基于對數極坐標變換的視頻零水印

趙延　李德

摘 要：本文針對幾何攻擊所導致的水印脆弱性問題，提出了一種基于對數極坐標變換的視頻零水印算法。實驗表明，視頻零水印算法可以有效抵抗旋轉等幾何攻擊，同時對噪聲、旋轉、壓縮等常見的攻擊也具有良好的魯棒性。

關鍵詞： DWT變換；DCT變換；對數極坐標變換；零水印

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

1 視頻零水印算法

1.1零水印生成過程

（1）讀入原始視頻數據；（2）對每一組的每一幀進行2D DWT變換；（3）將每一組的每一幀的低頻LL系數分為8×8大小的塊；（4）對每一塊進行3D DCT變換得到DC系數矩陣；（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作為構造點的位置，可以保證選取點的位置分布在低頻域內；（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圖像與生產的0、1矩陣進行邏輯異或，生產注冊零水印。

1.2零水印檢測過程

（1）讀入待檢測視頻數據；（2）對每一組的每一幀進行2D DWT變換；（3）將每一組的每一幀的低頻LL系數分為8×8大小的塊；（4）對每一塊進行3D DCT變換得到DC系數矩陣；（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]內的序列A{A1， A2，…AM}和B{B1， B2，…BM}；（7）取：Ai=R×Ai， Bi=R×Bi， i=1，2， …，M 其中R為低頻域的大?。唬?）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）從數據庫中取出注冊水印，與生產的0、1矩陣進行邏輯異或，即得到原始水印。

4 實驗結果

為了驗證本算法的性能，本文在Matlab2010下進行了大量的攻擊實驗，主要包括高斯噪聲、旋轉、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進行攻擊后的提取結果分別為BER=0.00，BER=0.01，BER=0.02；選取旋轉角度為10°，45°，60°進行攻擊實驗，提取結果分別為BER=0.00，BER=0.06，BER=0.00；選取壓縮比特率分別為256Kbps，512Kbps，1024Kbps進行攻擊實驗，提取結果分別為BER=0.02，BER=0.01，BER=0.00。

5 結論

本文提出了基于雙重變換域及對數極坐標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，而對數極坐標變換則對于抵抗旋轉攻擊具有較好的性能。經過旋轉的攻擊實驗，證明了算法在抵抗一些常見的攻擊尤其是旋轉攻擊方面具有較好的魯棒性。

參考文獻：

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

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

[3]徐達文，王繼成，王讓定.基于Zernike矩的視頻對象零水印算法.中國圖像圖像學報.2009，14（9）：1825～1831

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