基于运动目标检测的视频水印算法
第３１卷第１期２０１１年１月
计算机应用
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖ０１．３１Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１１
文章编号：１００１—９０８１（２０１１）０１—０２５８—０２ｄｏｉ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０８７．２０１１．００２５８基于运动目标检测的视频水印算法
陈希１，周萍２
（１．桂林电子科技大学计算机科学与工程学院，广西桂林５４１００４；２．桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林５４１００４）
ｆｃｈｅｎｘｉ－６２１＠１６３．ｃｏｎｌ
摘要：为了提高视频水印的鲁棒性，提出一种基于运动目标检测技术的算法。通过相邻帧差法提取并标记视频图像序列中的运动目标，并采用图像局部奇异值分解（ＳＶＤ）算法，实现水印的嵌入和盲提取过程。在仿真实验中，通过计算水印嵌入后图像的峰值信噪比，证明该水印算法具有很好的不可见性和隐蔽性；并使用ｓｔｒｉｍａｒｋ软件对嵌入水印后图像进行几何攻击，分析水印图像的相关系数，验证本算法具有很好的鲁棒性。
关键词：运动目标检测；奇异值分解；相邻帧差法；峰值信噪比；视频水印
中图分类号：ＴＰ３０９；ＴＰ３９１．４１文献标志码：Ａ
Ｖｉｄｅｏｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ＣＨＥＮＸｉｌ，ＺＨＯＵＰｉｎ９２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕｉｌｉｎＧｕａｎｇｘｉ５４１００４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕｉｌｉｎＧｕａｎｇｘｉ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｖｉｄｅｏｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ，ａｖｉｄｅｏｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｄｅｕｓｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｅｘｔｒａｃｔａｎｄｓｉｇｎｔｈｅｍｏｖｉｎｇｔａｒｇｅｔｓｉｎｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓ，ａｎｄｔｈｅｎ，ａｃｈｉｅｖｅｄｗａｔｅｒｍａｒｋｅｍｂｅｄｄｉｎｇａｎｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂｙＳｉｎｇｕｌａｒＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＳＶＤ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅＰｅａｋＳｉｇｎａｌ—ｔｏ—ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ（ＰＳＮＲ）ｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｔｒｉｍａｒｋｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｇｅｏｍｅｔｆｉｃｌｙａｔｔａｃｋｏｎｗａｔｅｒｍａｒｋｅｄｉｍａｇｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓａｇｒｅａｔｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＳｉｎｇｕｌａｒＶａｌｕｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＳＶＤ）；ｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ；ＰｅａｋＳｉｇｎａｌ—ｔｏ—ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ（ＰＳＮＲ）；ｖｉｄｅｏｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ
０引言１运动目标检测技术
随着多媒体技术的发展和大量数字视频产品（如ＶＣＤ、ＤＶＤ）的出现，使得数字媒体的获取、交换和传输变得非常简单。然而利用网络的开放性和共享性，对数字视频进行篡改、伪造、复制和非法发布也变成了一件轻而易举的事情，严重地损害了产品的生产者和使用者的利益。如何保护视频所有者的版权，及作品内容的真实性和完整性是一个亟待解决的问题。视频水印技术作为视频产品版权保护和认证技术的有效方法，成为数字水印技术的研究热点。
目前数字水印的研究主要集中在静态图像上，而运动特性是视频图像与静态图像的显著区别，任何对视频的攻击都不能破坏其运动特点，故利用视频图像的运动性，是视频水印的研究热点。最早由Ｊｏｒｄａｎ等人。１ｏ提出了通过修改运动向量实现嵌入水印的算法，是运动矢量视频水印的基础；Ｚｈａｎｇ等人。２ｏ对Ｊｏｒｄａｎ算法进行改进，根据运动矢量幅角的大小对宏块嵌入不同的水印；戴侃斐等人。３ｏ提出了基于生命游戏置乱的ＭＰＥＧ－４运动矢量水印算法，具有很好的鲁棒性；楼斌等人。４ｏ将运动目标检测技术引入到视频水印的领域中，将提取出的运动目标作为水印图像，实现一种自嵌入的视频水印算法。本文在运动目标检测的基础上提出一种改进的视频水印算法，通过奇异值分解，实现水印的嵌入和提取过程，此算法具有很好的鲁棒性和抗攻击性。
运动目标检测即从序列图像中将变化区域从背景图像中提取出来，包括运动检测与目标提取两个方面。运动检测是检测视频序列图像中被监视的场景图像是否有变化，如果图像有变化，则说明有目标出现，反之则认为没有目标出现。目标提取是当检测到有目标出现时，把目标从视频图像序列中分割提取出来，并在原图像标记运动宏块的方法。５ｏ。
运动目标检测主要有三种常用方法。６Ｊ：第一种是相邻帧差法，它基于时问序列图像相邻帧（两帧或三帧）图像差分运算实现运动目标的检测；第二种是背景差分法，它基于图像序列和参考背景模型相减；第三种是光流法，它对图像的运动场进行估计，将相似的运动矢量合并形成运动目标的检测。
本文采用运动目标检测方法中的相邻帧差法，通过对原始视频部分解码，将视频分隔成一帧一帧的连续图像，根据相邻三帧相减，得到帧间图像亮度差的绝对值，判断它是否大于阈值来分析视频或图像序列的运动特性，确定图像序列中有无运动的目标，对图像序列逐帧进行差分，相当于对图像序列进行时域上的高通滤波。
第ｉ帧图像Ｚ（咒，Ｙ）与第ｉ一１帧图像Ｚ一。（戈，Ｙ）之间的变化可用一个差分图像Ｇ（咒，Ｙ）的二值Ｂ（戈，Ｙ）表示，在差分图像中取值为１的像素点被认为是运动或光照变化的结果，其表达公式如下：
收稿日期：２０１０—０６—１２；修回日期：２０１０—０８—２６。基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０９６１００２）。
作者简介：陈希（１９８５一），女，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向：数字水印、图像处理；周萍（１９６１一），女，山西大同人，教授，主要研究方向：数字水印、语音识别、智能网络。
万方数据