基于区间设定的DCT域视频水印算法-论文.pdf

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1、第34卷第2期杭州电子科技大学学报Vo1．34，No．22014年3月JournalofHaIlgzhOUDianziUniversityMar．2014doi：10．3969／j．issn．11301—9146．2014．02—005基于区间设定的DCT域视频水印算法吴昊，唐向宏，陈宏炳，王永(1．杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州310018；2．阿里云计算有限公司，浙江杭州311121)摘要：结合H．264／AVC编解码标准和编解码器的结构，该文提出一种基于I帧压缩域DCT量化系数的视频

2、水印方法。根据DCT量化系数的特点，选择intra4x4模式下DC系数非零的4X4DCT子块作为水印嵌入块，采取区间设定的方式将水印嵌入到低频非零系数中去。在解码端，提取相应位置DCT系数值，利用区间设置关系检测水印，属于盲检测。实验仿真结果表明，该算法具有较小的码率变化和较好鲁棒性。关键词：量化参数；鲁棒性；视频编解码；区间选取中图分类号：TN919．8文献标识码：A文章编号：1001—9146(2014)02—0020—040引言目前，基于新一代视频编码标准H．264／AVC的视频水印算法是在

3、变换域中嵌入水印，可分为I帧水印和P帧水印，而I帧水印通常是在I帧DCT变换量化系数中实现水印的嵌入。文献[1]提出了通过选择I帧宏块中的DCT变换量化系数作为嵌入区域，将水印信息嵌入其中的算法，该算法对共谋攻击有较好的鲁棒性，然而水印信息较小，同时水印位置随机的选取会对视频码率造成较大影响；文献[2]提出在4×4DCT量化系数的第11—15个系数中嵌入水印，提高了水印容量，但修改了较多的高频系数，对视频码率的影响较大，并且高频部分很容易被滤波器滤除；文献[3]提出对宏块中4×4子块分类并结合编码

4、块模式参数CBP选出合适的子块，通过修改中低频系数的方法嵌人水印，因对系数进行变换改变了零系数个数，对视频质量的影响较大。文献[4]采用滑窗法选取合适的视频帧，将视频帧内宏块分为平滑块、边缘块和细节块，分别对不同类型的块采取不同的嵌入方法，结合Watson人眼视觉模型HVS将水印嵌入到DCT低频系数中，鲁棒性好，抗攻击能力强，但是水印嵌入时的计算复杂度较高。本文将H．264／AVC标准与编解码器相结合，将水印嵌入到I帧DCT变换量化非零系数中，通过设定参数的方式来选取合适的非零DCT量化系数完成水

5、印嵌入，在解码端熵解码之后对水印进行提取。水印在编码过程中嵌入，复杂度低，满足实时性要求。1水印嵌入算法本文通过大量的仿真分析，统计出相似视频DCT系数的一个区间[th．th]，然后采用区间选取的方法，在I帧DCT量化系数的中低频区域选择位于[th．th]区间内的系数来嵌入水印；同时，在对量化系数进行修改时，采用改变系数与th和th：的关系来实现，以达到对DCT中低频系数修改最小为目的，实现水印的嵌入。据统计，残差经过DCT变换、量化后，其幅值都很小，变化范围也较小，大部分系数的幅值在区间[一10

6、，10]内]。为了确定[th。th：]区间的大小，采用统计方法，以嵌人水印对区间内的．DCT量化系数修改较小为原则得出[th．th：]区间值。收稿日期：2013—04—16作者简介：吴吴(1988一)，男，浙江仙居人，在读研究生，通信与信息系统第2期吴昊等：基于区间设定的DCT域视频水印算法21设嵌入水印的系数为coefi，并设系数选择区间为[th，th]，当coeffi满足下式时，对所在4~4DCT块按嵌入规则嵌入水印，每个DCT块嵌入1bit水印。coeffi∈[th1，th2]i：1，2，3

7、(1)式中{coefi，i=1，2，3}为DCT量化系数第4，5，6个系数。令{coeffi，i-_I，2，3}的绝对最大值和绝对最小值分别为max_AC、min_AC：．{【一minAC=min{I．‘ccooeeffiil．。}；i=1,2,3(2)_1)当水印信息W=1时，若绝对最大值max—AC小于th，则将其修改为th，否则不变；若绝对最小值min_AC等于th，则将其修改为th。+1，否则不变。即：maxAC=th2—不变maxAC

8、hlmaxAC=minAC4-1__minAC>thl_不变式中，max_AC表示水印嵌入后的绝对最大值，min—AC表示水印嵌入后的绝对最小值。2)当水印信息W=0时，若绝对最大值maxAC等于th，则将其修改为th一1，否则不变；若绝对最小值minAC大于th。，则将其修改为th，否则不变。maxAC=thmaxAC=maxAC一1__maxACth，minAC=thl—当相应系数修改完成后，将coefi还原为原来的符号，避免