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摘 要：文章提出DCT系数之下的MPEG-2视频水印技术运用方法。这一算法对相关水印信息进行Hash置乱之后嵌入到I帧色度的DC系数之上。该算法把混沌理论、置乱技术以及扩频技术等加以汇总以后全面应用至视频水印体系之中，从而提升了水印所具有的不可预见特性、鲁棒特性以及安全特性。文章对数字视频水印技术进行了概述，阐述了DCT系数在视频水印技术中的运用方法，并分析了DCT系数应用实验的结果。
关键词：DCT；数字视频水印；技术
鉴于我国互联网技术的飞速发展，对数字化信息所实施的交流也已经达到了极大的深度，发布的方式也变得更为丰富。现代人可随时应用网络来发布自身作品或者搜索所需要的视频。然而，随后产生的非法侵权盗版甚至恶意篡改等现象变得愈加严重。由于上网后可对音视频或者图像等进行随心所欲地下载、编辑以及运用，导致网络侵权问题变得更加严重起来，所以如何对音视频以及图像等作品的作者权益实施合理保护，对经过作者授权的使用者怎样实施资格验证，也就成了一定要合理处置好的问题。此时，一种全新的信息技术，即数字水印技术正好应运而生。这一技术主要是在原始的数据当中加进他人不知的秘密信息来核实此数据之所有权。这类被嵌入其中的水印或者是文字，或者为标识，或者为序列号，且往往并不可见。水印和原始数据之间相互密切联系，并且隐藏于其中，从而也就成了源数据的重要组成部分之一。数字水印技术依据载体主要可以可分成文本、图像、音频、视频以及软件水印等。笔者在此所探究的是将离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）系数运用到视频之中的水印技术[1]。
1 数字视频水印技术概述
视频水印技术属于数字水印技术研究的一项重点内。由于视频具备了自己鲜明的特色，所以探究的内容涵盖了水印算法与水印嵌入形式、水印安全性等。判断的性能指标包括了隐蔽性、嵌入量以及安全性等。目前，常用的數字视频水印嵌入办法分成3类：（1）将数字水印直接就嵌到原始的视频流之中。这一方案的好处是水印嵌入办法多，一般来说数字图像水印都能使用这一办法。（2）将水印嵌入到编码变换域当中的系数之中。比如，可以把水印嵌入到DCT系数当中，一旦动态图像专家组（Moving Pictures Experts Group.MPEG）编码器用的是DCT变换的话，那么就把水印嵌进DCT系数之中。如果用的是小波变换的话，那么就把水印嵌入到小波量化系数之中。这一方案的好处在于水印只是嵌入到量化系数之中，并不至于提高视频流数据产生的比特率，而且还容易设计可应对各类攻击的水印。（3）将水印直接嵌入到MPEG压缩的比特流之中。这一方案的好处是没有了解码与再编码这一过程，所以也就不至于导致视频质量有所降低，而且计算的复杂度也比较低。劣势则是因为压缩比特率是有限制的，所以也就控制了所嵌入的水印数据量[2]。
2 DCT系数在视频水印技术中的运用方法
2.1对水印实施预处理的方法
（l）为持续提升水印安全性，应当对水印实施置乱，其后所看到的就是一幅缺乏条理的图像，该图像不仅没有色彩和纹理，而且还没有形状，以至于难以得到一丝一毫的有用信息。依据该特点，参与置乱之外的人员绝对无法对图像实施各类统计和分析，甚至在其截取到这一图像以后也无法做到。笔者建议使用Hash置乱，就是因为这一算法具备了无冲突与强密钥保障的鲜明特征，可以称得上是绝佳的置乱方法。
（2）运用混沌序列把水印转换为伪随机序列，使用混沌序列，不管是在图像数字水印之中，还是在视频数字水印之中，均有非常好的成效。该序列的优势是具备了非常好的随机性，大大高于传统意义上的序列发生器所制造处理的序列。因为对初条件以及参数非常敏感，所以该系统密钥的空间大，有较高的抗破译功能。所形成的混沌序列复杂度非常高。一般来说，因为混沌信号对初始条件具备了极高的敏感性，所以往往会成为伪随机信号的优先考虑对象，如此即可对其信号实施加密性调制。笔者所使用的是通过混沌序列，对置乱之后的水印予以扩频调制，实施步骤是把置乱之后的水印图像依据由左至右、由上而下的次序转化为一维序列，并把其转换为（-1，1）这一双极性序列B。其后，把长度32的混沌序列同样转换为（-1，1）的双极性序列P。最后，再把双极性水印序列实施32位比特重复，用双极性混沌序列P加以调制，形成需要加以嵌入的水印序列W[3]。
2.2对水印实施嵌入的方法
本实验在I帧色度DC系数之中嵌进水印。主要操作方式是：（1）依据位置读取原始压缩状态下的视频。（2）在读至I帧信息过程中把嵌入的次数标成0。（3）运用帧内解码法对所读取宏块之中的色度块实施VLC解码，以求得到色度DC的系数。（4）计算出水印嵌入值。为切实降低对色度DC系数所造成的各种影响，使用自适应分类取值法：一旦原色度DC系数绝对值在0-20之间，那么强度是2；一旦原色度DC系数绝对值在21至50之间，那么强度是4；-旦原色度DC系数绝对值超过了51，那么强度则是6。（5）对嵌入了水印之后的色度DC系数实施VLC编码，并且取代原有色度DC系数的VL编码。（6）重复前5点一直到水印嵌入完。一旦原视频的信息量过大，可把水印信息进行重复性嵌入，如此即可极大地提升水印具有的鲁棒性。
2.3对水印实施提取的方法
本方法并不要求用原来的视频码流提取相关水印，运用对已经加入到水印中的视频码流实施局部解码，并且依据I帧对应的色度DCT系数加以计算。主要步骤是：（l）依据位读取出已经嵌入到水印中的压缩状态视频流。（2）在读至I帧头部的信息过程，把次数的标记设成0。（3）依据帧内的宏块解码法，对所读到的宏块之中的色度块实施VLC解码，从而确定色度DC系数。（4）对I帧中的色度DCT系数加以计算。水印提取过程中的误码率主要是取决于序列之长度以及水印之强度。（5）重复前4步，一直到完全提取好水印信息为止。将所提取水印序列加以恢复为0、l序列之后，依据从左至右、由上而下的次序建立二维矩阵数据，并且转换为二值图像，通过反置乱之后得出最终的水印图像[4]。 3 DCT系数应用实验的结果
3.1水印具备的不可见性状况
（l）差异化嵌入强度差异对于视频造成的不同影响。为了更加方便地检测各类不同强度，可以在实验中应用MPEG-2视频“football”为测试的序列，确定步长是8，应用不一样的嵌入强度，分别是0，1，2，3，4，6，其后再从所嵌入水印视频之中取出I帧画面之后，和没有水印的同一帧画面加以对比，可以发现，如果嵌入的强度愈小，那么嵌入对于视频画面造成的影响也就愈小。在强度是1，2，3时一般并无变化，在强度达到4时画面中己出现轻微变化，在强度达到6之后，画面就出现了显著变化。因为极少数DC系数相对较大，所以这一算法自适应置入嵌入强度的变化界限是1，3，4，6。
（2）相同嵌入强度对于各种类型视频造成的不同影响。在具体实验可使用MPEG-2视频“mobile”“foreman”加以测试。在不同类型的视频中嵌入一样强度的水印之后，原始视频与嵌入水印之后的视频几乎并无分别。同时，还可依据人的主观感受来评价水印所具有的不可见性。在实验过程中引入峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）为不可见性的主要度量指标。各类不同视频在嵌入一样强度的水印之后，图像就会出现变化。不管帧数怎样增加，I帧PSNR都在30以上，从而确保了水印具备不可见性。
3.2水印具备的鲁棒性状况
鲁棒性通常关注的是对图像处理所实施的攻击，包括了缩放、噪声、旋转、锐化以及抖动等方式。视频水印不仅要对这些攻击具备鲁棒性，而且还一定要关注别的视频处理攻击方式，比如，帧删除、帧替换以及扰动等。扰动攻击通常是指与加入噪声相类似的攻击形式。如果攻击者掌握了水印嵌入办法，甚至于对嵌入水印中的DC系数也有部分掌握的话，那就能够对视频当中的DC系数实施随机型扰动，以求尽可能地影响到水印提取工作。在此状况之下，水印就要具备相应的鲁棒性。笔者在实验过程中随机选了数组图像，并在其色度中增加了随机序列，其后在实施水印提取，可发现细微扰动之前与之后图像并无多大变化，所提取水印序列和原始水印的序列是一样的。还有一种办法是实施乘性扰动，把伪随机序列和DC系数乘起来，会对视频图像造成极大干扰。通过这一扰动方式，视频会出现极大变化，导致难以从中提取所需水印。但是，因为乘性扰动对于图像所造成的影响过大，往往会导致视频失去应用功能，故此类攻击的实用性相当小。
3.3水印具备的安全性状况
没有通过授权的人如果要运用不正当方式来得到视频水印信息的话，通过以下两类办法：（1）合理猜测经授权用户的密钥。可使用统计手段加以推测，因为本文的算法应用了Hash加以置乱，具备了无冲突与强密钥控制等鲜明特征，所以使用这种攻击方式能够猜中密钥的把握非常小，可全面阻止。（2）在密钥存在偏差的情况下予以攻击。但是，即便是非常小的一点偏差，實施置乱之后的结果也存在非常大的差别。所以，这一算法对于抵御第二类攻击也具备非常好的作用。
4结语
总的来说，数字视频水印不仅被使用于版权保护领域，而且还被运用到隐蔽通信领域之中。笔者在文中所探讨的数字视频水印技术在不可预见特性、鲁棒特性、实时特性以及安全特性等方面具有极好的性能，尤其是在鲁棒性上。本实验对于水印实施了包括扰动、帧删除以及格式转化等在内的各种攻击手段，均取得了很好的成效。原因是在实施了加扰之后，DC系数之变化主要依然停留于算法所预留的各项变化范畴之中。通过帧删除的攻击以后，所产生的水印序列就有可能被移位，然而水印序列属于重复性嵌入，通过汇总即可提取到更为精准的相关信息。
[参考文献]
[1]王雪筠.基于BTBC区域和DCT变换的数字视频水印技术[J]电脑知识技术，2010 （18）：5031-5033.
[2]吴昊.基于区间设定的DCT域视频水印算法[J]杭州电子科技大学学报，2014 （2）：20-23
[3]马睿，高梅，石云，等.基于DCT域和DWT域的视频数字水印算法[J].数字技术与应用，2016 （3）：149-150
[4]吴娱.基于DCT算法的视频数字水印的研究与实现[J].大学教育，2016 （12）：133-134.
关键词：DCT；数字视频水印；技术
鉴于我国互联网技术的飞速发展，对数字化信息所实施的交流也已经达到了极大的深度，发布的方式也变得更为丰富。现代人可随时应用网络来发布自身作品或者搜索所需要的视频。然而，随后产生的非法侵权盗版甚至恶意篡改等现象变得愈加严重。由于上网后可对音视频或者图像等进行随心所欲地下载、编辑以及运用，导致网络侵权问题变得更加严重起来，所以如何对音视频以及图像等作品的作者权益实施合理保护，对经过作者授权的使用者怎样实施资格验证，也就成了一定要合理处置好的问题。此时，一种全新的信息技术，即数字水印技术正好应运而生。这一技术主要是在原始的数据当中加进他人不知的秘密信息来核实此数据之所有权。这类被嵌入其中的水印或者是文字，或者为标识，或者为序列号，且往往并不可见。水印和原始数据之间相互密切联系，并且隐藏于其中，从而也就成了源数据的重要组成部分之一。数字水印技术依据载体主要可以可分成文本、图像、音频、视频以及软件水印等。笔者在此所探究的是将离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）系数运用到视频之中的水印技术[1]。
1 数字视频水印技术概述
视频水印技术属于数字水印技术研究的一项重点内。由于视频具备了自己鲜明的特色，所以探究的内容涵盖了水印算法与水印嵌入形式、水印安全性等。判断的性能指标包括了隐蔽性、嵌入量以及安全性等。目前，常用的數字视频水印嵌入办法分成3类：（1）将数字水印直接就嵌到原始的视频流之中。这一方案的好处是水印嵌入办法多，一般来说数字图像水印都能使用这一办法。（2）将水印嵌入到编码变换域当中的系数之中。比如，可以把水印嵌入到DCT系数当中，一旦动态图像专家组（Moving Pictures Experts Group.MPEG）编码器用的是DCT变换的话，那么就把水印嵌进DCT系数之中。如果用的是小波变换的话，那么就把水印嵌入到小波量化系数之中。这一方案的好处在于水印只是嵌入到量化系数之中，并不至于提高视频流数据产生的比特率，而且还容易设计可应对各类攻击的水印。（3）将水印直接嵌入到MPEG压缩的比特流之中。这一方案的好处是没有了解码与再编码这一过程，所以也就不至于导致视频质量有所降低，而且计算的复杂度也比较低。劣势则是因为压缩比特率是有限制的，所以也就控制了所嵌入的水印数据量[2]。
2 DCT系数在视频水印技术中的运用方法
2.1对水印实施预处理的方法
（l）为持续提升水印安全性，应当对水印实施置乱，其后所看到的就是一幅缺乏条理的图像，该图像不仅没有色彩和纹理，而且还没有形状，以至于难以得到一丝一毫的有用信息。依据该特点，参与置乱之外的人员绝对无法对图像实施各类统计和分析，甚至在其截取到这一图像以后也无法做到。笔者建议使用Hash置乱，就是因为这一算法具备了无冲突与强密钥保障的鲜明特征，可以称得上是绝佳的置乱方法。
（2）运用混沌序列把水印转换为伪随机序列，使用混沌序列，不管是在图像数字水印之中，还是在视频数字水印之中，均有非常好的成效。该序列的优势是具备了非常好的随机性，大大高于传统意义上的序列发生器所制造处理的序列。因为对初条件以及参数非常敏感，所以该系统密钥的空间大，有较高的抗破译功能。所形成的混沌序列复杂度非常高。一般来说，因为混沌信号对初始条件具备了极高的敏感性，所以往往会成为伪随机信号的优先考虑对象，如此即可对其信号实施加密性调制。笔者所使用的是通过混沌序列，对置乱之后的水印予以扩频调制，实施步骤是把置乱之后的水印图像依据由左至右、由上而下的次序转化为一维序列，并把其转换为（-1，1）这一双极性序列B。其后，把长度32的混沌序列同样转换为（-1，1）的双极性序列P。最后，再把双极性水印序列实施32位比特重复，用双极性混沌序列P加以调制，形成需要加以嵌入的水印序列W[3]。
2.2对水印实施嵌入的方法
本实验在I帧色度DC系数之中嵌进水印。主要操作方式是：（1）依据位置读取原始压缩状态下的视频。（2）在读至I帧信息过程中把嵌入的次数标成0。（3）运用帧内解码法对所读取宏块之中的色度块实施VLC解码，以求得到色度DC的系数。（4）计算出水印嵌入值。为切实降低对色度DC系数所造成的各种影响，使用自适应分类取值法：一旦原色度DC系数绝对值在0-20之间，那么强度是2；一旦原色度DC系数绝对值在21至50之间，那么强度是4；-旦原色度DC系数绝对值超过了51，那么强度则是6。（5）对嵌入了水印之后的色度DC系数实施VLC编码，并且取代原有色度DC系数的VL编码。（6）重复前5点一直到水印嵌入完。一旦原视频的信息量过大，可把水印信息进行重复性嵌入，如此即可极大地提升水印具有的鲁棒性。
2.3对水印实施提取的方法
本方法并不要求用原来的视频码流提取相关水印，运用对已经加入到水印中的视频码流实施局部解码，并且依据I帧对应的色度DCT系数加以计算。主要步骤是：（l）依据位读取出已经嵌入到水印中的压缩状态视频流。（2）在读至I帧头部的信息过程，把次数的标记设成0。（3）依据帧内的宏块解码法，对所读到的宏块之中的色度块实施VLC解码，从而确定色度DC系数。（4）对I帧中的色度DCT系数加以计算。水印提取过程中的误码率主要是取决于序列之长度以及水印之强度。（5）重复前4步，一直到完全提取好水印信息为止。将所提取水印序列加以恢复为0、l序列之后，依据从左至右、由上而下的次序建立二维矩阵数据，并且转换为二值图像，通过反置乱之后得出最终的水印图像[4]。 3 DCT系数应用实验的结果
3.1水印具备的不可见性状况
（l）差异化嵌入强度差异对于视频造成的不同影响。为了更加方便地检测各类不同强度，可以在实验中应用MPEG-2视频“football”为测试的序列，确定步长是8，应用不一样的嵌入强度，分别是0，1，2，3，4，6，其后再从所嵌入水印视频之中取出I帧画面之后，和没有水印的同一帧画面加以对比，可以发现，如果嵌入的强度愈小，那么嵌入对于视频画面造成的影响也就愈小。在强度是1，2，3时一般并无变化，在强度达到4时画面中己出现轻微变化，在强度达到6之后，画面就出现了显著变化。因为极少数DC系数相对较大，所以这一算法自适应置入嵌入强度的变化界限是1，3，4，6。
（2）相同嵌入强度对于各种类型视频造成的不同影响。在具体实验可使用MPEG-2视频“mobile”“foreman”加以测试。在不同类型的视频中嵌入一样强度的水印之后，原始视频与嵌入水印之后的视频几乎并无分别。同时，还可依据人的主观感受来评价水印所具有的不可见性。在实验过程中引入峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）为不可见性的主要度量指标。各类不同视频在嵌入一样强度的水印之后，图像就会出现变化。不管帧数怎样增加，I帧PSNR都在30以上，从而确保了水印具备不可见性。
3.2水印具备的鲁棒性状况
鲁棒性通常关注的是对图像处理所实施的攻击，包括了缩放、噪声、旋转、锐化以及抖动等方式。视频水印不仅要对这些攻击具备鲁棒性，而且还一定要关注别的视频处理攻击方式，比如，帧删除、帧替换以及扰动等。扰动攻击通常是指与加入噪声相类似的攻击形式。如果攻击者掌握了水印嵌入办法，甚至于对嵌入水印中的DC系数也有部分掌握的话，那就能够对视频当中的DC系数实施随机型扰动，以求尽可能地影响到水印提取工作。在此状况之下，水印就要具备相应的鲁棒性。笔者在实验过程中随机选了数组图像，并在其色度中增加了随机序列，其后在实施水印提取，可发现细微扰动之前与之后图像并无多大变化，所提取水印序列和原始水印的序列是一样的。还有一种办法是实施乘性扰动，把伪随机序列和DC系数乘起来，会对视频图像造成极大干扰。通过这一扰动方式，视频会出现极大变化，导致难以从中提取所需水印。但是，因为乘性扰动对于图像所造成的影响过大，往往会导致视频失去应用功能，故此类攻击的实用性相当小。
3.3水印具备的安全性状况
没有通过授权的人如果要运用不正当方式来得到视频水印信息的话，通过以下两类办法：（1）合理猜测经授权用户的密钥。可使用统计手段加以推测，因为本文的算法应用了Hash加以置乱，具备了无冲突与强密钥控制等鲜明特征，所以使用这种攻击方式能够猜中密钥的把握非常小，可全面阻止。（2）在密钥存在偏差的情况下予以攻击。但是，即便是非常小的一点偏差，實施置乱之后的结果也存在非常大的差别。所以，这一算法对于抵御第二类攻击也具备非常好的作用。
4结语
总的来说，数字视频水印不仅被使用于版权保护领域，而且还被运用到隐蔽通信领域之中。笔者在文中所探讨的数字视频水印技术在不可预见特性、鲁棒特性、实时特性以及安全特性等方面具有极好的性能，尤其是在鲁棒性上。本实验对于水印实施了包括扰动、帧删除以及格式转化等在内的各种攻击手段，均取得了很好的成效。原因是在实施了加扰之后，DC系数之变化主要依然停留于算法所预留的各项变化范畴之中。通过帧删除的攻击以后，所产生的水印序列就有可能被移位，然而水印序列属于重复性嵌入，通过汇总即可提取到更为精准的相关信息。
[参考文献]
[1]王雪筠.基于BTBC区域和DCT变换的数字视频水印技术[J]电脑知识技术，2010 （18）：5031-5033.
[2]吴昊.基于区间设定的DCT域视频水印算法[J]杭州电子科技大学学报，2014 （2）：20-23
[3]马睿，高梅，石云，等.基于DCT域和DWT域的视频数字水印算法[J].数字技术与应用，2016 （3）：149-150
[4]吴娱.基于DCT算法的视频数字水印的研究与实现[J].大学教育，2016 （12）：133-134.