基于MPEG-2 DCT压缩域视频水印的研究

摘要

从二十世纪九十年代末开始，中国的广播电视业进入高速发展阶段，传统的模拟技术正在被数字化技术全面替代。数字化技术不仅使影视节目的传播达到了不可想象的速度，而且拓展了影视节目的传播范围。但同时带来了影视节目易盗版、易保留、易复制等一系列问题。由于缺乏统一的版权管理规范和版权管理技术手段，造成对版权的跟踪、监控不力，使内容提供者的权益屡屡被侵害，严重挫伤其积极性，从而无法形成一个完整的数字产业链，对节目内容产业的健康发展造成很大的阻碍。随着我国基于MPEG-2的各类数字电视标准相继推出，如何全面做好数字版权保护工作将是我们不得不面对的问题。 数字视频水印作为解决这方面问题的一种有效手段，开始得到广泛的重视，国家广播电影电视总局于2005年将其列入重点科研项目计划，并委托上海文广集团承担相关技术研究工作（项目批号：广技科字[2005]49号），希望结合现实工作，实现基于数字电视环境的水印技术实验系统。在此背景下，开展了视频水印技术的研究。 首先，本文针对广播电视数字化过程中，所面临的版权管理问题进行了分析，同时结合行业内部特点，阐述了在DCT压缩域进行数字视频水印处理的必要性，确定了研究方向。 其次，结合DCT压缩域水印算法提出了一套用于处理MPEG-2节目流的实现方案。该方案将节目流部分解码至压缩域，获取I帧Y分量的DCT系数作为水印信息的嵌入载体，接着利用编码技术重新生成相应的节目流。该方案条理清晰、实用性好，经过代码封装后使用便捷。 再次，文中选取一些典型算法进行分析、改进，提出一种自适应DCT压缩域数字视频水印算法。本文认为，DCT块中的低频系数集中了图像块的大部分能量，水印嵌入于此将具有足够的稳健性，同时只要有效地控制好嵌入强度，嵌入后对视频图像产生的影响也就较小，所以确定将水印信息嵌入在视频码流的I帧Y分量的DCT低频系数上。相应的嵌入强度和嵌入位置根据不同DCT块的平均亮度、交流系数幅度等特点自适应选取。该方案检测时采用了盲检测技术，不需要原始视频图像，可行性强。通过一系列实验，不仅从主观评价层面，而且从客观数据上证实该算法具有良好的不可感知性和鲁棒性，是一种适合在数字媒体版权保护中使用的水印技术。 最后，文章对数字视频水印技术下一步的发展作了展望。