基于邊緣特征的動畫零水印算法研究

李何葉+朱家慧+李雨霖+秦瑤+張新浩+李德

摘 要：零水印是一種新的數字水印方法，可以解決不可見數字水印的可感知性和魯棒性之間的矛盾，動畫零水印算法更適合于動畫類數字作品的版權保護且具有良好的性能。

關鍵詞：零水印；3D輪廓波變換；視覺密碼技術；幾何攻擊；離散余弦變換

動畫零水印算法，其核心就是對動畫零水印的構造及檢測，來實現圖像抵抗攻擊的性能的提高。

1.零水印算法設計

1.1動畫零水印構造算法

Step1：讀入原始動畫視頻，選取關鍵幀，并對這些關鍵幀進行分組

Step2：對每一組每一幀進行2D DCT變換并提取低頻系數

Step3：對每一組每一幀低頻系數進行3D Contourlet變換[1]，并得到分解后的低頻系數CE 。Contourlet變換有多尺度多方向的分解特性，可以更好地多方向多分辨率地解析動畫視頻，利用邊緣清晰的特征來完成零水印的構造。

Step4：將低頻系數進行2×2分塊分解，最大奇異值矩陣二值化為T 保存。

Step5：讀入原始水印圖像進行混沌置亂處理[2]，利用視覺密碼技術[3]對水印圖像進行處理得到加密后的預處理圖像W。

Step6：二值序列T與預處理圖像W進行邏輯運算，得到最終的零水印密鑰。

Step7：將得到的密鑰圖像重建視頻序列得到最終零水印視頻。

1.2動畫零水印檢測算法

Step1：動畫視頻的處理與動畫零水印算法中的對視頻的處理方法相同，得到二值序列T'并保存。

Step2：二值序列T'已保存的二值序列T進行邏輯運算，得到新的特征序列X。

Step3：利用視覺密碼中的密鑰以及Arnold變換的逆變換恢復出原始水印圖像

Step4：對視頻進行攻擊實驗

2.實驗結果及分析

實驗環境：在MATLAB R2012a中運行，原始視頻100幀1280×640，水印圖像大小為64×64，對于本文提出的動畫零水印算法進行了多種攻擊實驗，高斯噪聲攻擊、剪切攻擊以及壓縮攻擊等來驗證其魯棒性，運用NC的數據來進行算法性能的判斷。在無攻擊的情況下提取出的水印圖像準確無誤，NC值（與原始水印圖形相似度）為1。而在高斯噪聲攻擊參數為0.1時，NC值為0.9834；剪切攻擊參數為200×200時，NC值為0.8752；壓縮攻擊參數為6：1時，NC值為0.8975。

通過以上攻擊實驗，可以驗證該零水印算法在抵抗一些常見攻擊上具有較強的魯棒性。

3.結論

通過對動畫零水印算法的概述，利用輪廓波變換的特性，使得動畫零水印算法魯棒性與不可見性較好。通過攻擊實驗的結果分析可以得出，基于邊緣特征的動畫零水印算法抵抗攻擊的性能較好。

參考文獻：

[1] Do M N， Vetterli M. Contourlets： a new directional multiresolution image representation[J]. 2002， 1（1）：497 - 501.

[2] 鄧紹江，濮忠良，張岱固. 基于小波壓縮和混沌置亂的圖像處理算法[J]. 重慶大學學報，2008，（08）：918-921.

[3] 曲長波，楊曉陶，袁鐸寧. 小波域視覺密碼零水印算法[J]. 中國圖象圖形學報，2014，（03）：365-372.