基于對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換的視頻零水印

趙延　李德

摘 要：本文針對(duì)幾何攻擊所導(dǎo)致的水印脆弱性問(wèn)題，提出了一種基于對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換的視頻零水印算法。實(shí)驗(yàn)表明，視頻零水印算法可以有效抵抗旋轉(zhuǎn)等幾何攻擊，同時(shí)對(duì)噪聲、旋轉(zhuǎn)、壓縮等常見的攻擊也具有良好的魯棒性。

關(guān)鍵詞： DWT變換；DCT變換；對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換；零水印

近年來(lái)，數(shù)字產(chǎn)品的傳播與交易變得更加便捷，由此帶來(lái)的盜版問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。為了避免圖像的失真，溫泉[1]等人提出了零水印的概念，雖然零水印的出現(xiàn)較好地解決了水印的不可見性問(wèn)題，但如何尋求圖像的重要特征來(lái)構(gòu)造零水印以提高水印的魯棒性成為人們研究的熱點(diǎn)。Zhou[2]通過(guò)利用對(duì)原視頻進(jìn)行Contourlet變換后得到的低頻分量來(lái)構(gòu)造水印密鑰，可以很好地抵抗壓縮攻擊，但對(duì)于旋轉(zhuǎn)攻擊抵抗力還是較差。Xu[3]提出了一種基于Zernike矩的視頻對(duì)象零水印算法，可以很好地抵抗旋轉(zhuǎn)攻擊，但是該算法比較復(fù)雜且計(jì)算量較大。本文利用離散小波變換、離散余弦變換和對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換來(lái)構(gòu)造零水印，以提高水印對(duì)于噪聲、壓縮、旋轉(zhuǎn)等攻擊的魯棒性。

1 視頻零水印算法

1.1零水印生成過(guò)程

（1）讀入原始視頻數(shù)據(jù)；（2）對(duì)每一組的每一幀進(jìn)行2D DWT變換；（3）將每一組的每一幀的低頻LL系數(shù)分為8×8大小的塊；（4）對(duì)每一塊進(jìn)行3D DCT變換得到DC系數(shù)矩陣；（5）得到LPM圖像；（6）取密鑰K1和K2分別生成取值范圍在[0，1/2n]內(nèi)的序列A{A1， A2，…AM}和B{B1， B2，…BM}，即Logistic映射加密[4]；（7）使用序列A和B作為構(gòu)造點(diǎn)的位置，可以保證選取點(diǎn)的位置分布在低頻域內(nèi)；（8）得到差值序列Y{Y1，Y2…Yi}；（9）按照Yi≤0，W=0；Yi>0，W=1的原則生成0、1矩陣。（10）使CS圖像與生產(chǎn)的0、1矩陣進(jìn)行邏輯異或，生產(chǎn)注冊(cè)零水印。

1.2零水印檢測(cè)過(guò)程

（1）讀入待檢測(cè)視頻數(shù)據(jù)；（2）對(duì)每一組的每一幀進(jìn)行2D DWT變換；（3）將每一組的每一幀的低頻LL系數(shù)分為8×8大小的塊；（4）對(duì)每一塊進(jìn)行3D DCT變換得到DC系數(shù)矩陣；（5）得到LPM圖像；（6）利用密鑰K1、K2分別生成取值范圍在[0，1/2n]內(nèi)的序列A{A1， A2，…AM}和B{B1， B2，…BM}；（7）?。篈i=R×Ai， Bi=R×Bi， i=1，2， …，M 其中R為低頻域的大??；（8）得到差值序列Y{Y1，Y2…Yi}；（9）按照Yi≤0，W=0；Yi>0，W=1的原則生成0、1矩陣。（10）從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出注冊(cè)水印，與生產(chǎn)的0、1矩陣進(jìn)行邏輯異或，即得到原始水印。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證本算法的性能，本文在Matlab2010下進(jìn)行了大量的攻擊實(shí)驗(yàn)，主要包括高斯噪聲、旋轉(zhuǎn)、壓縮等攻擊。本文選取的原視頻是由100幀320×240大小的未壓縮視頻文件，水印圖像是大小為20×15的CS二值圖像。

本文選取高斯噪聲方差分別為0.5，1，2進(jìn)行攻擊后的提取結(jié)果分別為BER=0.00，BER=0.01，BER=0.02；選取旋轉(zhuǎn)角度為10°，45°，60°進(jìn)行攻擊實(shí)驗(yàn)，提取結(jié)果分別為BER=0.00，BER=0.06，BER=0.00；選取壓縮比特率分別為256Kbps，512Kbps，1024Kbps進(jìn)行攻擊實(shí)驗(yàn)，提取結(jié)果分別為BER=0.02，BER=0.01，BER=0.00。

5 結(jié)論

本文提出了基于雙重變換域及對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換的視頻零水印算法，采用雙重變換域，獲得了視頻的主要特征信息，而對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換則對(duì)于抵抗旋轉(zhuǎn)攻擊具有較好的性能。經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的攻擊實(shí)驗(yàn)，證明了算法在抵抗一些常見的攻擊尤其是旋轉(zhuǎn)攻擊方面具有較好的魯棒性。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫泉， 孫錟鋒， 王樹勛. 零水印的概念與應(yīng)用. 電子學(xué)報(bào)，2003， 31（2）：214～216

[2]周支元，楊高波，全同貴，王志明.基于contourlet變換域的數(shù)字視頻零水印方案.微計(jì)算機(jī)信息.2010，26（12）：82～84

[3]徐達(dá)文，王繼成，王讓定.基于Zernike矩的視頻對(duì)象零水印算法.中國(guó)圖像圖像學(xué)報(bào).2009，14（9）：1825～1831

[4]Daubechies I.Ten Lectures on Wavelet.Philadephital City Press，1992