個組包含特征相近的一些圖像幀的集合，幀又被分成畫面，再分成宏塊。畫面內(nèi)編碼的基本單位是宏塊，一個宏塊由 6 個 8*8像素塊構成: 四個亮度塊Y0, Y1, Y2, Y3 ，一個色度塊 U ，一個色度塊V 。注意，四個亮

33、度塊覆蓋的畫面區(qū)域與每個色度塊覆蓋的畫面區(qū)域是相同的，原因是由于色度信息的信息量比亮度信息少，為了提高數(shù)據(jù)壓縮率而對色度信息作了適合人類視覺系統(tǒng)靈敏度的亞采樣。MPEG 視頻壓縮編碼的目的是為了在保持較好畫面質量的同時獲得較高的壓縮比。由于在編碼過程中不能保持精確的像素值，所以該算法是有失真的，視頻壓縮的最優(yōu)性能依賴于高質t 畫面、高壓縮比與數(shù)據(jù)流讀取三者之間矛盾的折衷。原始視頻信號的數(shù)據(jù)量非常大， 不利于存儲和傳輸， 所以視頻信號需要進行數(shù)據(jù)壓縮。 為了獲得高壓縮比， 就必須有效的去掉視頻在時域和空域上的冗余。 MPEG-2 采用基于塊的運動補償以減少時域冗余。運動補償用于對當前畫面作相對于

34、前一幅畫面的因果預測，對當前畫面作相對于后一幅畫面的非因果預測，或作相對于前、后畫面的差補預測。對每一個8*8 像素的畫面區(qū)域均定義一個運動矢量，以保證能有效恢復畫面。用DCT變換對差值信號(即預測誤差)作進一步壓縮，以消除空域冗余 : 然后以一個不可逆的過程對DCT 系數(shù)量化， 刪去不太重要的信息 ; 最后， 將運動矢量與 DCT 信息結合，并用變長碼進行嫡編碼，得到壓縮的視頻流。因為要提高壓縮比， 就必須去掉視頻圖像中大量的冗余信息。 去掉冗余有效的辦法就是采用預測編碼。為此，定義了三種主要的畫面類型:(1) 幀內(nèi)編碼畫面( I 畫面 ): 不參考其他任何畫面而獨立編碼。 I 畫面為編碼序

35、列提供了預測基準點，解碼過程可以始于這些點， I 畫面的壓縮比不高。(2) 預測編碼畫面(P 畫面 ): 它相對于前面一幅幀內(nèi)畫面或預測編碼畫面進行有運動補償?shù)念A測編碼，且通常可以作為后繼預測畫面的參考畫面，它的編碼效率較高。(3) 雙向預測編碼畫面(B 畫面 ): 它需要前向和后向的參考畫面作運動補償，它的壓縮程度是最高的， B 畫面永遠不被用作預測的參考畫面。這三種類型的畫面在一個視頻序列中的組織是非常靈活的，這由編碼器決定，并依賴于應用的要求。MPEG-觀頻流采用分層式數(shù)據(jù)結構，共由六層組成(1) 視頻序列層, 視頻序列層由序列頭、一個或多個圖像組和序列結束碼組成,序列頭主要包括圖像大小

36、、寬高比、比特率、量化表等解碼所需的信息。(2) 圖像組層 , 圖像組層是由頭信息 , 一幀或連續(xù)若干幀圖像組成的可以隨機訪問的一段以及結束碼組成 , 頭信息主要包括時間碼等。在圖像組層中 , 以 I 幀作為圖像序列中的隨機訪問點 , 在 I 幀之后跟隨一系列 P 幀和 B 幀。 一個圖像組至少包含一個 I 幀 , 且總是以 I 幀作為第一幀。(3) 圖像層 , 圖像層包含頭信息和一幀圖像所有的編碼數(shù)據(jù)。頭信息主要包括時間參考,圖像編碼類型，即I、P、B或D,D圖像只包含每個塊的直流分量,用于極低比特率的圖像瀏覽, 前后向運動矢量類型和范圍等。(4) 條層 , 條層由一個或多個相鄰的宏塊組成,

37、 引入條層的目的主要是出錯恢復。 其頭信息是等長編碼的 , 所以 , 在比特流出錯時, 解碼器可以據(jù)此恢復同步。 頭信息包含條的垂直位置等。(5) 宏塊層 , 宏塊層由四個亮度塊和兩個色度塊構成 , 宏塊的大小為 16x16, 其頭 信息包括量化加權因子和宏塊的類型等。(6)塊層，塊層是MPEG-好的最小編碼單位，大小為8xs,包括DCT系數(shù)和塊結 束標志 (EOB)。2.2.2 離散余弦變換離散余弦變換, 是將一個 8x8 空間窗口的圖像采樣數(shù)據(jù)或者是預測誤差數(shù)據(jù)作離散余弦正交變換, 得出 64 個 DCT 變換系數(shù)。 DCT 變換是一種與傅立葉變換緊密相關的數(shù)學運算。在傅立葉級數(shù)展開式中

38、, 如果被展開的函數(shù)是實偶函數(shù), 那么其傅立葉級數(shù)中就只含有余弦項。 將函數(shù)擴展成偶函數(shù)后進行傅立葉變換, 再將其離散化可導出余弦變換, 因此稱為離散余弦變換。 一個在時間域中需要許多數(shù)據(jù)點表示的信號 , 通過變換轉換到頻率域后 , 只需要幾個點就可表示這個相同的信號。 正是因為此,許多數(shù)據(jù)壓縮技術都是將數(shù)據(jù)轉換到頻率域來達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。2.2.3 人眼系統(tǒng)特性在研究不可見水印技術時，不可見性是衡量數(shù)字水印算法的一個重要指標，而不可見性就是指水印載體在嵌入水印后人眼所不能察覺出來的程度，也就是說，好的水印不可見性要能使通過肉眼無法直接判斷載體中是否包含水印信息。我們在研究數(shù)字水印技術的時候

39、，觀察者必須被考慮在內(nèi)，這就是我們研究自適應數(shù)字水印時必須結合人類視覺系統(tǒng)的原因， 這對于研究自適應數(shù)字水印具有重要意義。 自適應數(shù)字水印算法的基本思想就是根據(jù)HVS 的對比度特性， 自適應地調整水印信息在載體不同部位的嵌入強度。而自適應改變水印局部嵌入強度的依據(jù)就是 HVS 的 視 覺 掩 蔽特 性 。視覺掩蔽可以分為照度掩蔽、 頻率掩蔽和紋理掩蔽。 照度掩蔽可以這樣描述：當背景越亮時， HVS 的對比度門限越高。根據(jù)照度掩蔽特性，對背景較亮的區(qū)域，拉伸系數(shù)可以取得大一點；反之拉伸系數(shù)應該取小一點。也就是說在圖像背景較亮的區(qū)域，水印嵌入強度可以適當加大；反之則應適當降低嵌入強度。頻率掩蔽可以

40、描述為：一個一定頻率的空間正弦信號，將降低其他相近頻率的空間正弦信號的可檢測性。紋理掩蔽指的是：背景紋理越復雜， HVS 對噪聲越不敏感。這意味著，在紋理較復雜的區(qū)域，可以隱藏的水印能量就較強；紋理較簡單的區(qū)域，可以隱藏的水印能量就較弱。個一定頻率的空間正弦信號，將降低其他相近頻率的空間正弦信號的可檢測性。2.2.4 水印攻擊類型評估水印系統(tǒng)的魯棒性能時需要在水印收到攻擊下進行，因此首先介紹常用的攻擊方法。攻擊是指未授權的第三方對數(shù)字水印進行一些操作，并以減弱、破壞、去除水印為目的的行為。攻擊分為無意攻擊和惡意攻擊兩類：無意攻擊是非特意人為的、不可避免的攻擊， 如傳輸過程中的噪聲干擾，掃描打印

41、后的各種幾何失真等；惡意攻擊是受好奇心或者經(jīng)濟利益等驅動而有意對水印展開的攻擊。惡意攻擊又分為被動攻擊和主動攻擊：只是試圖破壞水印算法的攻擊是被動攻擊；試圖篡改、復制水印的是主動攻擊。為了對比本文提出的算法的性能優(yōu)勢，通過對比多種攻擊類型水印提取效果進行仿真分析，本文主要使用的攻擊類型有如下幾種類型：( 1) 縮小放大攻擊， 對加入水印的視頻幀進行縮小，然后再放大還原到原來像素大小的視頻幀，其數(shù)學公式如下所示：I 1imresize(I 0,1/ N ,'bicubic ')(3-5)I 2imresize(I 1,1/ N ,'bicubic')(3-6)其中

42、Io為原始的加入水印的視頻幀圖像，Il為縮小后的視頻幀圖像，I2為放大后的視頻幀圖像，公式 3-5 和公式 3-6 分別表示視頻幀圖像的縮小和放大。 當進行縮小操作的時候，以 2 倍縮小為例，那么相鄰的四個像素將以四個像素的平均值做為縮小后的像素；當進行放大操作的時候，以 2 倍放大為例，那么相鄰的像素值之間通過插入一個過渡像素值作為放大后的像素。通過圖像的縮小和放大處理之后，視頻幀圖像中的像素值將受到鄰近像素的干擾和影響。( 2)放大縮小攻擊，水印的放大縮小攻擊，對加入水印的視頻幀圖像進行放大，然后再縮小還原到原來像素大小的視頻幀圖像，其數(shù)學公式和公式 3-5 和 3-6 相似，其計算過程和

43、縮小放大攻擊相反。同樣道理，通過視頻幀圖像的放大和縮小處理之后，其像素值將受到鄰近像素的干擾和影響。( 3)濾波攻擊，水印的濾波攻擊，將嵌入水印后的視頻進行濾波處理，根據(jù)濾波公式：NNI2 I1 i,j h i,j(3-7)i1 j1根據(jù)公式 3-7 可知，水印的濾波攻擊，即將一個窗口內(nèi)像素和對應的濾波器權值函數(shù) h 相乘后的和作為濾波后的像素值，因此，濾波后像素信息不僅受到 N N 窗口內(nèi)的像素影響，而且受到濾波器權值的影響。( 4)裁剪攻擊, 所謂裁剪攻擊，即將嵌入水印的視頻中的某一區(qū)域賦值為零，其數(shù)學原理如下所示：I2 Nx1:Nx2,Ny1:Ny2 0(3-8)當嵌入水印的視頻受到裁剪

44、攻擊之后，嵌入到圖像中的水印信息將部分丟失，因此會在較大程度上影響視頻的水印提取效果。( 5) 噪聲攻擊水印的噪聲攻擊，即將嵌入水印的視頻加入高斯白噪聲進行干擾，其數(shù)學原理如下所示：I 2 I1(3-9)當視頻受到噪聲干擾之后，其像素值將受到噪聲的影響，而嵌入在視頻中水印信息 的擴頻碼受到噪聲干擾，當噪聲較大的時候，會導致擴頻序列極性的改變，從而在 一定程度上干擾嵌入到視頻中的水印信息。2.3 本章小結本章主要介紹數(shù)字視頻水印的特征，分類及數(shù)字視頻水印的特殊性。并對視頻水印技術進行相關的介紹。并對相關理論進行介紹,包括MPEG和DCT最后介紹了 人眼系統(tǒng)特性和本文采用水印攻擊的類型。為后續(xù)設計

45、方案的提出奠定基礎。38第3章擴頻數(shù)字水印的生成3.1 概述水印信號可分為無意義水印和有意義水印兩種，無意義水印都是無意義的隨機 序列，他們在嵌入算法中被直接使用，進而加入到載體數(shù)據(jù)中。但是，有些水印算 法中原始的水印信號則是有意義的信號，即信號是代表一定意義的文本、聲音、圖 像或視頻信號。使用有意義水印的一個顯著特點是在水印提取后，提取的水印非常 直觀，不需要再利用原始水印信號進行相關性計算，可以直接使用它對載體中是否 含有水印進行判別。對一個給定的有意義水印，無論它的類型是文本、聲音、圖像 還是視頻，在進行水印的嵌入時，絕大大多數(shù)算法都要求將它首先轉化為二值(0和1或-1和1)的序列，這種

46、轉化又是各種各樣的。簡單的方法是直接使用水印在計算 機中的存儲形式(數(shù)字信號的二進制形式)，但該方法的保密性較差，如果攻擊者從 載體數(shù)據(jù)中獲得了水印數(shù)據(jù)，就可以直接了解水印內(nèi)容，對水印的攻擊就很容易了。 有些算法則是根據(jù)加密或圖像的置亂算法，將水印信號變換成看似雜亂無章的二值 序列，這樣水印攻擊者即使可以獲得水印數(shù)據(jù)，但他得到的是沒有任何意義的亂碼，這樣攻擊者就無法確定是否得到了真正的水印，從而可在一定程度上防止對水印系 統(tǒng)的攻擊。3.1.1 擴頻通信的原理在20世紀50年代，為了實現(xiàn)一種攔截概率小、抗干擾能力強的通信手段，提 出了擴展頻譜(spread spectrum)1信技術，簡稱擴頻或

47、擴譜。擴頻技術最早只是用于 軍用通信和制導等軍用系統(tǒng)，它的理論基礎是信息論和抗干擾理論。香農(nóng)在其信息 論中得到如下重要公式：(3-1)C Blog2(1 a)Pn式中，C表示信道容量，B是信道帶寬，Pn是噪聲功率，Ps是信號功率。香農(nóng)公式表 明了無失真?zhèn)鬏斝畔⒌哪芰ν旁氡纫约靶诺缼捴g的關系。令 C代表人們所希 望具有的信道容量，把式換成自然對數(shù)變?yōu)椋篊ps1.44ln(1 比)(3-2)BpN對于干擾環(huán)境的典型情況，Ps/ Pn 1,則對上式用幕級數(shù)展開，略去高次項得：C 1.44-pSB Pn(3-3)通過上述的分析可得出一個重要結論：對于給定的信道容量C可以用不同的帶寬B和信噪比 P

48、s/ PN 的組合來傳輸信息。如減少帶寬則必須發(fā)送較大的信號功率; 如有較大 的傳輸帶寬， 則同樣的信道容量能夠用較小的信號功率來傳送， 這表明寬帶系統(tǒng)具有較好的抗干擾性。因此，當信噪比太小，不能保證通信質量時，常用寬帶系統(tǒng)改善通信質量，使信號在強干擾情況下，仍然可以保持可靠通信。根據(jù)上述原理，人們發(fā)明了擴頻技術。它是一種信息處理技術，它利用與待傳輸數(shù)據(jù)( 信息 ) 無關的擴頻碼對待傳輸?shù)男盘栠M行頻譜擴展，使之遠遠超過待傳輸信息所必需的帶寬，在接收機中采用相同的擴頻碼解擴和恢復數(shù)據(jù)。 Pickholtz 等將擴頻技術定義為這樣一種傳輸方式: 信號在大于所需的帶寬內(nèi)進行傳輸。 帶寬擴展是通過一個

49、與信號獨立的碼字 ( 擴頻碼 ) 完成，并且在接收端對這個碼字進行同步接收，并用于解擴和隨后的信號恢復。 由于擴頻碼的隨機性、 擴頻信號的寬帶性，擴頻系統(tǒng)具有以下幾個特點 : 擴頻信號是不可預測的偽隨機寬帶信號，擴頻系統(tǒng)具有很高的抗干擾能力，因為干擾者難以通過觀察改善其干擾性能，而只能采用發(fā)射同被干擾信號不匹配的干擾技術。 擴頻信號的功率相當均勻地分布在很寬的頻率范圍， 以致待傳輸信號功率密度很低，偵察接收機難以檢測。因此，擴頻系統(tǒng)具有低截獲概率特性。 擴頻系統(tǒng)具有良好的碼分多址通信能力， 對不同的用戶使用不同的碼， 別人無法竊聽他們的通信。 因此， 擴頻系統(tǒng)具有高保密性. 盡管傳輸信號的能量

50、可以很大，但在每一個頻段上的信噪比很小。即使部分信號在幾個頻段丟失，其他頻段仍有足夠的信息可以用來恢復信號。因此，檢測或刪除一個擴頻信號是很困難的。這種情況與隱藏系統(tǒng)很相似，隱藏系統(tǒng)就是試圖在整個載體中擴展秘密信息，以達到不可察覺的目的。由于擴展信號很難刪除，所以基于擴頻的信息隱藏方法都具有很好的魯棒性。3.1.2 m 序列的產(chǎn)生擴頻作為一種新型的通信方式，具有抗干擾、抗噪聲、低功率譜密度、保密性好等優(yōu)點。它利用偽隨機序列對被傳輸信號進行頻譜擴展，使之占有的信道帶寬遠遠超過其在一般通信意義下所必需的最小帶寬。在接收端利用同一偽隨機序列對接受信號進行同步相關處理以解擴和恢復數(shù)據(jù)。擴頻技術中使用的

51、偽隨機序列具有類似白噪聲的性質，但又是周期的、有規(guī)律的，可以人為地產(chǎn)生和復制。由于其具有類似白噪聲的性質，相關函數(shù)具有尖銳特性，因此易于從其它信號或干擾中分離出來，具有優(yōu)良的抗干擾特性。偽隨機序列通常由二進制移位寄存器產(chǎn)生，而 m 序列是最常用的性能優(yōu)良的偽隨機序列。 m 序列具有如下性質: (1)序列中兩種不同元素出現(xiàn)的次數(shù)大致相等; (2)若把n 個同種元素連續(xù)出現(xiàn)叫做一個長度為n的元素游程，則序列中長為n的元素游程比長度為n+l的元素游程多一倍； 序列具有類似白噪聲的自相關函數(shù)（函數(shù)）特性。m序列發(fā)生器由帶反饋的k級移位寄存器構成。k級移位寄存器經(jīng)過模2加后反饋到第一個寄存器作為輸出，第

52、k個寄存器的輸出即為m序列。3.2 擴頻數(shù)字水印的生成過程數(shù)字視頻水印生成的原理是：原始信息往往是由一組0 1, -1 1或者-c c組成的能代表數(shù)字產(chǎn)品版權信息的 m序列號（這里c是正整數(shù)），他未必具有偽隨機特 性。為了擴展原始信息的能量譜，該窄帶信息可被一個寬帶偽隨機噪聲序列發(fā)生器 所調制，調制后的ID序列就可以作為水印嵌入到數(shù)字產(chǎn)品之中。本文采用Hartung和Girod等提出的基于片率概念的擴頻方法。該方案對原始信息按片率進行擴展后 再用偽隨機序列進行調制，其原理如圖3-1圖3-1基于片率概念的擴頻水印生成令A為一比特序列，其中j=1,，表示嵌入視頻中的所有比特數(shù)，Bi是水印 一， 1

53、, .對應比特包，則：Aj= 。令Bi為一比特序列，則8=81,。*。）i<（ j+1）*Cr式1中Cr為切普速率（Chip Rate.即擴頻倍數(shù)）。這里Cr是每個水印位所擴展到直流系 數(shù)的個數(shù)。Pi為噪聲擴展序列，為0, 1的m序列，但這里當序列值為0時，Pi為一一一，,一一 1-1.若序列值為1時，則Pi為1.即：Pi=。1數(shù)字視頻水印的預處理過程：水印信號大致可分為無意義的水印信號和有意義的水印信號兩種。由于無意義水印與有意義水印相比安全性更差，所以本文所采用的水印均為有意義的水印信號。有意義的水印信號在使用之前，一般要先對其進行 預處理，主要的預處理方法有使用m序列對水印進行擴頻

54、、對水印信號進行位分解、利用圖像置亂技術等。通過對水印圖像進行置亂預處理能有效增強水印信息的安全性和魯棒性，提高算法抵抗攻擊的能力，圖像置亂技術從本質上說也是圖像加 密技術的一種。置亂的方法有很多種，常用的有： Arnold變換、Hilbert曲線、幻方、 環(huán)面自同構置亂。在數(shù)字水印生成過程中有兩個問題需要指出，一個是水印圖片是如何置亂的， 一個是如何由二維變?yōu)橐痪S的。對于第一個問題，我們平常在算法中進行置亂處理 時，一定要注意到以下兩點：1）計算起來比較簡單易行，耗費時間少；2）亂的程度越大越好。Arnold算法計算簡單，變換的頻次可以作為水印系統(tǒng)中對提取水印破解 的密鑰，此舉使得整個系統(tǒng)更

55、加的安全和隱秘，并且此算法彌補了其他算法的缺點，即具有周期性，所以本文選擇Arnold來對水印做前期的處理工作。（x , y ）,對點（x , y ）的變換如下所示：設Arnold變換在等邊長方形上有個點(3-4)2 x 2 y對靜止圖像進行Arnold變換處理一般需要兩個步驟，首先需要變換某個Pixel在圖 像中位置坐標，通過大量 Pixel位置的修改進而影響整幅圖像的 Pixel布局。從本質 上說，貓臉變換是圖像中像素位置的改變，并且變換的程度與變換了多少次是有關 系的。二值水印可以用矩陣形式表現(xiàn)出來，通過處理就能夠使得水印信息無法識別， 若是不斷地處理，最后肯定會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了與原始的二值圖

56、像相同的畫面，這就是說 此變換是具有周期性質的。在水印預處理時利用Arnold變換將水印圖像置亂M次,之后嵌入宿主圖像，待到需要檢測水印時，先提取出置亂后的水印圖像，再對其置 亂M次就可以得到Arnold變換處理之前的水印圖像。包括置亂前的圖片和置亂后的圖片:圖3-2 Arnold變換處理的水印圖像對于第二個問題如何由二維變?yōu)橐痪S的，比如你的水印二維圖像的每一個像素如下 所示：A1A2A3A4A5A6B1B2B3B4B5B6C1C2C3C4C5C6D1D2D3D4D5D6E1E2E3E4E5E6F1F2F3F4F5F6圖3-3水印二維圖像像素分布然后將上述二維矩陣的每一個數(shù)據(jù)轉換為二進制，最后將每一行前后連接，獲得如 下一維的數(shù)據(jù)：A1bA2 bA3 bA4 bA5 bA6 bB1B2 bB3 bB4 bB5 bB6 b圖3-4轉化為水印的一維分布3.3本章小結第4章 基于擴頻的DCT 視頻水印方案水印信息嵌入到視頻流I 幀的色度