基于视觉特征的视频水印技术研究

摘要本文就基于视觉特征的机制进行分析研究，对基于视觉特征的视频水印技术进行探讨，通过对视觉敏感特性建造一个模型，使其和人的视觉感知模型具有同样的适应视频水印功能。基于视觉特征的视频水印技术具有较高的视觉隐蔽功能，另外还具有较强的鲁棒性和稳定性，为视频处理提供了较方便的技术支撑。

【关键词】视觉特征 视频水印 技术研究

视频水印技术属于数字水印技术中的一种，数字水印技术是将一个数据嵌入到视频、音频、图像等多媒体中，嵌入的数据能够为人们提品所有权的证明。目前比较流行的视频编码主流格式为MPEG，实现MPEG视频水印操作是至关重要的。这种方案具有计算简便的优势，但不能够有效的控制嵌入位置和水印嵌入的强度，没有从视觉特征出发。本文根据视觉特征建立一个相适应的模型，根据视觉特征促进视频水印技术的发展。

1 视觉特征机制

传统的视频水印技术大多将相同或相同比例的水印能量加入到低频部位当中，未考虑到其他部分的视觉感知特征和不同部位的感觉特征的差异性。嵌入的水印能量比较低，从而使得图像在不失真的范围中的视频水印具有不够强的鲁棒性。然而，基于视觉特征的视频水印技术，嵌入了较高的水印能量。在特征的提取方面，结合视频的运动特征和区域特征，计算出纹理掩膜系数、亮度淹没系数，并通过相邻帧对应的特征变化的幅度，制作运动检测标准，从而得出运动特征。

2 基于视觉特征的视频水印

2.1 静态显著区的提取

通过运用Itti模型可以对原始载体视频中的静态显著区进行提取。首先将视频分为一系列的图片集，一组图片放置在相同的场景下，并对每帧图像的RGB通道提取亮度特征。然后根据相关公式计算出颜色特征，并对颜色、亮度、方向都能够特征进行跨尺度融合，将得出的关注图合并成综合的视觉显著图。显著图中需要运用亮度值来表示显著度，对图像中的每一像素用标量来衡量注意度。

2.2 动态显著区的提取

首先将视频分为一系列的连续的图像集，将每一组图片的第一帧作为参考帧，将连续的两个帧图像相减得出差图像，然后将差图像分为无重复的块，计算出每块像素的和，随之得出每块图像的运动概率并排序，从而得出运动概率矩阵，使得矩阵中的值小于平均值，并将像素归零，从而得出动态显著图。

2.3 秘密信息的嵌入和提取

通过以上方式的操作得出帧图像的感兴趣区域，即水印的嵌入位置，水印嵌入的过程操作需要先将视频分为一系列的帧图像，将每帧图像中的蓝色通道提取出来，在显著区的每一帧中，随机抽取水印的大小和位置，组成显著区子图作为水印的嵌入位置，之后修改帧图像蓝色通道中对应的像素值，从而实现水印的嵌入。另外，秘密信息的提取需要将原始视频和含有秘密视频分为一系列帧图像，提取帧图像中的蓝色通道，根据水印提取的显著区提取的方式，提取秘密信息。

2.4 实验结果

为了有效的验证基于视觉特征的视频水印技术的性能，需要对其进行结果分析。通过对下面彩进行验证水印技术的有效性和鲁棒性，其中视频帧的大小均为350×240，水印长度为216b，加入水印前后的视频帧如图1、2所示。从分析结果看出，水印在主观方面是感知不到的，本文的水印算法具有更好的视觉效果和透明性。

3 视频水印技术的鲁棒性检验

视频水印技术的鲁棒性检验可以通过彩色噪声、多重水印、帧跳和帧删除等方法来检验，鲁棒性还表现为对未加入水印的视频可以做出水印不存在的判断，当相关值小于6时，表示水印存在。

3.1 彩色噪声

随机产生的强度与水印强度的彩色噪声相比，其强度比较大，可以为鲁棒检测出水印的最大强度，通过将密度嵌入原始视频和水印视频的图像像素中，噪声等同于一个附加的干扰水印，将两者叠加起来更具有不可预知性。另外使用不同的随机彩色噪声检验50次，分别计算出检验水印和原始水印的相关值。PSNR检测可知噪声强度大于水印强度，也远远超过了干扰强度。另外，根据相关值的情况分析，彩色噪声鲁棒性非常强。

3.2 多重水印

在其他水印存在的情况下，对所加入的水印进行检测，通过对视频加入三重连续水印，在水印检测的过程中，均采用原始视频的特征资料，通过检测后的结果显示，三重水印都被明显的检测出来，基于视觉特征的水印技术对多重水印具有较强的鲁棒性。

3.3 帧跳和帧删除

处理相关的视频攻击非常普遍，其中就有帧跳和帧删除，通过对视频帧进行水印嵌入，在不影响视频质量的前提基础上，不能删除视频帧，通过以帧为单位嵌入到视频帧当中，在理论上对视频流的剪贴删除具有鲁棒性。通过对视频在彩色噪声的基础上随机删除某种视频帧，获取水印，并计算出与原水印的相关值，并根据相关值判断水印存在是否明显。

4 总结

基于视觉特征的视频水印技术通过在视觉特征中提取相应的纹理、运动、亮度等特性，并根据人眼的视觉敏感特征，对视频水印技术进行修正，使得水印嵌入能量在鲁棒的基础上能够较好的隐蔽起来，通过一系列的视频干扰实验，使得基于视觉特征的视频水印技术在彩色噪声、多重水印、帧跳和帧删除的检验中，具有较高的稳定和鲁棒性。

参考文献

[1]邹湘.视频水印技术研究[J].工程图学学报,2012,12(7):12-13.

[2]梁华.一种在原始视频帧中嵌入的鲁棒的数字水印[J].电子与信息学报,2013,10(25):11-12.

[3]贾玲.数字水印技术综述[J].科技开发与经济,2010,16(2):43-45.

作者单位

西安工程大学陕西省西安市710000