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２．２ 視頻數(shù)字水印算法與實(shí)現(xiàn)在ＭＰＥＧ－４視頻中，由于ＩＶＯＰ中色度子塊的ＤＣＴ直流系數(shù)是一個(gè)在視頻流中始終存在且很魯棒的參數(shù)，本方案將水印信息經(jīng)ｍ序列(最長線性反饋移存器序列)調(diào)制后嵌入到ＩＶＯＰ的色度子塊ＤＣＴ的直流系數(shù)中。這樣水印信息在不影響視頻效果的情況下難以去除，所以魯棒性足夠強(qiáng)。本方案采用擴(kuò)頻的方法，以方便有效地檢測水印，抵抗各種攻擊和干擾，保密性好。關(guān)鍵問題是色度ＤＣＴ的直流系統(tǒng)是一個(gè)對視覺系統(tǒng)很敏感的參數(shù)，本方案在色度ＤＣＴ的直流系數(shù)上加水印相當(dāng)于對其加入微量干擾，必須使這種干擾低于一定的門限值，使人眼的視覺系統(tǒng)對視頻中色度的微小變化感覺不到。經(jīng)過試驗(yàn)將水印嵌入到ＩＶＯＰ的色度ＤＣＴ的直流系數(shù)的最低位能滿足要求。２．２．１ 視頻數(shù)字水印的嵌入偽隨機(jī)的擴(kuò)展序列長度為２５５(２８－１)，每一水印信息位通過偽隨機(jī)擴(kuò)展序列的調(diào)制嵌入到相應(yīng)的ＩＶＯＰ色度對應(yīng)的ＤＣＴ直流系數(shù)(量化后、預(yù)測前)的最低位,這樣水印信息在不影響視頻效果的情況下一般難以去除。同時(shí)，嵌入在直流系數(shù)的最低位，帶來的誤差非常小。偽隨機(jī)的擴(kuò)展序列產(chǎn)生代碼如下：＃ｄｅｆｉｎｅ Ｍ＿ＬＥＮ ２５５＃ｄｅｆｉｎｅ Ｍ＿ＳＥＲＩＥＳ ８ｆｏｒ(ｉ＝０;ｉ＜Ｍ＿ＳＥＲＩＥＳ;ｉ＋＋) ｍ[ｉ]＝１;ｆｏｒ(ｉ＝Ｍ＿ＳＥＲＩＥＳ;ｉ＜Ｍ＿ＬＥＮ;ｉ＋＋){ｍ[ｉ]＝ ｍ[ｉ－１]＋ｍ[ｉ－５]＋ｍ[ｉ－６]＋ｍ[ｉ－７];ｍ[ｉ]＝ｍ[ｉ]％２;}水印信息位擴(kuò)展調(diào)制方式為：·水印信息位為０，偽隨機(jī)的擴(kuò)展序列不變；·水印信息位為１，偽隨機(jī)的擴(kuò)展序列取反。這個(gè)過程可以用異或運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。代碼如下:ＷＭｉｊ ＝ Ｗｉ ＾ ｍ[ｊ];／?觹每一水印信息位擴(kuò)展調(diào)制成２５５位的擴(kuò)展調(diào)制位*／這里Ｗｉ表示水印信息碼流(ＷＭｉｊ表示水印信息擴(kuò)展調(diào)制碼流。設(shè)ＵＤＣｉｊ表示視頻ＩＶＯＰ色度ＤＣＴ的直流系數(shù))量化后、ＤＣ預(yù)測計(jì)算之前?雪序列，為了方便，用一個(gè)字節(jié)表示一位二進(jìn)制碼流信息。水印嵌入過程如下：ｉｆ (ＷＭｉｊ) ＵＤＣｉｊ ｜＝１;／*根據(jù)擴(kuò)展調(diào)制后的碼流嵌入水印信息*／ｅｌｓｅ ＵＤＣｉｊ ＆＝０ｘＦＦＦＥ;２．２．２ 視頻數(shù)字水印的提取水印信息提取是水印信息嵌入的逆過程,代碼如下:ｉｆ (ｉｎｖ＿ＵＤＣｉｊ ＆ １) ｉｎｖ＿ＷＭｉｊ ＝ １;ｅｌｓｅ ｉｎｖ＿ＷＭｉｊ ＝ ０;這里ｉｎｖ＿ＵＤＣｉｊ表示帶有水印信息的視頻ＩＶＯＰ色度ＤＣＴ的直流系數(shù)(反量化前、ＤＣ預(yù)測計(jì)算之后)序列； ｉｎｖ＿ＷＭｉｊ表示檢測到的水印信息擴(kuò)展調(diào)制碼流。每個(gè)ＩＶＯＰ色度子塊在解碼時(shí)得到一位擴(kuò)展調(diào)制的信號位，每連續(xù)２５５個(gè)擴(kuò)展調(diào)制的信號位可解調(diào)得到１位水印信息，具體分析如下：用與原始偽隨機(jī)序列結(jié)構(gòu)相同且完全同步的序列與得到的連續(xù)２５５個(gè)擴(kuò)展調(diào)制的信號接收序列進(jìn)行異或運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)運(yùn)算后１的個(gè)數(shù)記為ＯｎｅＣｏｕｎｔ。由于ｍ序列的自相關(guān)函數(shù)只有兩種取值(１和－１／(２ｎ－１))，屬于雙值自相關(guān)序列。因此，如果數(shù)據(jù)未受到任何攻擊和干擾，ＯｎｅＣｏｕｎｔ只有兩種結(jié)果：２５５或０。當(dāng)ＯｎｅＣｏｕｎｔ＝２５５時(shí)，得到的水印信息位為１；當(dāng)ＯｎｅＣｏｕｎｔ＝０時(shí)，得到的水印信息位為０。如果數(shù)據(jù)受到攻擊或干擾，ＯｎｅＣｏｕｎｔ有多種結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)ＯｎｅＣｏｕｎｔ＞１２７時(shí)，得到的水印信息位為１，并且這２５５個(gè)ＩＶＯＰ色度子塊中有(２５５－ＯｎｅＣｏｕｎｔ)個(gè)子塊受到攻擊或干擾；當(dāng)ＯｎｅＣｏｕｎｔ＜１２７時(shí)，得到的水印信息位為０，并且這２５５個(gè)ＩＶＯＰ色度子塊中有ＯｎｅＣｏｕｎｔ個(gè)子塊受到攻擊或干擾。這樣既可以統(tǒng)計(jì)總共有多少視頻ＩＶＯＰ色度子塊受到攻擊或干擾,同時(shí)又能極強(qiáng)地恢復(fù)出原始水印信息。３ 試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)結(jié)果表明，ｍ序列的長度越長，檢測效果越好，但能夠嵌入的水印信息量也相應(yīng)地減少。本方案中水印只嵌入在視頻的ＩＶＯＰ中，不修改ＰＶＯＰ和ＢＶＯＰ，對幀跳躍與幀刪除攻擊穩(wěn)健，因?yàn)椋桑郑希胁豢梢员惶S或刪除。同時(shí)，由于水印信息嵌入在ＤＣＴ的直流系數(shù)中，而直流系數(shù)的變化對視頻效果會(huì)有較大的影響，所以采取將水印信息嵌入到色度子塊ＤＣＴ直流系數(shù)的最低位。這樣不僅使水印嵌入計(jì)算的復(fù)雜度大為降低，為ＭＰＥＧ－４編解碼節(jié)省了時(shí)間，還可取得良好的視頻效果，達(dá)到了不可覺察性。從統(tǒng)計(jì)角度看也不會(huì)增加視頻碼流。另外，水印提取時(shí)無需原始視頻。若水印信息未受到攻擊，則本方案可準(zhǔn)確地提取到原始視頻的完全水?。蝗羲⌒畔⑹艿焦?，根據(jù)擴(kuò)頻解調(diào)性質(zhì)，本方案可以最大限度地恢復(fù)出原始水印信息，并統(tǒng)計(jì)出有多少個(gè)ＩＶＯＰ色度子塊受到攻擊。由于ＤＣＴ是目前多媒體視頻壓縮幾大標(biāo)準(zhǔn)(Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ－４等)共同采用的技術(shù)基礎(chǔ)。因此基于ＤＣＴ的水印方案在視頻壓縮中具有非常重要的研究意義和應(yīng)用前景。本文在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)基于擴(kuò)展頻譜的ＭＰＥＧ－４視頻數(shù)字水印方案。實(shí)踐證明，在不需要原始視頻的情況下，本方案能敏感地檢測到數(shù)據(jù)是否被篡改或破壞，并具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性，從而提供了知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，防止非法獲取。 來源：21IC中國電子網(wǎng)