ICA和镜头分割结合的盲视频水印方案(2)

ICA和镜头分割结合的盲视频水印方案

第12期 刘 琚等: ICA和镜头分割结合的盲视频水印方案 1267

环式改变水印随机状态嵌入水印来达到同步的目的. 这些方法都是基于视频帧时序结构的. 提出了一种基于视频内容特征的方案, 先根据内容从时间上将视频分割成段, 再将这些段进行ICA分解, 在得到的主独立分量帧中嵌入水印. 试验证明, 它不但对于时间不同步的鲁棒性较好, 而且对大多数视频水印攻击都有较好的鲁棒性.

1 全局直方图比较的镜头分割

视频序列的镜头分割也就是镜头变化检测, 是视频数据库技术中的关键技术之一. 它是将视频按照场景内容的变化在时间上分成不同的段. 常见的镜头分割的方法有: 基于像素的、基于块的、基于直方图的方法等[5]. 尽管很多情况下, 在接收端视频会失去同步, 但是视频的主要内容在整个过程中没有变化, 因此本文利用镜头分割的方法, 通过从内容上对视频进行定位, 来提高水印方案对于时间不同步的鲁棒性. 文中选用全局直方图比较法为例进行说明.

全局直方图比较法是一种简单的基于直方图的镜头分割方法, 它的主要思想是认为如果前后两帧有不变化的背景, 有不变的对象(并不是不动的对象), 那么两帧的直方图差异就较小. 定义两个帧之间的直方图差异率为

n∑Hi(j) Hi+1(j)

D(i,i+1)=j=1

P, (1)

其中Hi( j ), j=1, …, n表示第i帧的第j个灰度级的像素数目, n是总灰度级数, P是帧中的总像素点数. 与传统的全局直方图比较法相比, 这里通过直方图差异总数与总像素点数相比, 将差异率进行了归一化, 更适合于各种尺寸的视频帧设定统一的比较门限. 当差异率超过某个阈值的时候, 就认为视频的内容发生了变化. 对于彩色帧, 文中选用YUV格式中的Y分量来进行直方图的比较.

由于水印问题中对于水印嵌入及水印攻击都有不可察觉性和不影响视频质量的要求. 因此, 采用基于直方图的方法能够保证在水印嵌入前后、视频遭受攻击前后对于视频的镜头分割是一致的.

2 独立分量分析

ICA是在研究盲源分离过程中出现的一种新的信号处理和数据分析方法[6~9]. 利用ICA, 可以在不知源信号和传输通道参数的情况下, 根据输入源信号的统计特性, 仅通过观测信号就能实时地恢复或提取源信号. 它是当今信号处理领域的一个研究热点, 已经在模式识别、数据压缩、图像分析等方面得到了应用[10, 11].

2.1 ICA问题的数学模型

混叠信号模型如下: