论水印基于H.264压缩域视频盲水印算法

论文导读：ermarkinginformationwasembeddedontheDiscreteCosineTranorm(DCT)domainofInstantaneousDecodingRefresh(IDR)frames.First,arectangularslidingwindowwasusedtosearchtheregionofcomplextextures.Second,intheselectedregion,a4×4subblockofmaximumenergywaschosenforem
文章编号:10019081(2013)07186604
doi:10.11772/j.issn.1001908

1.201

3.07.1866

摘 要： 为了解决H.264视频信息的版权保护问题，提出了一种基于即时解码刷新(IDR)帧离散余弦变换(DCT)域的盲水印算法。该算法首先分析IDR帧的纹理特征，利用滑动矩形窗根据图像的梯度特性提取出复杂纹理区域；然后，计算该区域内每个宏块的16个4×4子块能量，得到能量最高子块；最后，通过自适应修改子块的一个交流(AC)系数幅值以达到嵌入水印的目的。实验结果表明：对CIF分辨率视频测试序列嵌入水印后，视频图像的峰值信噪比(PSNR)平均下降0.15dB，码率平均增加了0.49%，水印检测准确率达到91%以上，并且该算法能够有效抵抗不同量化参数(QP)的重复编码攻击。
关键词：H.264；盲水印；离散余弦变换；帧内预测；纹理复杂度
:A
英文标题
Blind watermarking algorithm in H.264 compressed domain

英文作者名
LIU Lidong*, TIAN Xiang
英文地址(
Institute of Advanced Digital Technology and Instrument, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China英文摘要)
Abstract：
To solve the problem of H.264 video copyright protection,源于：毕业设计论文范文www.7ctime.com
a new blind watermarking algorithm was proposed. Based on the texture features of the picture, watermarking information was embedded on the Discrete Cosine Tranorm (DCT) domain of Instantaneous Decoding Refresh (IDR) frames. First, a rectangular sliding window was used to search the region of complex textures. Second, in the selected region, a 4×4 subblock of maximum energy was chosen for embedding one watermarking bit. Last, one Alternating Current (AC) coefficient value of the selected 4×4 subblock was modified adaptively. The experimental results show that PeakSignalto Noise Ratio (PSNR) decreases 0.15dB and the bitrate rises 0.49% on erage, and the accuracy of watermark detection is above 91%; moreover, the algorithm can effectively resist the recoded attacks of different Quantization Parameter (QP).
英文关键词Key words:
H.264; blind watermarking; Discrete Cosine Tranorm (DCT); intra predict; texture complexity



0 引言
随着网络多媒体技术的快速发展，数字视频的应用领域也随之不断扩展，如视频会议终端、DVD、视频监控系统等。在特有视频工具的辅助下，数字视频很容论文导读：实现水印嵌入，一般而言，相对于交流(AlternatingCurrent,AC)系数，改变DC系数对图像编码质量及码率的综合影响相对较大。文献［4］中提出了一种在帧内脉冲编码(IntraframePulseCodeModulation，IPCM)宏块内嵌入水印信息的方法。但是IPCM宏块数量较少，嵌入信息有限，因此该方法的实用价值不高［3］。Zou等［5］提出
易被篡改、替换或删除等。同时，数字视频发行者的版权保护也面临着日益严峻的挑战。因此，数字视频的安全引起人们的广泛关注，成为一个研究的热点［1］。针对这一问题，一些数字视频处理领域的研究人员提出了若干解决方法。Qiu 等［2］提出了一种嵌入方案，在量化后即时解码刷新(Instantaneous Decoding Refresh, IDR)帧中每个宏块的离散余弦变换(Discrete Cosine Tranorm, DCT)系数中嵌入水印，在运动矢量中嵌入易受攻击的水印信号，该水印信号用于检测数字视频是否受到攻击。但是文献［2］并没有给出具体嵌入水印宏块及DCT系数的位置，而且没有考虑水印的鲁棒性。Xu 等［3］提出了一种盲检测的水印算法，该算法通过修改量化后的直流系数(Direct Current，DC)实现水印嵌入，一般而言，相对于交流(Alternating Current, AC)系数，改变DC系数对图像编码质量及码率的综合影响相对较大。文献［4］中提出了一种在帧内脉冲编码(Intraframe Pulse Code Modulation，IPCM)宏块内嵌入水印信息的方法。但是IPCM宏块数量较少，嵌入信息有限，因此该方法的实用价值不高［3］。Zou 等［5］提出通过修改压缩后基于内容的自适应变长编码(Contextbased Adaptive VariableLength Code，CLC)码流中的句法元素嵌入水印的算法，算法有效减少了计算量，但是从实验结果可以看到，该算法鲁棒性较差。
在分析现有算法的基础上，本文提出了一种基于IDR帧DCT域的盲检测水印嵌入算法。该算法首先根据4×4块的边缘梯度特性提取出图像的复杂纹理区域；然后，计算该区域内每个宏块的16个4×4子块能量，得到最佳待嵌入子块；最后，对每个4×4子块的16个量化后的DCT系数进行分析，选择适合水印嵌入的系数。在嵌入过程中，综合考虑水印比特值与系数值的关系，自适应改变AC系数的幅值。该算法可以在峰值信噪比(Peak SignaltoNoise Ratio, PSNR)下降及码率波动较小的情况下获得较高的水印提取正确率，能够有效抵抗重复编码的攻击。
1 基于帧内编码宏块DCT域的水印
在H.264编码标准基本档次［6］中，帧内预测模式分为帧内16×16预测(Intra16×16)与帧内4×4预测(Intra4×4)两种。在平坦区域，纹理复杂度比较低，根据最小率失真率判断，该区域内较多的宏块以Intra16×16方式编码。在该模式下，Hoffman变换进一步降低了16个DC系数的相关性,系数为零的比例很高。因此，在该区域内嵌入水印会对视频质量产生较大影响，而且水印的鲁棒性也较差。而在纹理复杂区域，预测模式主要为Intra4×4，该模式下的残差数据经过DCT及量化后得到较多的非零系数，适合水印嵌入。基于以上分析，本文算法首先提取图像的复杂纹理区域，然后在该区域的每个宏块内选择能量最高的4×4子块，并通过自适应修改一个中低频AC系数以达到嵌入水印的目的。在H.264编码过程［7］中水印嵌入流程如图1所示。