目的針對(duì)當(dāng)前可逆視頻水印隱蔽性和篡改定位能力不足問題,提出一種新穎的基于幀內(nèi)預(yù)測模式的可逆視頻水印算法。方法首先,深入分析I幀亮度分量的預(yù)測模式對(duì)不同類型篡改的敏感性,提取每個(gè)幀內(nèi)編碼宏塊的預(yù)測模式,通過預(yù)測模式生成特征碼。然后,結(jié)合H.264/AVC編碼特性和誤差補(bǔ)償算法,在每個(gè)亮度4×4殘差塊中篩選出誤差最小系數(shù)。最后,運(yùn)用差值擴(kuò)展的方法將特征信息作為水印可逆的嵌入到所選系數(shù)。結(jié)果在含水印視頻未受到篡改時(shí),解碼端提取水印后可對(duì)原始視頻進(jìn)行無損恢復(fù)。當(dāng)視頻受到篡改時(shí),算法能精確定位篡改區(qū)域并且篡改定位精度達(dá)到4×4子塊級(jí)。由于水印嵌入在誤差最小的系數(shù)中,能夠有效地降低水印嵌入對(duì)于視頻質(zhì)量的影響,嵌入水印后圖像的PSNR值比現(xiàn)有的基于H.264/AVC可逆水印方案平均提高10%,測試序列的碼率增量平均降低了22%左右。結(jié)論本文算法較現(xiàn)有算法具有更好的嵌入率、隱蔽性、篡改檢測精度,適用于醫(yī)學(xué)、軍事、衛(wèi)星等領(lǐng)域。 

【文章來源】：中國圖象圖形學(xué)報(bào). 2015,20(10)北大核心

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【部分圖文】：

種亮度Intra_4×4預(yù)測方式

李淑芝，張翔，鄧小鴻，吳曉燕第20卷/第10期/2015年10月基于模式特征的H.264/AVC可逆視頻水印12871)Intra_4×4模式的一種預(yù)測方式轉(zhuǎn)變成另一種預(yù)測方式;2)Intra_4×4模式與Intra_16×16模式互相轉(zhuǎn)變;3)Intra_16×16模式的一種預(yù)測方式轉(zhuǎn)變成另一種預(yù)測方式。實(shí)驗(yàn)中，分別對(duì)各視頻序列幀內(nèi)編碼的每個(gè)4×4子塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。若發(fā)生轉(zhuǎn)移1)，則標(biāo)記該4×4子塊發(fā)生模式變化;若發(fā)生轉(zhuǎn)移2)，則標(biāo)記該宏塊的16個(gè)4×4子塊模式發(fā)生改變;同理，轉(zhuǎn)移3)也標(biāo)記為16個(gè)4×4子塊模式改變。表1給出了統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖19種亮度Intra_4×4預(yù)測方式Fig.1NineluminanceIntra_4×4predictionmodes圖24種亮度Intra_16×16預(yù)測方式Fig.2FourluminanceIntra_16×16predictionmodes從表1可以看出，重壓縮對(duì)幀內(nèi)預(yù)測模式的影響較校并且，視頻序列的紋理復(fù)雜度越高，重壓縮后的預(yù)測模式轉(zhuǎn)移比率越校假設(shè)Pr為重壓縮后模式轉(zhuǎn)移的平均比率，對(duì)表1中5個(gè)視頻序列的模式轉(zhuǎn)移統(tǒng)計(jì)比率求均值，得到重壓縮后模式轉(zhuǎn)移的平均比率Pr為19.2%。接下來，分別對(duì)上述5個(gè)不同的視頻序列進(jìn)行惡意篡改，部分篡改幀如圖3所示。實(shí)驗(yàn)中，各序列分別選取10鄭每幀選擇不同位置(中間和邊緣區(qū)域)進(jìn)行不同程度和紋理的復(fù)制粘貼篡改。對(duì)視頻編碼后分別統(tǒng)計(jì)出每個(gè)序列篡改區(qū)域的模式的轉(zhuǎn)移比率，統(tǒng)計(jì)方法與重壓縮相同。表2顯示了統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果。由表2可知，惡意篡改對(duì)預(yù)測模式的影響較大，即預(yù)測模式對(duì)惡意篡改非常敏感。同理，可估算出惡意篡改區(qū)域模式轉(zhuǎn)移的平均比率Pm的值為81.2%。對(duì)比Pr和Pm可知，預(yù)測模式對(duì)惡意篡改的敏感性較高，相反，對(duì)重壓縮篡改的敏感性卻很低。因此，通過幀內(nèi)預(yù)測模式生成認(rèn)證碼是可行的。

Vol．20，No．10，Oct.20151288圖3部分篡改幀示意圖Fig.3Partofthetamperedframes表1重壓縮模式轉(zhuǎn)移比率Table1Themodetransitionrateofrecompression視頻序列量化參數(shù)模式轉(zhuǎn)移比率/%foreman_qcif2826.7container_qcif2816.7mobile_qcif288.9coastguard_qcif2822.4carphone_qcif2821.2表2篡改區(qū)域模式轉(zhuǎn)移比率Table2Themodetransitionrateoftamperingregion視頻序列量化參數(shù)模式轉(zhuǎn)移比率/%foreman_qcif2875.6container_qcif2892.5mobile_qcif2879.4coastguard_qcif2875carphone_qcif2883.61.2模式特征碼生成方案基于H.264/AVC的視頻認(rèn)證水印算法中，特征碼生成主要有系數(shù)哈希值［11］和塊組能量關(guān)系［12］兩種方案。然而，兩種生成方案都沒有充分地考慮到H.264/AVC編解碼特性和算法復(fù)雜度等問題。因此，提出一種新的I幀認(rèn)證碼生成方法。首先，根據(jù)H.264/AVC宏塊編碼順序，提取每個(gè)幀內(nèi)4×4子塊的預(yù)測模式;然后，將預(yù)測模式進(jìn)行取模運(yùn)算，得到初始的模式特征序列;最后，對(duì)特征序列進(jìn)行混沌加密和置亂，生成最終的認(rèn)證序列。具體方法如下:1)設(shè)視頻幀的大小為N1×N2，則每個(gè)I幀的4×4子塊數(shù)M=(N1/4)×(N2/4)，按照編碼順序得到每個(gè)宏塊的幀內(nèi)亮度預(yù)測模式。若預(yù)測模式為Intra_4×4，轉(zhuǎn)至步驟2);否則轉(zhuǎn)至步驟3)。2)得到第i個(gè)4×4子塊的預(yù)測方式imi∈{0，1，2，…，7，8}，具體的對(duì)應(yīng)規(guī)則如圖1。根據(jù)式(1)生成第i個(gè)4×4子塊模式特征碼Fi=0imimod2=01imimod2={1，0≤i≤M－1(1)3)得到第j個(gè)宏塊的預(yù)測方式nmj∈{0，1，2，3}，具體的對(duì)應(yīng)規(guī)則如圖2。根據(jù)式(2)生成第j個(gè)宏塊的16個(gè)4×4子塊模式特征碼F16j=F16j+1=…=F16j+15=0nmjmod2=0

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]適用于廣播監(jiān)視的視頻水印協(xié)議[J]. 劉麗,趙學(xué)民,彭代淵,高悅翔.  計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào). 2014(11)
[2]一種基于H.264/AVC的視頻可逆脆弱水印算法[J]. 張維緯,張茹,劉建毅,伍淳華,鈕心忻,楊義先.  電子與信息學(xué)報(bào). 2013(01)
[3]基于半脆弱水印的H.264/AVC視頻流的內(nèi)容級(jí)認(rèn)證[J]. 王小靜,楊高波,朱寧波.  通信學(xué)報(bào). 2009(11)



本文編號(hào)：2965135