基于小波變換的圖像信息數(shù)字視頻水印技術(shù)

基于小波變換的圖像信息數(shù)字視頻水印技術(shù)

隨著多媒體技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和應(yīng)用，圖像、頻率和視頻等多媒體技術(shù)得到了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，易于處理各種媒體信息。但由于數(shù)字產(chǎn)品本身是易于拷貝的,如果不加以控制,無(wú)限制的拷貝傳播相同的視頻,就引發(fā)了數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題,而數(shù)字水印技術(shù)就是針對(duì)這一問(wèn)題提出來(lái)的。數(shù)字多媒體的傳統(tǒng)保護(hù)方法是數(shù)據(jù)加密,但由于加密信息的可檢測(cè)性和解密性技術(shù)的提高,這種技術(shù)已經(jīng)不再具有優(yōu)勢(shì),一旦使用的密碼被破解,加密內(nèi)容就會(huì)完全透明公開(kāi),加密也沒(méi)有意義了到目前為止,視頻水印算法使用的技術(shù)相對(duì)圖像水印技術(shù)落后,存在諸多不足。首先由于視頻是動(dòng)態(tài)的,導(dǎo)致水印算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)困難,其次水印魯棒性較差,還有水印能否進(jìn)行盲提取。因此有必要研究新的視頻水印算法。1水印嵌入和提取算法一個(gè)完整的水印系統(tǒng),一般包含三個(gè)基本組成部分:水印的生成、嵌入、提取或檢測(cè)。通過(guò)相關(guān)的水印生成算法生成隱秘信息水印,水印嵌入算法利用對(duì)稱(chēng)密匙或公開(kāi)密匙實(shí)現(xiàn)把水印嵌入到原始載體信息中,得到隱秘載體,水印提取算法利用相應(yīng)的解密密匙從隱蔽載體中恢復(fù)出水印。本文所提方法為基于小波變換的算法。圖像經(jīng)小波變換后,各種分辨率有相對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié),因此,圖像可以由不同分辨率的圖像細(xì)節(jié)序列構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程主要由水印預(yù)處理、水印嵌入、水印提取以及魯棒性測(cè)試組成。1.1提高魯棒性在嵌入水印之前,先對(duì)水印進(jìn)行預(yù)處理,以提高其魯棒性。采用Arnold變換法,通過(guò)變換可以使數(shù)字載體中的一些有意義的信息發(fā)生改變,達(dá)到混亂其信息分布的目的。1.2異質(zhì)性解析嵌入水印的具體的步驟為:首先選取二值圖像作為水印,并進(jìn)行圖像置亂;然后讀取視頻幀,確定視頻參數(shù),等待水印的嵌入。其中利用NGC法,選取Y分量的NGC強(qiáng)度大于閾值的視頻幀作為水印待嵌入位置;接著對(duì)選取的視頻幀亮度分量Y進(jìn)行兩層小波離散變換,得到四個(gè)子帶圖像,并對(duì)四個(gè)子帶系數(shù)矩陣進(jìn)行奇異值分解,得到奇異值Ss以及左右奇異值矩陣Us、Vs;最后將水印嵌入到奇異值分解后的Ss分量中,得到嵌入水印的Y分量,完成水印的嵌入過(guò)程。仿真結(jié)果如圖1所示。在視頻水印嵌入后,首先對(duì)水印的不可見(jiàn)性進(jìn)行分析。不可見(jiàn)性對(duì)于視頻數(shù)字水印來(lái)說(shuō)就是嵌入水印的視頻和原始視頻看起來(lái)是無(wú)差別的。所以截取視頻中的某一幀來(lái)從肉眼觀察嵌入水印后的視頻和原始視頻的區(qū)別。通過(guò)定性的分析(觀察),即從肉眼上是分不出兩幅圖片是有區(qū)別的,這也就說(shuō)明水印的不可見(jiàn)性良好。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說(shuō)服力,通多定量的分析水印的不可見(jiàn)性。即通過(guò)峰值信噪比PSNR來(lái)分析。通過(guò)Matlab仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)水印定量的性能評(píng)估,得到嵌入水印的的視頻的某一幀的峰值信噪比。實(shí)驗(yàn)得到的水印PSNR為40db左右,高于視頻良好效果值35db,定量說(shuō)明了水印視頻視覺(jué)效果良好。1.3維離散小波分解和變異值提取水印的提取算法是水印嵌入的逆過(guò)程,其主要的步驟為:首先對(duì)水印后的視頻圖像進(jìn)行二維離散小波分解,可以得到四個(gè)子帶;然后對(duì)小波分解得到的子帶進(jìn)行奇異值分解,得到對(duì)應(yīng)的奇異值并提取。用水印圖像中各子帶的奇異值和原始圖像中的奇異值提取水印的各個(gè)子帶奇異值,并且重構(gòu)水印的各個(gè)小波子帶;最后利用反小波變換得到水印的圖像矩陣。1.4視頻噪聲的提取嵌入水印的視頻在某些情況下會(huì)遭到攻擊或是篡改,從而破壞了水印,不能起到保護(hù)版權(quán)的目的,需要保證嵌入后的視頻具有良好的魯棒性。魯棒性是水印能夠抵抗各種惡意攻擊或毀壞篡改的性質(zhì),例如壓縮、濾波加噪、剪切等操作。如圖2所示,這里通過(guò)給視頻添加噪聲來(lái)模擬視頻遭受攻擊。通過(guò)對(duì)添加完噪聲的視頻的水印的提取,得到此時(shí)的水印。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)所顯示的結(jié)果可知,加入了椒鹽噪聲后,水印的魯棒性有所降低,但總體來(lái)說(shuō)抗椒鹽噪聲方面是魯棒的幾何攻擊就是以空間域變換手段為攻擊方法,包括旋轉(zhuǎn)、平移以及剪切等,此次通過(guò)剪切攻擊視頻,測(cè)試水印的魯棒性能。本次還通過(guò)對(duì)視頻幀的三種剪切操作(25%,50%,75%剪切)后提取水印,測(cè)試水印的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為三中剪切操作后,其中剪切25%提取出的水印圖像清晰完整,即魯棒性較好,剪切50%提取的水印圖形有些許模糊,魯棒性有所下降,剪切75%后的水印圖像已經(jīng)無(wú)法辨認(rèn),但此時(shí)的視頻也已經(jīng)沒(méi)有任何意義了。2水印的隱藏性和穩(wěn)定性本文提出的算法滿足