Programación de la capa de aplicación Drm para mostrar imágenes
El desarrollo de la sociedad actual presenta dos características evidentes: la digitalización y el networking. La digitalización se refiere a la forma de almacenamiento de información, que se caracteriza por una gran capacidad de almacenamiento y una fácil edición y copia; se refiere a la forma de transmisión de información, que tiene las ventajas de una velocidad rápida y una amplia distribución. En los últimos 10 años, el uso y la difusión de información de los medios digitales se ha disparado. Las personas pueden obtener información digital y servicios en línea de forma rápida y cómoda a través de Internet. Pero al mismo tiempo, la piratería se ha vuelto más fácil y la gestión y protección del contenido digital se han convertido en cuestiones urgentes que la industria debe resolver.
Existe una diferencia esencial entre la información digital y la información analógica. Las soluciones tradicionales para proteger la información analógica ya no son efectivas para la información digital. Junto con algunos procesadores de uso general, como las PC, esas soluciones de protección de medios basadas en hardware se rompen fácilmente. De hecho, las técnicas de cifrado utilizadas habitualmente sólo protegen el contenido de los medios mientras la información está en tránsito del remitente al receptor. Después de recibir la información, todos los datos son transparentes para el usuario y ya no están protegidos. En este caso, muchos estudiosos han favorecido la marca de agua digital, como posible solución.
La idea básica de la marca de agua digital es ocultar información adicional significativa, como audio, vídeo, imágenes, etc., en los datos multimedia originales. , que está estrechamente integrado con los datos originales y luego se transmite juntos. En el extremo receptor, las computadoras extraen la señal de la marca de agua para diversos fines. Las posibles aplicaciones incluyen firmas digitales, huellas digitales, monitoreo de transmisiones, autenticación de contenido, control de copias y comunicaciones secretas. Las marcas de agua digitales se consideran la "última línea de defensa" contra la piratería multimedia. Por lo tanto, desde la perspectiva de la propia tecnología de marcas de agua, tiene amplias perspectivas de aplicación y un enorme valor económico.
Diagrama del marco general de la marca de agua digital
Marco básico de la marca de agua digital
Un sistema de marca de agua típico consta de un incrustador y un detector, como se muestra en la figura. El incrustador (fórmula (1)) genera una señal de marca de agua real en función de la información que se transmitirá m, y la oculta en los datos multimedia X para obtener una señal de marca de agua y. Por razones de seguridad, la generación de la señal de marca de agua generalmente depende de. una llave k.
y puede perder cierta información al pasar por la red de transmisión, y se convierte en y' cuando llega al detector. Este canal es incontrolable e incognoscible tanto para el incrustador como para el detector, por lo que puede denominarse canal de ataque. El detector se encarga de extraer información de y’, como se muestra en la ecuación (2). Para la detección de señales innecesarias del host, lo llamamos marca de agua ciega y viceversa, se llama marca de agua no ciega. Debido a los requisitos de la aplicación, la marca de agua ciega siempre ha sido la corriente principal de la investigación.
Características de la marca de agua digital
Aunque la idea de la marca de agua digital es simple, para lograr el propósito de la aplicación, esta debe cumplir con ciertos indicadores de desempeño, entre los que destacan los más importantes. las características incluyen:
●Fidelidad: también llamada invisibilidad, se refiere al grado en que la incrustación de marcas de agua provoca cambios en la calidad de la señal del host. Dado que la señal del host son principalmente datos multimedia para visualización humana, la marca de agua debe tener alta fidelidad para aumentar la seguridad de la propia marca de agua.
Robustez: se refiere a la capacidad de supervivencia de las marcas de agua durante la edición y el procesamiento de datos multimedia. Varias operaciones en datos multimedia provocarán la pérdida de información de la señal del host, destruyendo así la integridad de la marca de agua, como la compresión, el filtrado, la adición de ruido, el corte, el escalado y la rotación, así como algunos ataques maliciosos.
●Carga útil de datos: se refiere a la cantidad de información que la señal de marca de agua puede transmitir con una determinada fidelidad. Las aplicaciones prácticas requieren marcas de agua para poder transmitir información de varios bits.
●Seguridad: En las aplicaciones, siempre hay personas que quieren incrustar, detectar o eliminar marcas de agua, pero se debe restringir a otros para que no hagan la misma operación. Esta es la seguridad de las marcas de agua. Para lograr la seguridad, la información importante debe mantenerse en secreto; por ejemplo, las marcas de agua a menudo se generan mediante claves.
●Tasa de falsas alarmas: se refiere a la probabilidad de detectar incorrectamente una marca de agua en una señal de host sin marca de agua. Obviamente, sólo cuando la tasa de falsas alarmas sea lo suficientemente baja se podrá utilizar el sistema de forma segura y fiable.
El diseño de la marca de agua debe seleccionar la tecnología adecuada en función de los indicadores de rendimiento anteriores.
Algunas características son incompatibles, como la invisibilidad, la robustez y la capacidad de información, que hay que sopesar.
Las marcas de agua se pueden dividir en marcas de agua visibles y marcas de agua invisibles según la fidelidad. Como sugiere el nombre, las marcas de agua visibles se pueden detectar a simple vista. Según la solidez de las marcas de agua, se pueden dividir en marcas de agua robustas y marcas de agua frágiles. Las marcas de agua robustas pueden resistir un cierto grado de procesamiento de señales; las marcas de agua frágiles se caracterizan por cualquier cambio en la información del medio que destruirá la integridad de la marca de agua, haciéndola indetectable. Por lo tanto, la marca de agua robusta garantiza la integridad de la información de la marca de agua, mientras que la marca de agua frágil garantiza la integridad de la información de los medios. Cada uno tiene sus propios usos. También hay un tipo de marca de agua en el medio, llamada marca de agua semifrágil, que es resistente a ciertas operaciones pero frágil a modificaciones de características de datos importantes.
El desarrollo de la tecnología de marcas de agua digitales
Al principio, los diseñadores de marcas de agua estaban preocupados por cómo ocultar información en medios digitales sin ser descubiertos. Con este fin, la información de la marca de agua se coloca en el bit más bajo de los datos binarios. Este esquema se denomina colectivamente modulación de bits menos significativos. Obviamente, en el procesamiento general de señales, la información menos significativa se pierde fácilmente y la marca de agua es menos robusta.
Posteriormente, aparecieron una gran cantidad de algoritmos de marcas de agua de dominio espacial. La incrustación de marcas de agua ya no modifica un solo punto en el dominio espacial, sino que modifica las características de un conjunto de puntos o una región, como media, varianza, paridad, etc. Unir las piezas es un ejemplo típico de este enfoque. Selecciona aleatoriamente n pares de píxeles (ai, bi) en el espacio de la imagen, suma D al brillo del píxel ai y resta D del brillo del píxel Bi. Como resultado, el promedio de las diferencias de brillo entre los dos grupos de píxeles se modifica a 2d. Las teorías de prueba de hipótesis estadísticas y medias pueden determinar si existe una marca de agua. Sin embargo, el mosaico sólo puede incorporar información limitada y es sensible a las transformaciones geométricas. El problema con el algoritmo de marca de agua espacial es su escasa solidez para el procesamiento de imágenes.
Comparado con el dominio espacial, el espectro es un buen método de descripción de señales. El componente de baja frecuencia representa la parte suave de la señal, que es la información principal; el componente de alta frecuencia representa la parte fluctuante de la señal, es decir, la información del borde. El análisis y procesamiento de señales son muy intuitivos y convenientes. La marca de agua de espectro ensanchado introduce la teoría de la comunicación de espectro ensanchado, que es una idea de diseño de marca de agua en el dominio de frecuencia muy popular. Trata los medios digitales como un canal, que normalmente tiene un ancho de banda amplio, mientras que la señal de marca de agua incrustada como señal transmitida tiene un ancho de banda muy estrecho. La marca de agua se puede extender a múltiples puntos de frecuencia y luego superponerse con la señal multimedia. De esta manera, cada componente de frecuencia solo contiene una pequeña marca de agua de energía, lo que no solo garantiza la invisibilidad sino que también destruye la marca de agua, por lo que es necesario superponer ruido de alta amplitud en cada frecuencia. Esta idea se aplica primero al dominio DCT y luego se extiende al dominio de la transformada de Fourier y al dominio wavelet. Además, para tener en cuenta la fidelidad de la marca de agua, se utiliza el modelo de percepción humana para controlar la energía de la marca de agua en cada punto de frecuencia para no destruir la calidad de la señal, formando así una marca de agua de espectro ensanchado adaptativo.
Otro modelo importante de marcas de agua es tratar las marcas de agua como comunicaciones de información de banda lateral conocida. La información de banda lateral se refiere a información conocida por el incrustador, incluidos los datos de medios. Los incrustadores deben aprovechar al máximo la información de la banda lateral para maximizar la probabilidad de una detección correcta de la marca de agua. Esto tiene una gran importancia orientadora para el diseño de marcas de agua, ya que indica que la señal del host que contiene la marca de agua debe seleccionarse en un área donde la marca de agua pueda detectarse y al mismo tiempo garantizar una cierta fidelidad.
Actualmente, la investigación sobre marcas de agua se centra en explorar la máxima cantidad de información que se puede incrustar y detectar de forma fiable en las señales de los medios. Aplica conocimientos de modelos de comunicación y teoría de la información de banda lateral conocida. La investigación sobre algoritmos de marcas de agua se centra en el dominio de la compresión, es decir, estándares de compresión como JPEG y MPEG, porque la compresión es una tecnología que debe utilizarse en la transmisión de información.
Tecnología de ataque de marcas de agua digitales
Diversas ediciones y modificaciones de datos multimedia a menudo conducen a la pérdida de información y, debido a la estrecha combinación de marcas de agua y datos multimedia, también afectará la Detección de marcas de agua y extracción. A estas acciones las llamamos ataques. La tecnología de ataque de marcas de agua se puede utilizar para probar el rendimiento de las marcas de agua y es un aspecto importante del desarrollo de la tecnología de marcas de agua. Cómo mejorar la solidez de las marcas de agua y resistir los ataques es la cuestión más importante para los diseñadores de marcas de agua.
El sistema de evaluación del rendimiento de marcas de agua de primera generación, Stirmark, contiene una gran cantidad de operaciones de procesamiento de señales e imágenes, que se pueden dividir en:
●Ataques de eliminación: que incluyen principalmente A/D, Conversión D/A, eliminación de ruido, filtrado, modificación de histograma, cuantificación y compresión con pérdida. Estas operaciones provocan pérdida de información en los datos multimedia, especialmente la compresión, que puede eliminar la redundancia tanto como sea posible y al mismo tiempo garantizar una cierta calidad de la información, eliminando así las marcas de agua.
●Ataques geométricos: incluyen principalmente diversas transformaciones geométricas, como rotación, traslación, transformación de escala, corte, eliminación de filas o columnas, transformación geométrica aleatoria, etc. Estas operaciones cambian la disposición de la secuencia espacial o temporal de los datos multimedia, haciendo que la marca de agua sea indetectable y, por lo tanto, también se denominan ataques asincrónicos.
● * * *Ataque de colusión: el atacante utiliza múltiples copias con marcas de agua de la misma información multimedia y utiliza métodos estadísticos para construir datos multimedia sin marcas de agua.
●Ataque de incrustación duplicada: el atacante incrusta su propia información de derechos de autor en datos multimedia que ya han sido incrustados con marcas de agua de otras personas, lo que genera disputas de derechos de autor.
El sistema de ataque de marcas de agua de segunda generación fue propuesto por Voloshynovskiy. La idea central es utilizar un modelo estadístico razonable de datos de medios y la probabilidad posterior máxima para estimar la marca de agua o la señal de medios original, eliminando así la marca de agua.
El análisis y la investigación sobre técnicas de ataque han promovido la innovación de la tecnología de marcas de agua, pero también han planteado desafíos uno tras otro a las marcas de agua en sí. En la actualidad, no existe ningún algoritmo que pueda resistir todos los ataques, especialmente los ataques geométricos. Este es el problema más difícil reconocido por la comunidad académica y actualmente no existe una solución madura.
Productos de marcas de agua digitales
A finales de la década de 1990, algunos productos de marcas de agua comenzaron a aparecer en el mundo. La empresa estadounidense Digimarc tomó la iniciativa en el lanzamiento del primer software de marca de agua digital para la protección de derechos de autor de imágenes fijas y luego integró el software en el software de procesamiento de imágenes Photoshop y Corel Draw de Adobe en forma de complementos. El software LavelIt de AlpVision puede ocultar caracteres en cualquier imagen escaneada para proteger y rastrear documentos. SysCop de MediaSec utiliza tecnología de marcas de agua para proteger el contenido multimedia y evitar la copia, distribución y edición ilegales.
El Grupo de Tecnología de Protección de Derechos de Autor de EE. UU. (CPTWG) estableció un Grupo de Ocultación de Datos (DHSG) dedicado a desarrollar estándares técnicos para las marcas de agua de protección de derechos de autor. Propusieron un sistema 5C para proteger los derechos de autor de los DVD. IBM utiliza marcas de agua digitales en su sistema de protección de derechos de autor de bibliotecas digitales. Muchos grupos empresariales de renombre internacional, como Samsung de Corea del Sur y NEC de Japón, también han establecido proyectos de desarrollo de tecnología DRM. Además, existen algunos requisitos potenciales de aplicación, como estadísticas de búsqueda y descarga de software, advertencias de seguridad web, protección de programas de televisión digital y prevención de pérdida de archivos confidenciales, etc.
Algunos estándares internacionales han incorporado marcas de agua digitales o reservado espacio para las mismas. El objetivo de SDMI es proporcionar un marco abierto para la reproducción, almacenamiento y distribución de música. En la especificación SDMI, se especifican una variedad de formatos de archivos de audio y la protección de derechos de autor se logra combinando tecnología de cifrado y marca de agua digital. En el estándar internacional JPEG2000 publicado, se reserva espacio para marcas de agua digitales. El próximo estándar de compresión de vídeo digital MPEG-4 (ISO/IEC 14496) proporciona una interfaz para la gestión y protección de la propiedad intelectual, permitiendo la incorporación de tecnologías de protección de derechos de autor, incluidas marcas de agua.
En China, el gobierno concede gran importancia al desarrollo de la industria de la seguridad de la información. La investigación sobre marcas de agua digitales ha sido financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales y el proyecto "863". El Taller sobre Ocultación de Información Nacional (CIHW) se ha celebrado con éxito cinco veces desde 1999, lo que ha promovido eficazmente la investigación y el desarrollo de la tecnología de marcas de agua. El año pasado, el gobierno promulgó la Ley de Firma Electrónica de la República Popular China, que proporciona la base legal necesaria para la aplicación de la tecnología de marcas de agua.
Aunque la tecnología de marcas de agua digitales se está desarrollando rápidamente, todavía está lejos de tener una aplicación práctica. Muchos proyectos e investigaciones aún se encuentran en sus etapas iniciales y experimentales, y los productos de marca de agua existentes no pueden satisfacer completamente las necesidades de uso.
Hoy en día, la tecnología de marcas de agua se está desarrollando en profundidad y algunos problemas técnicos y legales básicos se están resolviendo uno por uno. Se cree que en un futuro próximo la combinación de marcas de agua y otras tecnologías DRM resolverá por completo los problemas de gestión y protección de contenidos digitales.
Small Data 2
Caso de aplicación de protección de derechos de autor digital multimedia
DMD es una solución de protección de propiedad digital lanzada por SafeNet, una empresa estadounidense con 20 años de historia en el campo de la seguridad, es un producto DRM que utiliza tecnología de cifrado. Chen Hong, vicepresidente de SafeNet Asia Pacífico, presentó varios casos de aplicaciones exitosas a pedido de los periodistas.
DMD se utiliza principalmente para descargas de música y tonos de llamada, vídeo bajo demanda, servicios de distribución de contenidos multimedia y recientemente TV móvil. Básicamente, la selección del cliente se basa en los siguientes puntos: basado en el rendimiento de nivel de operador, puede manejar miles de usuarios al mismo tiempo, puede admitir múltiples tecnologías DRM al mismo tiempo y tiene un fuerte soporte para futuras tecnologías DRM; interoperabilidad, asegurando que el servidor y la comunicación segura y estable entre los clientes capacidades de autorización avanzadas, como el control efectivo del uso autorizado, garantiza que la plataforma DRM no sea independiente y pueda integrarse fácilmente en la plataforma del servidor y combinarse con la carga; sistema.
En términos de descargas de música, NPO es el cliente de SafeNet en Francia. Son los principales responsables de lanzar música en CD y poner la música publicada en la red FN@C para que la gente pague por descargarla. Después de que el contenido musical sea procesado por el DRM de NPO, FN@C (un portal abierto) lo publicará y se proporcionará a las personas que paguen por su descarga. Cuando el usuario final paga dinero, FN@C cifrará una parte de los datos de certificación y los enviará a la NPO, y la NPO generará una autorización para el usuario.
A nivel de aplicaciones VOD, la alemana Arcor es proveedor de ISP. A través de soluciones DRM, Arcor cifra contenidos de audio y video y brinda servicios pagos a los usuarios a través de Internet y televisión por cable. El cliente pagó el dinero y Arcor quedó oficialmente autorizado por la solución DRM de SafeNet, permitiéndole disfrutar de servicios audiovisuales.
En aplicaciones 3G, la empresa británica BT Lift también adoptó la solución DMD de SafeNet. BT LifeTime compra contenido de televisión por cable (como programación de deportes o música) de proveedores de contenido, convierte este contenido al formato DAB, lo cifra con DMD y lo coloca en su plataforma, luego lo revende a operadores inalámbricos para dispositivos móviles. Los usuarios pagan directamente por descargando contenido. Proporcionar autorización a los clientes que pagan a través de SafeNet DMD.
(Computer World 2005 No. 165438 44 B6 y B7 14 de octubre)
Diseño e implementación de tecnología de marca de agua digital de vídeo MPEG-4
Wuhan University Signal y Laboratorio de procesamiento de información
Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información y las redes informáticas, las personas no sólo pueden obtener información multimedia de manera cómoda y rápida a través de Internet y CD-ROM, sino también obtener copias que son exactamente iguales a las originales. datos originales. Las consiguientes disputas por piratería y derechos de autor se han convertido en problemas sociales cada vez más graves. Por lo tanto, la tecnología de marcas de agua para productos multimedia digitales se ha convertido en uno de los puntos de investigación en los últimos años.
Aunque la tecnología de marca de agua digital ha avanzado mucho en los últimos años, su dirección se centra principalmente en imágenes fijas. El desarrollo de la tecnología de marcas de agua de vídeo va a la zaga de la tecnología de marcas de agua de imágenes fijas porque no se ha establecido completamente un modelo de visión humana más preciso que incluya efectos de enmascaramiento temporal. Por otro lado, debido a la aparición de formas especiales de ataque contra las marcas de agua de vídeo, se plantean algunos requisitos únicos para las marcas de agua de vídeo que son diferentes de las marcas de agua de imágenes fijas.
Este artículo analiza las características de la estructura de vídeo MPEG-4 y ofrece un ejemplo de aplicación de un esquema mejorado de marca de agua digital de vídeo basado en espectro ensanchado.
1 Introducción a la tecnología de marca de agua digital de vídeo
1.1 Introducción a la tecnología de marca de agua digital
La tecnología de marca de agua digital incorpora directamente cierta información simbólica en el contenido multimedia a través de un determinado algoritmo. Sin embargo, no afecta el valor ni el uso del contenido original y los sistemas de percepción humana no pueden percibirlo ni advertirlo.
A diferencia de la tecnología de cifrado tradicional, la tecnología de marcas de agua digitales no puede evitar que se produzcan actividades de piratería, pero puede determinar si el objeto está protegido, controlar la difusión de datos protegidos, identificar la autenticidad, resolver disputas de derechos de autor y proporcionar pruebas de certificación para los tribunales. Para que a los atacantes les resulte más difícil eliminar la marca de agua, la mayoría de los esquemas de marcas de agua se refuerzan con sistemas de cifrado en criptografía, donde una clave o incluso varias claves se utilizan juntas al incrustar y extraer la marca de agua. El método general de incrustación y extracción de marcas de agua se muestra en la Figura 1.
1.2 ¿Qué aspectos hay que tener en cuenta en el diseño de marcas de agua digitales de vídeo?
Capacidad de marca de agua: La información de la marca de agua incrustada debe ser suficiente para identificar al comprador o propietario del contenido multimedia.
Imperceptibilidad: las marcas de agua digitales incrustadas en los datos de vídeo deben ser invisibles o imperceptibles.
Robustez: Las marcas de agua son difíciles de eliminar sin degradar significativamente la calidad del vídeo.
Detección ciega: La detección de marcas de agua no requiere el vídeo original porque es casi imposible guardar todos los vídeos originales.
Recordatorio de manipulación: cuando el contenido multimedia cambia, el algoritmo de extracción de marcas de agua puede detectar con sensibilidad si los datos originales han sido manipulados.
1.3 Selección de solución de marca de agua digital de video
Al analizar los sistemas de codificación y decodificación de video digital existentes, las soluciones actuales de incrustación y extracción de marca de agua de video MPEG-4 se pueden dividir en las siguientes categorías: Como se muestra en la Figura 2.
(1) Esquema 1 de incrustación de marca de agua de video: la marca de agua se incrusta directamente en la transmisión de video original. La ventaja de este esquema es que existen muchos métodos de incrustación de marcas de agua y, en principio, se puede aplicar cualquier esquema de marcas de agua de imágenes digitales. Las desventajas son:
Aumentará la velocidad de bits de datos de la transmisión de vídeo;
La marca de agua se perderá después de la compresión con pérdida MPEG-4;
No reducirá la calidad del video;
Para el video comprimido, es necesario decodificarlo primero, luego incrustarlo con una marca de agua y luego volver a codificarlo.
(2) Esquema 2 de incrustación de marca de agua de video: la marca de agua se incrusta en el coeficiente DC (DC) de la transformada de coseno discreto durante la etapa de codificación (después de la cuantificación y antes de la predicción). Las ventajas de esta solución son:
La marca de agua solo está incrustada en los coeficientes DCT y no aumenta la velocidad de bits de datos de la transmisión de video;
Es fácil diseñar marcas de agua que resistir varios ataques;
Se puede modular de acuerdo con las características visuales humanas a través de un mecanismo adaptativo, que puede lograr una mejor calidad visual subjetiva y una mayor resistencia a los ataques al mismo tiempo.
La desventaja es que existe un proceso parcial de decodificación, incrustación y recodificación del vídeo comprimido.
(3) Solución tres para incrustar marcas de agua de vídeo: la marca de agua se incrusta directamente en el flujo de bits comprimido MPEG-4. La ventaja es que no requiere una decodificación y recodificación completa y tiene poco impacto en la señal de vídeo general. Las desventajas son:
Las limitaciones del sistema de vídeo en la tasa de compresión de vídeo limitarán la cantidad de incrustación de marcas de agua;
La incrustación de marcas de agua puede tener un impacto negativo en el bucle de compensación de movimiento en el sistema de decodificación de vídeo;
El diseño de este tipo de algoritmo tiene cierta complejidad.
2 Implementación de marcas de agua de video MPEG-4
Basado en el esquema anterior, este artículo propone una tecnología de marca de agua digital de espectro extendido para el sistema de codificación de video MPEG-4 basado en el esquema 2. El esquema mejorado incorpora la información de la marca de agua después de la modulación de espectro ensanchado en el bit más bajo del coeficiente cromático DCT DC en el flujo de vídeo IVOP (Intra Video Object Plane). Este esquema no requiere una decodificación completa y reduce en gran medida la complejidad computacional.
Complejidad y rendimiento en tiempo real mejorado. Al mismo tiempo, debido a que la marca de agua está incrustada en el coeficiente DC, la marca de agua es muy robusta y al mismo tiempo garantiza que el efecto de vídeo no se distorsione.
2.1 Características del vídeo MPEG-4 El códec de vídeo MPEG-4 se basa en VOP (Video Object Plane).
Desde una perspectiva temporal, el VOP se puede dividir en VOP interno (1VOP), VOP de predicción causal directa (PVOP), VOP de predicción bidireccional no causal (BVOP) y VOP fantasma panorámico (SVOP).
IVOP solo usa su propia información para la codificación; PVOP usa VOP de referencia pasada para la codificación de predicción de compensación de movimiento; BVOP usa VOP de referencia pasada y futura para la codificación de predicción de compensación de movimiento bidireccional; Por lo tanto, la información de imagen de IVOP es relativamente independiente y es más adecuada para incrustar información de marca de agua.
Espacialmente consta de varios macrobloques de tamaño 16×16, cada macrobloque contiene 6 subbloques de tamaño 8×8. Entre ellos, hay 4 subbloques de brillo Y, 1 subbloque de diferencia de color U y 1 subbloque de diferencia de color V. El proceso básico de codificación IVOP se muestra en la Figura 3.
Para no verse afectado por el proceso de cuantificación, esta solución incorpora la marca de agua en los coeficientes DCT cuantificados, mejorando así la estabilidad de la marca de agua. En el algoritmo de compresión MPEG-4, la cuantificación de los coeficientes DCT es la clave, lo que afecta directamente la calidad del video y el algoritmo de control de flujo de código. Por lo tanto, MPEG-4 proporciona una tabla de cuantificación estándar como referencia. Esta tabla se basa en el Modelo de Visión Humana (HVS). Teniendo en cuenta que el ojo humano es mucho menos sensible a la pérdida de información de alta frecuencia que a la pérdida de información de baja frecuencia, las marcas de agua suelen estar incrustadas en la información de baja frecuencia para mejorar la solidez de la información de la marca de agua. Además, basándose en el hecho de que el ojo humano es más sensible a los cambios en la información de brillo que a la información de crominancia, para mantener la calidad del vídeo en la mayor medida posible, este esquema incorpora marcas de agua en los coeficientes DCT de croma (subbloque U). Dado que DCT es la base técnica ampliamente utilizada en la compresión de vídeo multimedia actual, los esquemas de marca de agua de vídeo basados en DCT tienen ventajas obvias. Incrustar información de marca de agua en los coeficientes DCT DC después de la cuantificación de croma IVOP no solo no requiere la introducción de transformaciones adicionales para obtener la distribución del espectro del video, sino que además la información de la marca de agua no se ve afectada por la cuantificación de los coeficientes DCT.
2.2 Algoritmo e implementación de marca de agua digital en vídeo
En vídeo MPEG-4, dado que el coeficiente DC del subbloque croma en IVOP es un parámetro robusto, siempre existe en el vídeo. En la secuencia, este esquema incorpora la información de la marca de agua en el coeficiente DC del subbloque de croma DCT del IVOP después de ser modulado por la secuencia M (la secuencia de registro de desplazamiento de retroalimentación lineal más larga). De esta manera, la información de la marca de agua es difícil de eliminar sin afectar el efecto del video y la robustez es lo suficientemente fuerte. Esta solución utiliza espectro ensanchado para detectar marcas de agua de manera conveniente y efectiva, puede resistir diversos ataques e interferencias y tiene buena confidencialidad. La cuestión clave es que el sistema DC de DCT cromático es un parámetro muy sensible del sistema visual. En este esquema, agregar una marca de agua al coeficiente DC de croma DCT equivale a agregarle un poco de interferencia. Esta interferencia debe mantenerse por debajo de un cierto umbral para que el sistema visual humano no pueda detectar cambios sutiles en la cromaticidad del vídeo. Después de los experimentos, incrustar la marca de agua en el bit más bajo del coeficiente cromático DCT DC de IVOP puede cumplir con los requisitos.
2.2.1 Incrustación de marca de agua digital de vídeo
La longitud de la secuencia de difusión pseudoaleatoria es 255 (28-1). Cada bit de información de marca de agua está modulado por la secuencia pseudoaleatoria. La información de la marca de agua, incrustada en el bit más bajo del coeficiente DCT DC correspondiente al croma IVOP (después de la cuantificación y antes de la predicción), es generalmente difícil de eliminar sin afectar el efecto del video. Al mismo tiempo, el error causado por la incrustación en el bit más bajo del coeficiente DC es muy pequeño.
La secuencia de extensión pseudoaleatoria genera el siguiente código:
#define M_LEN 255
#define M series 8
for( I = 0 ;I para(I = M _ SERIES;I{
m[I]= m[I-1] m[I-5] m[I-6] m[I-7 ]
m[I]= m[I] 2;
}
El método de modulación de la extensión de bits de información de marca de agua es el siguiente:
El bit de información de la marca de agua es 0, la secuencia de extensión pseudoaleatoria permanece sin cambios.
El bit de información de la marca de agua es 1 y la secuencia de extensión pseudoaleatoria se invierte.
Esto. El proceso se puede lograr mediante la operación XOR.
El código es el siguiente:
wmij=wi^m[j];
/*Cada bit de información de marca de agua se expande y modula en 255 bits de modulación extendida*/
Aquí Wi representa el flujo de código de información de marca de agua y WMij representa el flujo de código de modulación extendido de información de marca de agua. Deje que UDCij represente la secuencia de coeficientes de CC del croma DCT de IVOP de video (después de la cuantificación, antes del cálculo de predicción de CC. Por conveniencia, un byte representa un bit de información de flujo de código binario).
El proceso de incrustación de marca de agua es el siguiente:
if(WMij)UDCij 1 = 1;
/*Incrustar información de marca de agua de acuerdo con el flujo de código de modulación extendido */
else UDCij amp= 0xFFFE
2.2.2 Extracción de marca de agua digital de video
La extracción de información de marca de agua es el proceso inverso a la incrustación de información de marca de agua. de la siguiente manera:
if (inv _ UDCij amp; 1) inv _ Wmij = 1
else inv _ Wmij = 0
Aquí inv_UDCij representa el; vídeo IVOP croma DCT con información de marca de agua secuencia de coeficiente DC (antes de la descuantización y después del cálculo de predicción de DC Inv_WMij representa el flujo de código de modulación extendido de información de marca de agua detectada); Al decodificar cada subbloque de croma IVOP, se obtiene una señal de modulación de espectro ensanchado de 1 bit, y cada 255 bits consecutivos de la señal de modulación de espectro ensanchado se pueden demodular para obtener una marca de agua de 1 bit.
Información, el análisis específico es el siguiente:
La operación OR exclusiva se realiza en una secuencia que tiene la misma estructura que la secuencia pseudoaleatoria original y está completamente sincronizada con la obtenida. 255 secuencias consecutivas de recepción de señal de modulación de espectro ensanchado. El número de unos después de la operación estadística se registra como OneCount. Dado que la función de autocorrelación de la secuencia M tiene solo dos valores (1 y -1/(2n-1)), pertenece a una secuencia de autocorrelación binaria. Por lo tanto, si los datos no son atacados ni interferidos, OneCount solo tiene dos resultados: 255 o 0. Cuando OneCount = 255, el bit de información de marca de agua obtenido es 1; cuando OneCount = 0, el bit de información de marca de agua obtenido es 0. Si los datos han sido atacados o interferidos, OneCount tiene muchas consecuencias. Según el análisis estadístico, cuando onecount>: 127, el bit de información de la marca de agua es 1 y (255-OneCount) de los 255 subbloques de croma IVOP son atacados o interferidos. Cuando se cuenta
Análisis de resultados de prueba
Los resultados experimentales muestran que cuanto más larga sea la secuencia M, mejor será el efecto de detección, pero la cantidad de información de marca de agua incrustable también se reduce en consecuencia. . En este esquema, la marca de agua solo está incrustada en el IVOP del video, el PVOP y el BVOP no se modifican, y es resistente a los ataques de salto y eliminación de cuadros porque el IVOP no se puede omitir ni eliminar. Al mismo tiempo, dado que la información de la marca de agua está incrustada en el coeficiente DC del DCT, y los cambios en el coeficiente DC tendrán un mayor impacto en el efecto del video, la información de la marca de agua está incrustada en el bit más bajo del coeficiente DC del DCT en el subbloque croma. Esto no solo reduce en gran medida la complejidad de los cálculos de incrustación de marcas de agua y ahorra tiempo de codificación y decodificación MPEG-4, sino que también logra buenos efectos de video e invisibilidad. Estadísticamente hablando, no habrá aumento en las transmisiones de video. Además, la extracción de marcas de agua no requiere el vídeo original. Si la información de la marca de agua no es atacada, este esquema puede extraer con precisión la marca de agua completa del video original; si la información de la marca de agua es atacada, de acuerdo con la naturaleza de la demodulación de espectro extendido, este esquema puede restaurar la información de la marca de agua original al máximo y cuente cuántas cromaticidades IVOP hay. El subbloque está bajo ataque.
Porque DCT es la base técnica utilizada por varios estándares de compresión de vídeo multimedia (H.261, H.263, MPEG-4, etc.). ) * * * Por lo tanto, el esquema de marca de agua basado en DCT tiene una importancia de investigación y perspectivas de aplicación muy importantes en la compresión de vídeo. Sobre esta base, este artículo propone un esquema de marca de agua digital de vídeo MPEG-4 basado en espectro ensanchado.
La práctica ha demostrado que esta solución puede detectar con sensibilidad si los datos han sido manipulados o destruidos sin necesidad de un vídeo original, y tiene buena estabilidad y robustez, proporcionando así protección de la propiedad intelectual y evitando adquisiciones ilegales.
Este artículo está extraído de "Aplicaciones de la Tecnología Electrónica".
Aplicación: Marca de agua digital
La autenticación de mensajes y la firma digital se pueden aplicar a la marca de agua digital.
Las marcas de agua tradicionales se utilizan para demostrar la legitimidad del contenido en billetes o papel, mientras que las marcas de agua digitales se utilizan para demostrar la propiedad y autenticidad de los productos digitales. La marca de agua digital es información digital incorporada en productos digitales. Puede ser el número de serie del autor, el logotipo de la empresa, un texto especial, etc.
Las marcas de agua digitales se utilizan principalmente para evitar la copia ilegal (indirectamente), determinar la propiedad (autor, editor, distribuidor, usuario final legal), determinar la autenticidad e integridad de la obra (si está falsificada o manipulada). ), Confirmación de destinatarios, transmisión innegable, verificación de pruebas forenses, identificación de falsificaciones, identificación de fuentes y versiones de archivos, patrullas de redes web y seguimiento de ladrones, etc.
Las marcas de agua tradicionales son visibles para el ojo humano, mientras que las marcas de agua digitales se dividen en tipos perceptivos y perceptibles.
Las marcas de agua digitales perceptibles se utilizan principalmente para declarar la propiedad, los derechos de autor y el origen de los productos en el sitio, y sirven como publicidad o restricciones. Las marcas de agua perceptibles suelen ser patrones translúcidos o de colores claros que no son desagradables a la vista, por ejemplo, el logotipo translúcido de una estación de televisión se inserta en una esquina cuando se reproduce un programa de televisión; Otro objetivo es distribuir la obra online, como regalar una imagen de baja resolución con una marca de agua visible. La marca de agua suele ser información sobre el propietario o vendedor y proporciona pistas para encontrar el original de alta resolución. Si quieres un trabajo original en alta resolución, tienes que pagar. Para promocionar sus productos en línea, algunas empresas primero distribuyen marcas de agua visibles reversibles y luego utilizan un software especial para eliminar las marcas de agua visibles y agregar marcas de agua invisibles (información sobre editores, distribuidores, usuarios finales, etc.) al pagar por ellas. Se puede ver que las marcas de agua tienen otros usos, es decir, para ahorrar ancho de banda, espacio de almacenamiento, etc., los subtítulos en varios idiomas se incrustan en VCD, DVD y otras copias de películas. cada cuadro es decodificado por hardware en tiempo real y mostrado en la pantalla según sea necesario.
Las marcas de agua visibles en algunos productos reducen más o menos el valor ornamental de la obra, haciendo relativamente restringido su uso. El nivel de aplicación de marcas de agua imperceptibles es mayor y más difícil de crear.
La imperceptible marca de agua digital es como texto invisible en tecnología de tinta invisible, oculto en productos digitales. La existencia de marcas de agua debe basarse en el principio de no destruir el valor de apreciación y el valor de uso de los datos originales. Las marcas de agua digitales están incrustadas de alguna manera en la información protegida. Cuando hay una disputa de derechos de autor, la marca de agua digital se extrae mediante el algoritmo correspondiente para verificar la propiedad de los derechos de autor. La información protegida puede ser imágenes, sonidos, videos o documentos electrónicos en general. Para que a los atacantes les resulte más difícil eliminar la marca de agua, la mayoría de los esquemas de marcas de agua utilizan claves secretas al incrustar y extraer la marca de agua.
Figura 5.7 Incrustación y extracción de marcas de agua
Aunque la tecnología de marcas de agua digitales no puede prevenir la piratería, puede determinar si el objeto está protegido y monitorear la difusión, la identificación de autenticidad y la copia ilegal de datos protegidos. Resolver disputas de derechos de autor y proporcionar pruebas ante el tribunal.
El diseño de marcas de agua digitales debe considerar los siguientes aspectos:
Robustez: se refiere a la capacidad de la información protegida para resistir la pérdida de información oculta después de algunos cambios. Por ejemplo, ruido de canal durante la transmisión, operaciones de filtrado, remuestreo, codificación y compresión con pérdida, conversión D/A o A/D y transformación geométrica de imágenes.