數字水印在有線數字電視監測系統中的應用

王春麗

（作者單位：國家新聞出版廣電總局二九三臺）

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數字水印在有線數字電視監測系統中的應用

王春麗

（作者單位：國家新聞出版廣電總局二九三臺）

摘 要：本文首先對數字水印原理進行了簡要介紹，然后從監測系統中嵌入水印的算法的角度出發，對數字水印在有線數字電視監測系統中的應用展開研究。

關鍵詞：數字水印；有線數字電視；監測系統

作為一個完整的數字化系統，有線數字電視在運行的過程中，需要對信息技術和電子技術等進行充分的應用，從而實現有效的傳輸信號和節目制作等環節。該系統同傳統的電視系統相比擁有較大的優勢。但是，現階段，在其應用過程中，還應當積極的對檢測系統進行完善，從而提升系統運行的穩定性，促使系統能夠有效預防和抵抗非法插入的信號?，F階段，在實現這一目的的過程中，數字水印發揮了重要的作用，在這種情況下，積極加強數字水印在有線數字電視監測系統中的應用研究具有重要意義。

1 數字水印原理概述

從本質上來看，數字水印技術是一項能夠將信息進行隱藏的技術，它可以促使人們無法察覺語音、視頻及圖像中的信息，即將部分信息嵌入到相關多媒體數據中，且無法被人所發現的一種技術。

現階段，W = G（I，k）可以用來表示數字水印信號，其中k的取值范圍為Wd，而該取值范圍代表的是水印域，其在應用過程中可以促使水印產生于視頻以及靜態圖像等當中，而文字等有意義的二進制形式可以是水印的具體形式，也可以用高斯噪聲等無意義的形式來代表水印。在應用過程中，可以對（I，W，K，G，§，D）六元組進行應用來表達GWF這一水印框架模型。其中I集合在使用過程中，可以對被保護的數字作品進行代表；水印標識信號可以應用W來進行表示；水印密鑰集合域可以應用K來進行表示；當I 被K作用產生的水印調制算法可以應用G來表示。由此便可以產生I×K→W：G，其中W = G（I，k）。該水印算法在使用過程中，可以促使唯一性、有效性在水印當中進行充分的體現。

在對水印信號進行提取的過程中，需要從嵌入水印數據中進行，而這一過程中就是提取水印的過程，檢測中需要對水印信號在數據內容中的嵌入情況進行判斷。并且，門限值是在檢測水印中的一個重要因素，只有該值低于檢測結果值，才可以準確判斷水印信號的檢測情況［1］。因此，如果降低虛警概率提升這一門限值，那么會導致水印信號被誤判，提升漏警概率，無法及時檢測數據中切實存在的水印信號；反之，在檢測過程中，如果能夠對門限值進行降低，并提升虛警概率，就可以降低漏警概率。在實際應用該水印算法的過程中，必須有效控制虛警概率，這樣才能夠保證檢測的準確性和科學性。

2 數字水印在有線數字電視監測系統中的應用研究

在對數字水印在有線數字電視監測系統中的應用展開研究的過程中，可以在監測系統中嵌入水印的算法，具體內容如下。

2.1變長碼域編碼

要想促使水印可以嵌入到視頻流的壓縮域當紅，需要對壓縮格式MPEG-2進行應用，本文在積極對VLC宏塊嵌入算法進行應用中，首先應當對變長碼域編碼進行了解。

碼流結構在MPEG-2視頻中的表示主要是以分層的形式進行。序列層位于頂層，塊層位于底層。多個圖像童工組成了同一個視頻序列，多個圖像幀是組成圖像組層的基礎，其中的幀類型有I、B、P；針對單獨的圖像幀來講，其中包含的宏塊和像條較多。亮度塊及色度塊是構成宏塊的主要成分，格式在宏塊組當中包含3種形式，分別為4∶4∶4、4∶2∶2、4∶2∶0，其中Y0、Y1、Y2和Y3這四個亮度塊以及Cb和Cr兩個色度塊存在于宏塊當中。

最底層的圖像序列在視頻流當中主要是塊層。DCT系數是用來對8×8像素矩陣中的塊進行表示的，此時的DCT系數域主要是被量化以后的，主要能量被集中在這一位置，高頻環節存在于右下處，“0”是此處的多數系數。在積極進行處理的過程中，需要應用一維序列DCT系數矩陣來對二維序列進行取代，行程域run-level domain就是一維序列，其在使用過程中也經常被叫做變長碼域，AC系數如果是非零的，掃描過程中，需要對“之”字形進行應用，并在表示過程中，對（r，1）二元數組進行應用，其中，r指的是現階段零的數量在系數之前的體現，現有系數數值應用1來表示。在將熵編碼應用于（r，1）一位數組當中以后，可以對碼字進行生成，將一個塊結束標識應用于每一個塊的結束當紅，此時表示的形式為End Of Block，EOB。

2.2建立在VLC宏塊基礎上的水印嵌入流程

一般情況下，如果轉變了視頻流壓縮率，隨之改變的還有比特率的規模；同時，VLC行程碼在視頻幀中的體現也會發生改變［2］。這樣一來，不一致的數量將產生于VLC碼位置和嵌入水印中的比特位數之間，導致水印檢測無法順利進行，同時降低檢測準確性。因此，在應用數字水印的過程中，需要對MB宏塊進行應用，將其充當最小嵌入單一進行利用，如果攻擊產生于水印視頻序列當中，在不轉變視頻幀規模的基礎上，是無法轉變保持水印載體的宏塊位置。值得注意的是，宏塊和水印擁有相同的長度，就需要將水印信息嵌入到每一個宏塊當中。

2.3選擇VLC數據類型

在構建數據隱藏區域的過程中，可以應用適當的VLC行程碼，因此需要進行行程碼幅度值的修改。對編碼標準MPEG進行應用，如果轉變長度在行程碼中的體現，零的數量在編碼區域中會發生變化，同時也將導致系數位置在非零區域中發生變化。在這種情況下，重新編碼現象會發生在空域中的移動系數內部，同時也會極大地轉變圖像幀。然而針對幅度值而言，僅對其級別進行轉變，就可以有效控制因水印的嵌入造成視覺質量降低的現象［3］。在這種情況下，可以促使級別幅度在VLC碼中的體現進行充分的應用，將其作為隱藏區域為水印數據提供服務。

3 水印綜合性能分析

在對以上算法進行應用的過程中，其呈現出的主要優勢為以下四點。首先，算法在使用過程中相對便捷，可以進行較少的計算，因此能夠快速的實現計算目的。其次，VLC數量存在一部分可標記的內容，該視頻流在播放過程中的速度為8Mb/s，可以擁有6.85kb/s的嵌入水印速度，如果播放速度為2Mb/s，那么將產生1.15kb/s的嵌入水印速度。因此，在對計算結果進行觀察的過程中，可以發現相關空間可以實現水印的嵌入要求。再次，I幀內是嵌入水印的主要空間，魯棒性在幀刪除與跳躍當中具有較好的表現，因此在普通的攻擊當中是不會對I幀進行刪除的。最后，魯棒性在進行算法的過程中，將存在于加噪聲攻擊和壓縮攻擊等現象當中，同時魯棒性還存在于編碼在不同Y∶Cb∶Cr等格式當中。值得注意的是，該算法在應用過程中還存在一定不足，需要相關工作人員在實踐中不斷對其進行完善。

4 結論

近年來，有線數字電視得以普及，該系統運行過程中，能夠在節目制作、信號傳遞以及節目顯示等多個環節實現數字化，然而在對其長時間的使用過程中發現，其運行過程中很容易受到外界信號的影響，在這種情況下，必須積極加強檢測系統建設，對數字水印進行充分的應用可以極大地提升檢測系統的功能，本文首先對數字水印原理進行了簡要介紹，并從監測系統中嵌入水印的算法的角度出發，對數字水印在有線數字電視監測系統中的應用展開研究。

參考文獻：

［1］李鎮，李東峰．數字電視信號在線測試系統在有線電視干線網絡中的應用［J］．中國有線電視，2012（2）．

［2］馬衍慶，王鋒，馮峰．基于數字水印的有線數字電視廣播信息安全監測［J］．數據采集與處理，2012（S2）．

［3］丁大友．碼流分析儀在有線數字電視監測工作中的應用［J］．廣播電視信息，2008（5）．