双彩色图像水印和MPEG4视频水印算法研究

摘要

数字水印是近十年来出现的一种有效的数字产品版权保护技术。它作为加密技术的补充，克服了传统密码学技术中加密的内容在解密之后不再安全的问题，因此它作为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段而被广泛研究和应用。但作为一个新的研究领域，数字水印仍有许多理论和技术问题亟待解决。找到一种复杂度低，安全性强，不可见性和鲁棒性好的水印算法成为数字水印技术应用的关键。本文在图像水印和视频水印方面提出了一些新的算法。 本文在查阅了大量国内外有关数字图像水印和数字视频水印文献的基础上，总结了数字水印技术的国内外研究现状之后提出了一种基于位纠错的DCT域双彩色图像水印算法和一种基于DCT域的MPEG4扩频数字视频盲水印算法，并在windows平台下实现了这两种算法，结合实验结果重点分析了算法的不可见性和鲁棒性。在基于位纠错的DCT域双彩色图像水印算法中，彩色水印图像首先借助了基于DCT的JPEG图像压缩编码算法的思想进行了压缩。在YCbCr彩色空间中每一分量分成8×8块后进行二维DCT，每一块再进行ZigZag排序后提取前15个系数，其他系数被赋值为0。逆ZigZag排序后再进行反离散余弦变换得到待嵌入的彩色水印图像。按块在分量中从行到列的顺序提取它们的前15个DCT系数转化为有符号的二进制数以后再采用扩频通信机制，得到的这个序列经过互不重叠周期延拓8次后与一个等长的伪随机序列进行异或操作产生待嵌入的水印序列。宿主彩色图像经过DCT后，低频部分包含主要能量，高频部分是图像的边缘信息。水印嵌入到低频部分会影响它的不可见性，而嵌入到高频部分水印的鲁棒性不够好，因此本文结合人类视觉系统模型把水印序列嵌入到宿主彩色图像纹理子块DCT后的中低频系数中，该算法简单易实现。在基于DCT域的MPEG4扩频盲数字视频水印算法中，二值水印图像首先经过Arnold置乱变换，得到的序列经过互不重叠周期延拓8次后再与一个等长的伪随机序列进行异或操作得到水印序列。MPEG4视频文件经过XVID解码得到的视频帧转换到YCbCr彩色空间中，Y分量经过DCT后再进行ZigZag排序，根据水印位修改Y分量的中低频DCT系数的大小，嵌入水印后再通过XVID编码得到含水印的MPEG4视频文件。提取水印时，不需要原始视频文件的参与，根据含水印视频帧的DCT系数除以嵌入强度得到的余数范围来提取水印。 本文提出的两种水印算法均在C++Builder平台下编程实现并演示了嵌入和提取水印的全过程，实现结果表明它们都具有良好的不可见性和鲁棒性。