一种抗几何攻击的实时视频水印方法

摘要

本发明提出一种抗几何攻击的实时视频水印方法，主要适用于基于DCT编码的视频文件。该方法通过快速变换方法将分块DCT系数直接变换到整体DCT系数，然后在整体DCT域中自适应修改低频系数值来嵌入水印信号，水印嵌入后的整体DCT系数与原始系数间的差值转换为分块DCT系数的差值，再写回到分块DCT系数中去；水印检测则是在空域中进行，因为检测过程伴随着视频播放进行，这时视频完全解码，可以从空域直接进行整体DCT变换，然后为了能够抵抗旋转攻击，对检测视频进行了旋转补偿，再按照嵌入时的规则进行水印提取。实验结果表明方法对普通信号处理和常规几何攻击(行列去除、旋转、等比例缩放、纵横比攻击、线性变换、随机扭曲、裁剪以及几种联合攻击等)具有很好的鲁棒性。

主权项

1、一种抗几何攻击的实时视频水印嵌入方法，包括下述步骤：第A1步预处理：对压缩的视频序列进行变长码解码及反量化操作，得到视频序列亮度分量的分块DCT系数，每个视频帧表示为分块DCT系数的集合；第A2步获取水印的嵌入域：在预处理后的视频序列中，随机选取连续的、偶数个的视频帧作为最小水印嵌入单位，记为WMS；其中，设WMS中包含的视频帧帧数为Fn，2≤Fn≤10；将WMS中的任一视频帧X_k的行和列表示为两个整数的乘积，定义X_k的大小为L×S行和M×S列，其中，k表示视频帧中WMS中的序号，k＝1，…，Fn；X_k将表示为L×M个子块，每一子块表示为Sb_ij，i＝1，2，…，L，j＝1，2，…，M；利用式(I)计算每个视频帧X_k左上角E×E块的左上对角区域的整体DCT系数C_full，其它区域的整体DCT系数均设定0；其中，B₁是块Sb_ij的DCT变换系数矩阵，B₂和B₃是视频帧X_k的整体DCT变换系数矩阵；C_part代表所有子块Sb_ij的分块DCT系数集合；从zigzag扫描后的整体DCT系数中选择N个整体DCT系数，N为正整数，Fn幅视频帧的所选整体DCT系数构成了一个大小为Fn×N的矩阵C，即为一个WMS的嵌入域，表示为：$C=\left\{c_{\mathrm{kf}}^o\right|k=\mathrm{1,2},···,\mathrm{Fn};f=\mathrm{1,2},···,N\}$(II)第A3步对于设定的置乱密钥K′，利用种子函数产生N个种子，构成种子序列SK；对于矩阵C的任一列f的整体DCT系数，用第f个种子sk_f进行置乱，产生一个置乱后的系数矩阵，记为$C^h=\left\{c_{\mathrm{kf}}^h\right|k=\mathrm{1,2},···,\mathrm{Fn};f=\mathrm{1,2},···,N\}$      (III)第A4步设置个由Fn个比特组成的序列，各比特的值是“+1”或“-1”，并且各序列中“+1”和“-1”的个数相等，由这些序列组成集合G，记为$G=\left\{G_r\right|r=\mathrm{1,2},···C_{\mathrm{Fn}}^{\mathrm{Fn}/2}\}---\left(\mathrm{IV}\right)$G_r的序号r为该元素在G中的索引值；然后根据设置的水印密钥Key产生一个由N个字符组成的字符串信息，记为H，每个字符H_f由十六进制数字表示；依据每一位字符H_f到G中查找相对应的元素G_r，查找公式如下：$r=\mathrm{mod}(H_f,C_{\mathrm{Fn}}^{\mathrm{Fn}/2})+1---\left(V\right)$查找出来的N个元素G_r构成Fn×N比特的二进制水印信号，记为W；第A5步在系数矩阵C^h中，在各列中的每一个整体DCT系数中对应嵌入二进制水印信号W中的一个比特，得到嵌入后的整体DCT系数矩阵C^hw，根据置乱密钥K′将C^hw中所有整体DCT系数逆置乱，恢复到原始位置，得到系数矩阵C^w；第A6步设置大小为(L×S)×(M×S)的差值矩阵D_full，其左上角区域的值对应于系数矩阵C^w与C的差值，其它部分均为零；再利用式(VI)将差值矩阵D_full变换到分块DCT系数的差值矩阵，记为D_part：将D_part与C_part相加，得到嵌入水印后的分块DCT系数；第A7步根据嵌入水印后的分块DCT系数进行与步骤(A1)相对应的量化和变长码编码操作，得到嵌入水印后的视频序列。