基于水印技术的MPEG－4形状错误隐藏

文章摘要：数字水印按照嵌入的过程分为时域／空域水印和频域／变换域水印，一般情况下频域水印比时域水印有更强的鲁棒性与透明性。本文则分别利用这两种不同的实现方法来进行。下面对这两种方法分别进行说明。3．1 利用频域水印嵌入方法本文提出的频域的方法是在DCT变换域中的，具体的实施方法如下：(1)首先将二值掩模图像进行采样，缩小到原图像的1／4。根据数字水印技术原理，嵌入的信息量越大则透明性越差。这样做的目的是为了不会太大的影响宿主图像的客观质量。(2)其次是选择宿主图像，本文是选择背景对象作为宿主，一般视频的背景对象可以转换成RGB三个分量，据研究绿色分量对有损压缩具有很强的顽健性[8]。为了完整地嵌入二值掩

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　　数字水印按照嵌入的过程分为时域／空域水印和频域／变换域水印，一般情况下频域水印比时域水印有更强的鲁棒性与透明性。本文则分别利用这两种不同的实现方法来进行。下面对这两种方法分别进行说明。

3．1 利用频域水印嵌入方法

　　本文提出的频域的方法是在DCT变换域中的，具体的实施方法如下：

　　(1)首先将二值掩模图像进行采样，缩小到原图像的1／4。根据数字水印技术原理，嵌入的信息量越大则透明性越差。这样做的目的是为了不会太大的影响宿主图像的客观质量。

　　(2)其次是选择宿主图像，本文是选择背景对象作为宿主，一般视频的背景对象可以转换成RGB三个分量，据研究绿色分量对有损压缩具有很强的顽健性[8]。为了完整地嵌入二值掩模还要对分隔场景的背景对象进行插值，就是利用最简单的水平插值的方法，利用每一行的与零象素相邻的两个非零值的平均值对零值象素位进行填充。填充好的背景图像作为最后的宿主图像。

    (3)在上两步的基础上本文选择将水印信息嵌入到宿主图像的频域信息中，将背景图像分隔成2×2的图像块，对每个块进行DCT变换，将水印嵌入到DCT系数的中频系数中，直接用水印的值代替所选择的中频系数。

　　(4)最后就是水印的提取，二值掩模图像的恢复了。提取则是嵌入的逆过程，直接对接收到的背景图像分割成2×2的图像块，对每个块进行DCT变换，直接提取所选择的中频系数即可，对提取出来的二值图像放大到原来的4倍，这样即得到了恢复的二值掩模图像。

3．2 利用空域水印嵌入方法

　　本文采用的水印算法是在X．Kang等人提出的算法基础上提出的[9]，首先将作为水印的形状信息则是原掩模二值图像，不做任何改变。方法如下：

　　(1)得到的欲嵌入水印图像应用式(1)进行嵌入。

　　式中rood为模运算，[α／4，3α／4]是一对最好的参数选择，他保证了0和1都 在具有相等的最大判决范围，使得嵌人水印之后f′与／的差值在[一0．5α，0．5α]之间。当w(m，n)=1时，f(m，n)mod α=3α／4；当ω(m，n)=0时，f(m／n)modα=α／4。因此当提取水印时f*满足f*(m，n)mod α>α／2，那么提取的水印值为ω*(m，n)=l，否则为0。

　　(2)本文所用的水印嵌入算法是属于盲水印检测，提取过程是不需要原始载体图像的参与。按照公式(2)提取嵌入的水印数据ω*(m，n)。

　　提取的水印数据ω*(m，n)即为恢复的掩模二值图像。此水印嵌入法将对背景的图像质量会有一定程度的损失，损失程度与嵌入水印时所选的参数α有关。但是水印的提取也与此参数有关。为r能够正确地恢复出水印值，而，f*与／之问的绝对误差(由图像失真引起)必须小于α／4，这里的参数α的适当选择能够很好地折衷水印的透明性与鲁棒性之间的矛盾。α大对图像的损失大，而小不利于水印的鲁棒。根据仿真实验测试，这里a的取值为20。据实验比较，α参数为20时对图像质量的损失还是町以容忍的。

4仿真结果

　　对本文提出的算法运用Matlab仿真工具，按照上述的方法对经典视频序列"Foreman"中的第50帧图像进行实验。原视频帧如图2(a)所示，图2(b)为此帧图像MPEG－4编码的形状信息，图2(c)为传输中由于出现错误，接收端得到的错误形状信息。

　　在第二部分已经阐述了，现有的方法很可能对这种情况不能得到很好的解决。若发生很严重的传输错误或很高的丢包率则形状信息会受到严重的破坏，影响视频对象的正确解码。利用本文提出的两个算法，从接收到的背景绿色分量中提取作为水印的形状信息，本方法的前提是背景的正确传输。图3(a)和图3(b)分别是用频域法嵌入后在解码端正确解码的视频背景对象的效果，以及正确提取恢复的二值掩模图，图3(c)和图3(d)是用空域法嵌入的效果图和提取恢复的二值掩模图。

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