基于mpeg2的数字水印系统总体设计

目录目录目录1前言2基于MPEG2的数字水印系统总体设计31、范围32、规范性引用文件33、定义34、缩略语35、业务流程36、技术方案47、接口规范98、性能指标99、资源需求10前言本文档规定了基于MPEG2的数字水印系统的业务流程、技术方案、接口、性能指标及资源需求。基于mpeg2的数字水印系统总体设计1、范围本文档规定了基于mpeg2的数字水印系统的业务流程、设计方案、性能指标、以及资源需求，文档的读者为系统开发工程师、系统测试工程师。2、规范性引用文件无3、定义数字水印（DigitalWatermarking）技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中(包括多媒体、文档、软件等)或是间接表示(修改特定区域的结构)，且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改，但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。数字水印是实现版权保护的有效办法，是信息隐藏技术研究领域的重要分支。4、缩略语数字水印、隐藏信息、版权保护。5、业务流程5、1数字水印系统的主要操作流程数字水印系统的主要设计流程如下所示：选着视频文件MPEG2文件否嵌入水印提取水印部分解码是1．用户选着视频文件2．选着了mpeg2视频文件后对文件进行部分解码3．部分解码后嵌入水印4．提取嵌入水印后的视频中的水印信息6、技术方案6、1项目背景数字水印是一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术。近年来数字水印技术取得了很大的发展，但研究方向主要集中于静止图像水印技术，在视频水印研究方面，由于包括空间掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，使得视频水印技术相对于图像水印技术发展滞后，现有的标准视频编码格式又造成了水印技术引入上的局限性。由于数字视频是连续播放的图像序列，其相临的帧之间的内容有高度的相关性，连续帧之间存在大量的数据冗余，使得视频水印容易遭受帧丢弃、帧交换等各种攻击，而且目前为了节约视频数据存储空间和便于传输，视频的主要存在模式是压缩格式的，视频水印在很大程度上是与压缩编码标准紧密联系在一起的，因此视频水印除了具有一般水印技术的特征外，还有一些特殊的要求.例如稳健性、不可见性、视频速率的恒定性、与视频编码标准相结合性、实时性等特征。目前视频水印的嵌入方法主要有：一、直接嵌入到原始视频数据流中，缺点是增加了视频码流和降低了视频的质量。二、水印嵌入到编码阶段的离散余弦变换(DCT)域中，同样它也会降低视频质量，但是不会增加视频流的数据比特率。三、水印直接嵌入到MPEG-2压缩比特流中，此方案不会导致视频质量下降，但是限定了嵌入水印的数据量的大小。利用频域法嵌入水印的办法，例如利用DCT变换的特性，可以使得水印数据分布在整个空间域中，所以具有很好的不可见性，而且经过DCT变换后，视频图像的大多数能量都集中在低频部分，因而在较低频部分嵌入水印具有一定的鲁棒性，但是在将水印嵌入在低频部分又会引起较大的失真，而且由于人眼对亮度信号比对色度信号更加敏感，嵌入在色度信号中的数据在压缩时很容易被清除。本课题基于以上观点，针对mpeg2视频的编码格式，利用DCT变换域的水印嵌入方法，可以使得水印数据分布在整个空间域中，所以具有很好的不可见性，而且经过DCT变换后，视频图像的大多数能量都集中在低频部分，因而在较低频部分嵌入水印具有一定的鲁棒性。同时本文采用对mepg2视频部分解码的方式嵌入水印可以保证视频速率的恒定性。6、2项目简介基于mpeg2的数字水印系统就是针对mpeg2格式的视频流文件，在分析其内部编码特征的基础上对视频文件进行部分解码，然后在解码的过程中嵌入一些标识信息(即数字水印)，但是不影响视频的正常使用，也不容易被探知和再次修改，但可以通过相应的水印提取算法提取出完整的水印信息。6、3系统总体设计原则6、3、1安全性数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更。6、3、2隐蔽性数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用，不会降质。6、3、3鲁棒性鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、重采样、剪切、尺度变化以及有损压缩编码等。主要用于版权保护的数字水印易损水印（FragileWatermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。6、3、4水印的容量是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。6、4水印过程6、4、1嵌入水印过程嵌入水印的过程如下：密钥视频数据水印信息水印嵌入算法含水印的视频6、4、2水印检测过程水印的提取过程如下：密钥含水印视频嵌入的水印水印检测算法检测结果6、5系统总体设计流程基于mpeg2的视频水印系统总体设计流程如下：开始MPEG2视频提取一帧I帧N计算I帧的条带数目Y解码一个条带条带的最后一个宏块亮度分量的最后一个DC系数修改DC系数嵌入一bit水印信息帧结束嵌入完毕结束YYNN6、6系统功能系统的主要功能有：1、视频部分解码2、嵌入水印3、提取水印4、水印的预处理6、7系统的模块划分系统的主要模块有：1、水印预处理模块2、视频解码模块3、水印嵌入模块4、水印提取模块6、7、1水印预处理模块1、模块功能本模块的主要功能是将要嵌入的水印信息通过某种置乱算法置乱，使其和原始水印信息的相关性减弱，增强了水印信息的安全性。2、模块性能：无性能要求6、7、2视频解码模块1、模块功能本模块的主要功能是解码mpe2的视频文件，并且找到要嵌入水印的位置。2、模块性能要求只进行部分解码，以满足解码速度的要求。6、7、3水印嵌入模块1、模块功能本模块的主要功能是在上述模块的基础上，通过适当的水印嵌入算法在视频当中嵌入水印信息。2、模块性能要求满足安全性、隐蔽性、鲁棒性、水印容量、水印嵌入速度。6、7、4水印提取模块1、模块功能本模块的功能是在嵌入水印后的视频中提取水印信息。2、性能要求要求可以较为准确的提取出水印信息。6、8运行环境6、8、1硬件要求处理器：IntelPentium1.7GHz及以上内存：512MB及以上显存：64MB及以上6、8、2软件要求操作系统：Windows2000/2003/XP中文版操作系统其他：安装VisualStudio2008以上7、接口规范7、1外部接口无7、2内部接口各个模块之间相互调用8、性能指标在能够满足水印的鲁棒性、不可见性、安全性的基础上，满足水印的嵌入速度在6.0兆/秒，峰值信噪比在30以上，并且可以抗击常用的一些攻击。9、资源需求9、1硬件处理器：IntelPentium1.7GHz及以上内存：512MB及以上显存：64MB及以上9、2软件操作系统：windows2000/2003/XP中文版操作系统其他：安装VisualStudio2008以上9、3网络无