基于对数极坐标变换的视频零水印

赵延　李德

摘 要：本文针对几何攻击所导致的水印脆弱性问题，提出了一种基于对数极坐标变换的视频零水印算法。实验表明，视频零水印算法可以有效抵抗旋转等几何攻击，同时对噪声、旋转、压缩等常见的攻击也具有良好的鲁棒性。

关键词： DWT变换；DCT变换；对数极坐标变换；零水印

近年来，数字产品的传播与交易变得更加便捷，由此带来的盗版问题也日趋严重。为了避免图像的失真，温泉[1]等人提出了零水印的概念，虽然零水印的出现较好地解决了水印的不可见性问题，但如何寻求图像的重要特征来构造零水印以提高水印的鲁棒性成为人们研究的热点。Zhou[2]通过利用对原视频进行Contourlet变换后得到的低频分量来构造水印密钥，可以很好地抵抗压缩攻击，但对于旋转攻击抵抗力还是较差。Xu[3]提出了一种基于Zernike矩的视频对象零水印算法，可以很好地抵抗旋转攻击，但是该算法比较复杂且计算量较大。本文利用离散小波变换、离散余弦变换和对数极坐标变换来构造零水印，以提高水印对于噪声、压缩、旋转等攻击的鲁棒性。

1 视频零水印算法

1.1零水印生成过程

（1）读入原始视频数据；（2）对每一组的每一帧进行2D DWT变换；（3）将每一组的每一帧的低频LL系数分为8×8大小的块；（4）对每一块进行3D DCT变换得到DC系数矩阵；（5）得到LPM图像；（6）取密钥K1和K2分别生成取值范围在[0，1/2n]内的序列A{A1， A2，…AM}和B{B1， B2，…BM}，即Logistic映射加密[4]；（7）使用序列A和B作为构造点的位置，可以保证选取点的位置分布在低频域内；（8）得到差值序列Y{Y1，Y2…Yi}；（9）按照Yi≤0，W=0；Yi>0，W=1的原则生成0、1矩阵。（10）使CS图像与生产的0、1矩阵进行逻辑异或，生产注册零水印。

1.2零水印检测过程

（1）读入待检测视频数据；（2）对每一组的每一帧进行2D DWT变换；（3）将每一组的每一帧的低频LL系数分为8×8大小的块；（4）对每一块进行3D DCT变换得到DC系数矩阵；（5）得到LPM图像；（6）利用密钥K1、K2分别生成取值范围在[0，1/2n]内的序列A{A1， A2，…AM}和B{B1， B2，…BM}；（7）取：Ai=R×Ai， Bi=R×Bi， i=1，2， …，M 其中R為低频域的大小；（8）得到差值序列Y{Y1，Y2…Yi}；（9）按照Yi≤0，W=0；Yi>0，W=1的原则生成0、1矩阵。（10）从数据库中取出注册水印，与生产的0、1矩阵进行逻辑异或，即得到原始水印。

4 实验结果

为了验证本算法的性能，本文在Matlab2010下进行了大量的攻击实验，主要包括高斯噪声、旋转、压缩等攻击。本文选取的原视频是由100帧320×240大小的未压缩视频文件，水印图像是大小为20×15的CS二值图像。

本文选取高斯噪声方差分别为0.5，1，2进行攻击后的提取结果分别为BER=0.00，BER=0.01，BER=0.02；选取旋转角度为10°，45°，60°进行攻击实验，提取结果分别为BER=0.00，BER=0.06，BER=0.00；选取压缩比特率分别为256Kbps，512Kbps，1024Kbps进行攻击实验，提取结果分别为BER=0.02，BER=0.01，BER=0.00。

5 结论

本文提出了基于双重变换域及对数极坐标变换的视频零水印算法，采用双重变换域，获得了视频的主要特征信息，而对数极坐标变换则对于抵抗旋转攻击具有较好的性能。经过旋转的攻击实验，证明了算法在抵抗一些常见的攻击尤其是旋转攻击方面具有较好的鲁棒性。

参考文献：

[1]温泉， 孙锬锋， 王树勋. 零水印的概念与应用. 电子学报，2003， 31（2）：214～216

[2]周支元，杨高波，全同贵，王志明.基于contourlet变换域的数字视频零水印方案.微计算机信息.2010，26（12）：82～84

[3]徐达文，王继成，王让定.基于Zernike矩的视频对象零水印算法.中国图像图像学报.2009，14（9）：1825～1831

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