第7章 视频图像水印技术

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1、第7章视频图像水印技术7.1视频水印的介绍7.2视频水印技术的发展与应用7.3视频水印的主要特征7.4视频水印的模型7.5视频水印的分类7.6MPEG压缩视频标准简要介绍7.7视频水印的嵌入和提取7.8小结7.1视频水印的介绍视频水印顾名思义就是加载在数字视频上的水印，其目的主要是对数字视频作品进行版权保护，从而确保版权所有者的合法利益。在现实生活中，数字视频(如VCD、DVD、VOD)已成为大众生活中不可或缺的娱乐方式，而相应的版权保护技术尚未发展成熟，这就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应用研究更为迫切。图7-

2、1数字视频水印在VOD中的应用视频水印同样也可以用于军事保密或商业保密，这属于信息隐藏的范畴。一般情况下，为了保护国家的安全利益，政府部门都对公民传递秘密载体进行限制。但发送者为了逃避这种限制，就可以把秘密信息(如软件、图像、数据、文本、音频、视频)嵌入到公开的视频中，只有合伙人才能根据事先约定的密钥和算法提取出隐藏的信息，而其他人(第三方)无法觉察到隐藏的水印，从而实现秘密信息的安全传输。7.2视频水印技术的发展与应用视频水印的发展基本上是与图像水印的发展同步的，从提出图像水印概念开始，视频水印概念也随之提出，随着近几年来DVD等视

3、频产品的迅速普及，反而对视频水印产品的要求更为迫切。视频水印研究是水印技术研究方向的一个热点，随着网络多媒体的快速发展，数字视频产品(如VCD、DVD、VOD)变得越来越普及，几乎将要渗透到每个家庭，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。数字视频源数据一般都被压缩为MPEG-1和MPEG-2后才用来存储和传播的，比如运用到DVD和VOD系统上。为了防止盗版和侵权，可以在以上系统中采用数字水印技术，条件是数字视频水印必须能够抵抗包括MPEG压缩在内的各种攻击。7.3视频水印的主要特征由于数字视频是连续播放

4、的，相邻画面之间内容有高度的相关性，并且还存在动态编解码的过程。因此视频水印与图像水印在某些要求上有明显的不同，它还有一些图像水印不具备的特征，但总的特征可以概括为：(1)安全性：即水印被嵌入视频后，非授权人不能将其删除掉。(2)稳健性：视频水印应该能抵抗无意或故意的攻击，这些攻击包括信号叠加、滤波、剪切、编码、压缩、模数转换和回放等。(3)计算复杂度：计算复杂度的核心是确保水印的实时性和可操作性。(4)视频速率的恒定性：即水印加入后不能增加视频比特流的速率，必须服从传输信道规定的带宽限制。(5)同步检测机制：提取水印时应有严格有效的

5、同步检测机制来确保水印的正确恢复。(6)快速嵌入/检测：因为视频的数据量大而且有实时性的要求，所以算法必须在很短的时间内完成。(7)盲检测：水印检测原则上不能用原始视频数据，这是因为在检测时使用原始视频会大大增加运算复杂度，而且利用原始视频来检测水印也是不现实的。(8)水印容量：对于视频水印，我们规定水印容量为在单位时间内嵌入水印信息的数据量。7.4视频水印的模型通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前基于MPEG视频水印分为以下几种视频水印的嵌入与提取方案模型，如图7-2所示。图7-2不同的MPEG视频水印系统模型视频水印嵌入方

6、案一：水印直接嵌入到原始视频流中。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：(1)会增加视频码流的数据比特率；(2)经MPEG-2压缩后会丢失水印；(3)降低视频质量；(4)对于已压缩的视频，需要先进行解码，然后嵌入水印后再重新编码。视频水印嵌入方案二：水印嵌入到编码阶段离散余弦变换(DCT)域中的量化系数中。此类方案的优点是：(1)水印仅嵌入在DCT系数中，不会增加视频流的数据比特率；(2)易设计出抵抗多种攻击的水印，但缺点是会降低视频的质量，因为一般它也有一个解码、嵌入、再编码的过程。7

7、.5视频水印的分类数字视频水印是利用视频数据中普遍存在的冗余数据与随机性把表征版权的信息(如文字、图像、视频)嵌入到视频自身的数据中，从而起到保护数字视频产品版权或完整性的一种技术。理想的数字视频水印方案应该是只有版权所有人才可以加载水印，但任何使用者都可以对其进行验证的水印方案。可以从不同的角度对数字视频水印进行分类。我们知道，数字视频水印的提取过程与图像水印的提取过程有很大的不同，图像水印的提取过程是静态的，而视频水印的提取过程在时间上是连续的，它是在连续帧上进行提取的，提取出的水印可以是文字、图像、连续语音信号和同时可播放的视频

8、信号，因此可以根据嵌入视频水印的内容不同将其分类。7.6MPEG压缩视频标准简要介绍为了节约数据存储空间和便于传输，视频的主要存在模式是压缩格式的，因此视频水印也在很大程度上是与压缩编码标准紧紧联系在一起的。当今视频压缩