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２．２ 視頻數字水印算法與實現在ＭＰＥＧ－４視頻中，由于ＩＶＯＰ中色度子塊的ＤＣＴ直流系數是一個在視頻流中始終存在且很魯棒的參數，本方案將水印信息經ｍ序列(最長線性反饋移存器序列)調制后嵌入到ＩＶＯＰ的色度子塊ＤＣＴ的直流系數中。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。本方案采用擴頻的方法，以方便有效地檢測水印，抵抗各種攻擊和干擾，保密性好。關鍵問題是色度ＤＣＴ的直流系統(tǒng)是一個對視覺系統(tǒng)很敏感的參數，本方案在色度ＤＣＴ的直流系數上加水印相當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。經過試驗將水印嵌入到ＩＶＯＰ的色度ＤＣＴ的直流系數的最低位能滿足要求。２．２．１ 視頻數字水印的嵌入偽隨機的擴展序列長度為２５５(２８－１)，每一水印信息位通過偽隨機擴展序列的調制嵌入到相應的ＩＶＯＰ色度對應的ＤＣＴ直流系數(量化后、預測前)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，嵌入在直流系數的最低位，帶來的誤差非常小。偽隨機的擴展序列產生代碼如下：＃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;}水印信息位擴展調制方式為：·水印信息位為０，偽隨機的擴展序列不變；·水印信息位為１，偽隨機的擴展序列取反。這個過程可以用異或運算實現。代碼如下:ＷＭｉｊ ＝ Ｗｉ ＾ ｍ[ｊ];／?觹每一水印信息位擴展調制成２５５位的擴展調制位*／這里Ｗｉ表示水印信息碼流(ＷＭｉｊ表示水印信息擴展調制碼流。設ＵＤＣｉｊ表示視頻ＩＶＯＰ色度ＤＣＴ的直流系數)量化后、ＤＣ預測計算之前?雪序列，為了方便，用一個字節(jié)表示一位二進制碼流信息。水印嵌入過程如下：ｉｆ (ＷＭｉｊ) ＵＤＣｉｊ ｜＝１;／*根據擴展調制后的碼流嵌入水印信息*／ｅｌｓｅ ＵＤＣｉｊ ＆＝０ｘＦＦＦＥ;２．２．２ 視頻數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(反量化前、ＤＣ預測計算之后)序列； ｉｎｖ＿ＷＭｉｊ表示檢測到的水印信息擴展調制碼流。每個ＩＶＯＰ色度子塊在解碼時得到一位擴展調制的信號位，每連續(xù)２５５個擴展調制的信號位可解調得到１位水印信息，具體分析如下：用與原始偽隨機序列結構相同且完全同步的序列與得到的連續(xù)２５５個擴展調制的信號接收序列進行異或運算，統(tǒng)計運算后１的個數記為ＯｎｅＣｏｕｎｔ。由于ｍ序列的自相關函數只有兩種取值(１和－１／(２ｎ－１))，屬于雙值自相關序列。因此，如果數據未受到任何攻擊和干擾，ＯｎｅＣｏｕｎｔ只有兩種結果：２５５或０。當ＯｎｅＣｏｕｎｔ＝２５５時，得到的水印信息位為１；當ＯｎｅＣｏｕｎｔ＝０時，得到的水印信息位為０。如果數據受到攻擊或干擾，ＯｎｅＣｏｕｎｔ有多種結果。根據統(tǒng)計分析，當ＯｎｅＣｏｕｎｔ＞１２７時，得到的水印信息位為１，并且這２５５個ＩＶＯＰ色度子塊中有(２５５－ＯｎｅＣｏｕｎｔ)個子塊受到攻擊或干擾；當ＯｎｅＣｏｕｎｔ＜１２７時，得到的水印信息位為０，并且這２５５個ＩＶＯＰ色度子塊中有ＯｎｅＣｏｕｎｔ個子塊受到攻擊或干擾。這樣既可以統(tǒng)計總共有多少視頻ＩＶＯＰ色度子塊受到攻擊或干擾,同時又能極強地恢復出原始水印信息。３ 試驗結果分析試驗結果表明，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，因為ＩＶＯＰ不可以被跳躍或刪除。同時，由于水印信息嵌入在ＤＣＴ的直流系數中，而直流系數的變化對視頻效果會有較大的影響，所以采取將水印信息嵌入到色度子塊ＤＣＴ直流系數的最低位。這樣不僅使水印嵌入計算的復雜度大為降低，為ＭＰＥＧ－４編解碼節(jié)省了時間，還可取得良好的視頻效果，達到了不可覺察性。從統(tǒng)計角度看也不會增加視頻碼流。另外，水印提取時無需原始視頻。若水印信息未受到攻擊，則本方案可準確地提取到原始視頻的完全水?。蝗羲⌒畔⑹艿焦?，根據擴頻解調性質，本方案可以最大限度地恢復出原始水印信息，并統(tǒng)計出有多少個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準(Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ－４等)共同采用的技術基礎。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用前景。本文在此基礎上提出了一個基于擴展頻譜的ＭＰＥＧ－４視頻數字水印方案。實踐證明，在不需要原始視頻的情況下，本方案能敏感地檢測到數據是否被篡改或破壞，并具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性，從而提供了知識產權的保護，防止非法獲取。 來源：21IC中國電子網