本文对目前视频水印技术研究进行了较为全面阐述,在此

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1、本文对目前视频水印技术的研究进行了较为全面的阐述，在此基础上设计并实现了一种改进的基于扩展频谱的ＭＰＥＧ视频水印方案。文中详细给出了有关算法设计实现的过程。实验证明该视频水印方案在不降低视频质量的基础上，能够抵抗多种干扰和攻击，具有良好的稳定性和鲁棒性。前言保护数字产品的知识产权和阻止盗版已经成为数字产品和网络应用面临的严峻问题。对数字图像、音频、视频等多媒体产品采取数字水印处理的方法通常用来解决产品所有权问题和对产品内容的原始性进行校验，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。视频水印研究

2、是当前数字水印技术研究方向中的一个热点和难点，热点在于大量消费类数字视频产品的推出，如ＶＣＤ、ＤＶＤ，使得以数字水印为重要组成部分的数字产品版权保护技术的市场需求更加迫切。难点是由于虽然数字水印技术近几年得到长足发展，但方向主要是集中于静止图像的水印技术，这得益于多年来众多学者在视觉空间掩盖效应领域的研究成果。然而在视频水印的研究方面，由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，使得视频水印技术相对于图像水印技术发展滞后，同时现有的标准视频编码格式又造成了水印技术引入上的局限性。而另一方

3、面，由于一些针对视频水印的特殊攻击形式(如帧重组,帧间组合等等)的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。视频数字水印技术应具有如下特性：不可察觉性：嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察觉；健壮性（或鲁棒性）：在不明显降低视频质量的条件下（还有商业价值的情况下），水印很难除去；盲检测：水印检测时不需要原始视频，保存所有的原始视频几乎是不可能的。这里我们主要讨论MPEG视频数字水印研究方法。回页首目前视频水印技术综述1.视频水印技术的分类通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前MPEG视

4、频水印分类为以下几类视频水印的嵌入与提取方案，如下图所示：视频水印嵌入方案一：水印直接嵌入在原始视频流中。此类方案的优点是：水印嵌入的方法比较多，原则上数字图像水印方案均可以应用于此。缺点是：会增加视频码流的数据比特率；经MPEG-2压缩后会丢失水印；降低视频质量；对于已压缩的视频，需先进行解码，然后嵌入水印后，再重新编码。视频水印嵌入方案二：水印嵌入在编码阶段的离散余弦变换（DCT）域中的量化系数中。此类方案的优点是：水印仅嵌入在DCT系数中，不会增加视频流的数据比特率；易设计出抗多种攻击的水印。缺点是会降低视

5、频的质量，因为一般它也有一个解码、嵌入、再编码的过程。视频水印嵌入方案三：水印直接嵌入在MPEG-2压缩比特流中。此类方案的显著优点是没有解码和再编码的过程，因而不会造成视频质量的下降，同时计算复杂度低。缺点是由于压缩比特率的限制而限定了嵌入水印的数据量的大小。2.目前已有的几种视频水印技术Arena等人提出了水印直接嵌入在MPEG-2比特流域中，从而避免了将水印嵌入在像素域中所必需的将视频码流解码与再编码的繁重的运算(见文献[2])。文章指出，本方案中水印只嵌入在视频中的I帧，不修改P帧和B帧，这是基于如下考虑

6、：减小算法复杂度；对帧跳跃与帧删除稳健，因为I帧不可以被跳跃或删除。文章还指出，为了更容易得依据MPEG-2语法结构来处理，本方案选择宏块而不是像素作为比特流的操作单位，将水印信息的每一个比特位扩展到一定数量的宏块中。文章最后指出，为了增加嵌入视频中的水印量，还可以考虑如何在P帧和B帧中嵌入水印。本算法属于视频水印嵌入方案三。文献[3]提出了一个依赖于内容的空间嵌入视频水印方案。这一视频水印算法基于以下两个关键思想：统计不可见性与设置内容同步。文章首先提出了水印印迹（watermarkfootprint）的概念，

7、所谓水印印迹是指水印能量所扩展的空间位置。通过定义有着规则结构的水印印迹，例如，帧中的某个子帧集，可将图像水印技术立即应用在子帧上。文章指出，目前已有的视频水印方案大都是基于将水印能量扩展到帧中所有像素这一思想(见文献[4][5][6])，从本质上说，这些方案都是不依赖于内容的，这些方案有计算复杂度低的优点，但它是以对嵌入位置的局部控制以及限制水印嵌入的强度为代价的。也有一些方案提出将水印能量在空间上有选择的分配(见文献[5][7][8])，然而，文献[5][7]更多的是考虑MPEG-2编码结构，而不是视觉特性，

8、因而它仍是不依赖于内容的；文献[8]中宏块的选择确是基于它们的视觉特性，但它们被限制于规则的瓦片模式（regulartilingpattern）。基于以上分析，这篇文章提出了一个同时满足依赖于内容和空间嵌入的视频水印方案，并指出了本方案的四个优点。文章指出，既然子帧的位置是依赖于视频的视觉特性，而不是其结构性质，所以时间和空间上的同步将没有必要了，实验证明本方案对共谋攻击