一个新颖的水印可伸缩视频编码框架,提高了鲁棒性对质量可伸缩的压缩提出了。与传统的空间域(t + 2 d)水印方案的运动补偿时域滤波(MCTF)在空间上执行frame-wise视频数据分解视频,拟议的框架应用MCTF在小波域(2 d + t)生成系数来嵌入水印。鲁棒性性能可伸缩的内容改编,比如JPEG 2000年MC-EZBC,或H.264-SVC,综述了各种组合的运动补偿2 d + t + 2 d使用拟议的框架。提高MCTF通过修改更新步骤遵循分层时序分解使用的运动轨迹直接运动向量场在更新步骤和隐含的运动矢量预测步骤。结果表明嵌入失真小的峰值信噪比和闪烁的指标相比,一帧视频水印的鲁棒性与可伸缩的压缩是提高传统上使用2 d + t t + 2 d域视频水印,特别是对于盲水印方案的运动估计的有水印的视频。
已经几次图像水印算法扩展到视频水印利用帧的基础上或在3 d分解的视频。最初的尝试视频逐帧嵌入水印是由(
为了解决这些问题上面提到的,我们考虑到扩展的图像水印技术为视频视频序列的运动和纹理特征使用小波运动补偿2 d + t + 2 d过滤。拟议的方法是从运动补偿时域滤波(MCTF)基于小波域的视频分解的概念。MCTF已成功用于小波可伸缩视频编码研究[
在本文中,我们的目标是进一步推进通过调查沿线MCTF-based小波编码提出一个健壮的视频水印方案对可伸缩的内容适应,如JPEG 2000, MC-EZBC,或H.264-SVC,同时保持细微。明显的问题直接使用MCTF和t + 2 d分解水印的三倍。
在可伸缩视频编码的研究中,很明显,视频有不同的结构和运动特点导致其空间和时间特性上执行不同的t + 2 d域(
传统MCTF重点是实现更高的压缩,从而使更多的关注在MCTF prediction-lifting一步。然而,对于水印,有必要遵循内容低频时间子帧的运动轨迹,为了避免运动不匹配MCTF当这些帧更新一步的修改将水印嵌入。
t + 2 d结构提供更好的能源在颞低频子带压实,使大部分的系数值非常小或者在高频时间部分波段几乎为零。这是非常有用的在压缩但是很少水印嵌入高频时间部分波段的空间。因此,对于一个健壮的算法,大多数MCTF域水印方案,前面提到的,将水印嵌入到低通滤波器时间帧。另一方面,2 d + t在高频部分波段提供更多能量,使嵌入的可能性和强劲恢复水印使用高通的时间框架,提高了整体的细微有水印的视频。
为了克服这些缺点,我们提出MCTF-based 3 d视频序列的小波分解方案,并提供一个灵活的2 d + t + 2 d广义运动补偿时空子带分解方案使用修改后的MCTF视频水印方案。使用这个框架,我们研究和分析水印嵌入的利和弊用2 d + t + 2 d的各种组合结构和提出新的2 d + t视频水印算法提高鲁棒性性能与质量可伸缩的视频压缩。
剩下的纸是组织如下。节
广义时空分解方案由两个模块组成:(1)MCTF和(2)2 d<我t一个lic> 空间频率分解。我t一个lic>准确获取运动信息,我们已经修改了常用lifting-based MCTF通过跟踪帧间像素连接和使用空间的二维小波变换分解。在本节中,我们首先描述MCTF与隐含的运动估计,然后提出了2 d + t + 2 d通用框架。
我们制定MCTF方案给予更多关注到运动trajectory-based更新步骤如下。让<我nline-formula>
如上所述的介绍,这样一个传统的方案给予更多的关注在MCTF prediction-lifting一步减少预测误差在高频子带。这是有用的在压缩的情况下。然而,在水印的情况下,我们帐户对象运动低频时间框架内,以避免运动不匹配在更新步骤当这些帧修改由于水印嵌入。为了解决这个问题,我们使用MCTF隐含的运动估计,它允许嵌入水印的机会在任何选择低收入或高频时间框架。同时,与传统的计划,我们认为一对多的连接像素的相对贡献,这是重要的捕捉运动信息准确MCTF操作期间。
在该方案,<我nline-formula>
考虑这些块和像素分类,取消步骤像素位置<我nline-formula>
像素连接在<我nline-formula>
对于一对一连接的像素,
对于无关的像素,
组间,每个像素在一个组间一对一的连接与一个独特的像素<我nline-formula>
逆变换,操作步骤的顺序逆转如上所述。
首先,分解系数是通过一个unnormalization步骤其次是逆提升步骤:
在3 d视频分解方案,t + 2 d是通过执行时间分解,后跟一个空间变换而在2 d + t,颞过滤完成后空间二维变换。由于自己的优缺点,应分析组合,以提高视频水印的性能。一个常见的灵活的可重构框架,它允许创建这样的可能的组合,如视频水印应用程序尤其有用。在这里,我们提出了2 d + t + 2 d框架结合修改后的运动补偿时间滤波和空间二维小波变换。
让(<我nline-formula>
对于一个<我nline-formula>
实现3 - 2时间计划使用2 d + t + 2 d框架使用不同参数:(a) (032), (b) (131), (c)(230)和(d) (002)。
(032)
(131)
(230)
(002)
我们提出一种新的视频水印方案小波图像水印算法扩展到2 d + t + 2 d框架。在本节中,我们简要回顾一下小波图像水印算法之后,提出了视频水印方案。然后,我们在提出的视频进行分析各种组合分解框架决定独特视频嵌入参数,如(1)选择时间部分波段选择和(2)运动估计参数,从有水印的视频检索的运动信息。
由于其能力有效信号的多分辨率spatiofrequency表示,DWT成为扩展频谱的主要变换图像水印(
级文章添加剂选择水印作为nonblind情况。在这样的一个算法,系数值增加或减少取决于系数的大小,通过修改后的系数函数的原始系数:
在这个类别中,我们使用一个例子盲水印算法,提出了(
新视频水印方案使用上述算法在时空分解的视频。水印嵌入的系统方框图,nonblind提取工艺和盲提取过程如图
系统模块的水印嵌入方案2 d + t + 2 d时空分解。
系统模块的水印提取方案2 d + t + 2 d时空分解。
Nonblind
盲目的
嵌入水印,首先时空分解是在主机上执行视频序列的空间2 d-dwt其次是时间MCTF申请2 d + t(230)或时间分解之后,空间变换t + 2 d (032)。在这两种情况下,运动估计(我)执行创建运动矢量(MV)在空间域(t + 2 d)或近似部分波段在频域(2 d + t)中描述的部分
提取过程类似分解方案嵌入和系统图如图
身份验证是通过测量汉明距离(<我nline-formula>
在接近实验结果之前,在本节中,我们的目标是解决相关问题MCTF-based视频水印拟议的框架。首先,提高细微,调查是由主机视频的能量分布在不同的时间部分波段,这是有用的选择暂时分解在嵌入帧。然后,给出了一个洞察力运动检索盲水印方案,没有之前在水印提取运动信息是可用的,这对鲁棒性性能是至关重要的。
在小波域水印的研究中,一个众所周知的事实是,嵌入在高频部分波段提供更好的细微和低频嵌入提供更高的鲁棒性。通常小波分解紧凑的大部分能量在高频区低频子带上,让更少的能量,由于这个原因,高频水印方案不太强大的压缩。因此,增加能量分布在高频部分波段可以提供一个更好的水印算法。
在我们框架分析,研究结果表明,不同的2 d + t + 2 d组合可以改变高频时间部分波段的能量分布,这是独立的视频内容。展示一个例子中,我们使用<我t一个lic>
工头我t一个lic>序列和分解使用032、131和230组合框架和计算能量的总和第一两个共和党8时间频率框架,也就是说,<我nline-formula>
比例的能量(共和党)在每个暂时分解框架。系数的计算考虑了能源<我nline-formula>
直方图的系数<我nline-formula>
MCTF-based视频水印方案,运动信息贡献大,时间分解以及运动轨迹。时间域的水印嵌入修改导致运动不匹配,影响译码性能。虽然最初的运动信息是可以nonblind水印方案,必须做运动估计的情况下盲目的视频水印方案。在这种情况下,运动矢量预计将从有水印的视频检索没有任何先验知识的原始运动矢量(MV)。我们的研究表明,在这种情况下,更准确的运动估计是可能的,选择正确的2 d + t + 2 d组合以及一个宏块大小(MB)的最佳选择。与此同时,我们调查的性能,基于运动搜索范围(SR)。实验性能表明,有效地对运动检索SR较小的贡献。实验设置是由研究水印检测性能通过测量汉明距离的盲水印嵌入<我nline-formula>
汉明距离估计运动从有水印的盲水印的视频使用不同的宏块大小(MB)和搜索范围(SR)。嵌入在<我nline-formula>
微光
| MV有水印的视频:MB / SR | |||||||
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| /±64 | /±64 | /±32 | /±32 | /±16 | /±16 | /±8 | |
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| 032年 | 0.02 | 0.03 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | 0.04 |
| 131年 | - - - - - - | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.08 | 0.07 |
| 230年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 0.03 | 0.03 | 0.08 | 0.07 |
LLH
| MV有水印的视频:MB / SR | |||||||
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| /±64 | /±64 | /±32 | /±32 | /±16 | /±16 | /±8 | |
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| 032年 | 0.15 | 0.29 | 0.29 | 0.40 | 0.39 | 0.49 | 0.49 |
| 131年 | - - - - - - | 0.22 | 0.21 | 0.29 | 0.28 | 0.44 | 0.44 |
| 230年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 0.23 | 0.22 | 0.30 | 0.30 |
汉明距离估计运动从有水印的盲水印的视频使用不同的宏块大小(MB)和搜索范围(SR)。嵌入在<我nline-formula>
微光
| MV有水印的视频:MB / SR | |||||||
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| /±64 | /±64 | /±32 | /±32 | /±16 | /±16 | /±8 | |
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| 032年 | 0.03 | 0.06 | 0.05 | 0.09 | 0.09 | 0.09 | 0.09 |
| 131年 | - - - - - - | 0.03 | 0.03 | 0.07 | 0.07 | 0.14 | 0.13 |
| 230年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 0.03 | 0.03 | 0.15 | 0.12 |
LLH
| MV有水印的视频:MB / SR | |||||||
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| /±64 | /±64 | /±32 | /±32 | /±16 | /±16 | /±8 | |
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| 032年 | 0.17 | 0.24 | 0.23 | 0.36 | 0.36 | 0.48 | 0.47 |
| 131年 | - - - - - - | 0.16 | 0.16 | 0.23 | 0.23 | 0.41 | 0.38 |
| 230年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 0.17 | 0.17 | 0.28 | 0.27 |
结果表明,对于一个MB大小超过<我nline-formula>
在运动估计搜索范围的一半或四分之一大小完全解决运动估计。结果,搜索时间和计算复杂度显著减少如下:让我们假设为MB的运动估计<我nline-formula>
穷举搜索的复杂性运动块。
同时,盲人运动估计,少数量的运动矢量估计需要解码器导致更精确的运动估计和更高的鲁棒性。很明显从表
我们使用下面的实验设置水印嵌入仿真的使用提出了广义2 d + t + 2 d运动补偿时空部分波段计划。为了使水印强度恒定在部分波段,MCTF的规范化步骤和2 d DWT都被省略了。有两种不同的结果显示使用亮度分量嵌入失真和鲁棒性性能的测试视频序列(8<我nline-formula>
通过分析在前面的小节中,我们探索的可能性,水印嵌入高频时间部分波段和压缩攻击鲁棒性性能进行研究,为高频子带可以提供细微的改进。在实验设置中,我们选择了第三个时间水平高通滤波(<我nline-formula>
嵌入失真的措施中,我们使用峰值信噪比(PSNR)和还测量了闪烁的引入将水印嵌入。风扇等。
实验分为两组,一个用于嵌入失真分析,另一个用于鲁棒性评价。在所有的实验设置中,我们考虑了两种水印算法,分别从nonblind(部分
嵌入失真结果的PSNR值数据所示
PSNR nonblind和盲水印<我nline-formula>
闪烁度量nonblind和盲水印<我nline-formula>
PSNR nonblind和盲水印<我nline-formula>
闪烁度量nonblind和盲水印<我nline-formula>
PSNR nonblind和盲水印<我nline-formula>
闪烁度量nonblind和盲水印<我nline-formula>
结果的<我nline-formula>
nonblind水印方法的鲁棒性结果如图
鲁棒性nonblind水印方案的性能<我t一个lic>
机组人员我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
鲁棒性nonblind水印方案的性能<我t一个lic>
工头我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
鲁棒性非盲水印方案的性能<我t一个lic>
新闻我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
鲁棒性盲水印方案的性能<我t一个lic>
机组人员我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
鲁棒性盲水印方案的性能<我t一个lic>
工头我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
鲁棒性盲水印方案的性能<我t一个lic>
新闻我t一个lic>序列。<我t一个lic>
列我t一个lic>(1),(2)和(3)显示JPEG 2000健壮性与运动,MC-EZBC和H.264-SVC分别。<我t一个lic>
行我t一个lic>(1)和(2)代表时间部分波段上的嵌入<我nline-formula>
颞低频子带(<我nline-formula>
nonblind情况下,水印提取是利用原始主机执行的视频,因此原始运动矢量可在萃取器使得这个方案更健壮的适应各种可扩展的内容。另一方面,正如前面所解释的那样,盲水印方案没有任何参考原始视频序列也没有任何参考运动矢量。的运动矢量估计有水印的测试视频本身导致比较差的鲁棒性。相关的运动误差的影响更明显<我nline-formula>
我们评估算法对各种可伸缩视频压缩方案,也就是说,JPEG 2000 MC-EZBC, H.264-SVC。前两个视频压缩方案是基于小波技术而最近H.264-SVC使用分层使用基本层的编码h / AVC的可伸缩性。
在JPEG 2000计划,执行编码通过应用2 d小波变换分别对每一帧不考虑任何帧之间的时间相关性。在提出的水印方案中,利用二维小波变换提供了更好的运动与JPEG 2000计划,因此为2 d + t组合提供了更好的鲁棒性<我nline-formula>
MC-EZBC视频编码器使用运动补偿1 d小波变换在时域滤波和二维小波变换在空间分解。在压缩的角度来看,MC-EZBC通常在t + 2 d视频编码序列组合由于更好的能量压缩低频时间帧。但在水印的角度来看,更高的能源在高频子带可以提供更高的鲁棒性。鲁棒性结果,结果的参数是合理的<我nline-formula>
最后,我们对H.264-SVC评估方案的鲁棒性,利用国际米兰- / intramotion补偿预测后跟一个整数DCT变换变换具有相似的性质。虽然提出的水印和H.264-SVC视频编码方案不共享任何常见的技术或变换,该方法的鲁棒性评价,对H.264-SVC,进行了论文的完整性对于不同的可伸缩的视频压缩方案。结果提供可接受的鲁棒性。然而,对于一个盲水印方案<我nline-formula>
很明显,由于该方案和MC-EZBC之间的联系密切,拟议的计划提供了最好的性能鲁棒性对MC-EZBC-based内容改编。总结这次讨论,我们建议选择2 d + t水印方案提高了细微和视频水印的鲁棒性性能场景nonblind以及盲水印算法。
在本文中,我们提出了一种新的运动补偿时空子带分解方案,基于MCTF视频水印的隐含的运动估计。更改MCTF考虑获得一个有效的运动轨迹更新步骤。提出的2 d + t域水印提供了改进的健壮性和可伸缩的内容适应比较先进的传统t + 2 d视频水印方案在nonblind以及盲水印方案。鲁棒性性能评估与可伸缩coding-based质量按压攻击,包括JPEG 2000 MC-EZBC, H.264-SVC(可伸缩扩展)。拟议中的子带分解还提供了低复杂度MCTF只在部分波段进行水印嵌入。
这项工作是由英国工程和物理科学研究委员会(EPSRC)由一个EPSRC-BP多萝西霍奇金研究生奖(DHPA)。