如果数字视频水印总要求和不可感知性的鲁棒性要求解析

如果数字视频水印总要求和不可感知性的鲁棒性要求解析

0关于东南角视频版权保护的必要性随着经济和社会的快速发展，网络被广泛应用，传统的计算机网络发生了创新变化，比特电视越来越受到重视。OTTTV通过互联网提供视频服务,其最大的特点就是多渠道、多终端:OTT视频不仅可以通过专网(广电网、电信网)进行传输也可以通过公网(互联网)进行传输;OTTTV终端可以是Mobile、Pad、PC和智能电视机等。人们可以很方便地获取、存储和使用OTT视频,使视频内容更容易被窃取和盗用,因此解决OTTTV视频版权保护问题迫在眉睫。近年来,数字水印技术在基础研究领域本文首先简要介绍OTTTV系统框架,其次分析OTTTV视频版权信息的内容,然后着重针对不同类型的载体视频和OTT应用环境,详细分析视频水印总要求和不可感知性、鲁棒性等技术性要求,希望为OTTTV的数字视频水印技术的发展及其评测标准体系的建立奠定基础。1东南角前播系统系统OTTTV从广义上来说是基于互联网的视频服务。从狭义上来说,是指通过公共互联网并以电视机为显示终端的单向或者点播视频、信息和通信服务等业务,接收终端一般为OTT机顶盒加电视机,或者智能电视机。OTTTV传输系统如图1所示。OTT视频内容由电视台、视频网站、牌照商、UGC以及其他内容制作单位提供。OTTTV集成播控平台包括CMS、EPG服务门户、内容分发、运营支撑平台和终端管理平台等。1.CMS:内容管理系统,对内容进行注入、编排、审核、存储和管理等。2.EPG服务门户:完成和用户的接口,与用户进行交互。3.内容分发:建立中央级的CDN节点负责内容的分发和推送4.运营支撑平台5.终端管理平台:通过终端管理平台实现终端的认证、接入管理和软件升级等。OTTTV终端具有多样性,可以是Mobile、Pad、PC、智能电视机等各种设备。OTT视频种类繁多,数量巨大。目前各OTTTV平台的视频信息整理见表1。2tp编码技术根据ChinaDRM提出的广播电视数字版权管理数字内容标识标准1.版本号。OTT视频正处在飞速发展时期,定义视频版权信息需要遵循可扩展性原则,因此需要在版权信息中设置版本号字段,在当前版本不符合实际情况时,可以定义新的版权信息。2.提供者类别。OTT视频内容既可由个人提供也可由机构提供,若不将个人提供者(个体数量多,每个个体提供的内容数量少)与机构提供者(个体数量少,每个个体提供的内容数量多)加以区分,必然造成编码效率低下,因此需设一个字段来辨别是个人还是机构。其中“0”代表法人,“1”代表自然人。3.注册代理机构。OTT视频版权信息中包含注册代理机构(RA)的信息,既可以避免集中式注册产生的管理瓶颈,也可以涵盖更多的数字内容类型。4.内容提供者。用于标识OTT视频提供者的一个身份验证号,通过它可以从数据库中检索出内容提供者的具体信息,以解决版权纠纷问题。5.注册年份。用于识别OTT视频的登记注册时间。注册年份用二进制数字表达,长度为8比特,其值是用注册年份数值减去2000,即取值范围为0〜255,表示2000年至2255年。6.内容编码。用于标识同一内容提供者的不同数字内容,以二进制数字表示。内容编码的长度取决于提供者类别,当“提供者类别”值为“0”时,长度为24个比特;当“提供者类别”值为“1”时,长度为12个比特。表2给出了OTTTV视频版权信息各段的取值范围,最小的为1比特,最大的为32比特。3数字视频水印嵌入与检测OTTTV视频水印系统应满足足够的取证数据容量、技术实现的开放性和兼容性、实时性、高图像质量和高鲁棒性。其水印系统框图如图2所示。数字水印嵌入与检测应支持各种视频编码格式包括MPEG1/2/4、H.264、H.265、MPEG1/2/4、VC-1、DivX4/5、RealVideo等。数字水印嵌入与检测应支持各种视频格式包括RMVB、FLV、MP4、MPEG、AVI和WebM等。2.OTT视频图像宽高比数字水印嵌入与检测应支持不同视频图像宽高比,包括1.37:1、1.55:1、1.78:1、1.85:1和2.35:1等。3.OTT视频版权消息数据净荷水印数据净荷应包含表2的全部信息,至少为64比特。当法人作为内容提供者时,必须包含3比特的版本号、1比特的提供者类别、8比特的注册代理机构、20比特的内容提供者、8比特的注册年份以及24比特的内容编码。当自然人作为内容提供者时,必须包含3比特的版本号、1比特的提供者类别、8比特的注册代理机构、32比特的内容提供者、8比特的注册年份以及12比特的内容编码。4.OTT视频水印容量及实时性参考美国数字电影倡导组织(DCI,DigitalCinemaInitiatives)的相关规定,本文建议基于OTT的视频水印系统中当载体视频为标清时,每10分钟的内容包含64比特的水印数据。载体视频为高清时,要求每4分钟的内容要求包含64比特的水印数据。嵌入水印应是实时的,可以在15分钟内容片断上完成水印的检测和恢复。由水印的生产厂商或版权所有者进行检测。4tax视频水处理技术要求4.1水印图像的主观质量感知度是用来衡量在视频中嵌入数字水印后水印的可见度,它影响含水印视频的视频质量。OTTTV视频水印应具有不可感知性,即嵌入水印后不能降低视频视觉效果。根据Rec.ITU-RBT.500-11T的相关规定(见表3),基于OTT视频水印系统输出的含水印信息图像的主观质量平均等级(比未嵌水印视频质量)应达到5分。客观上可采用峰值信噪比(PSNR,PeakSignal-to-NoiseRatio)来衡量水印的客观感知程度。一般地,PSNR的值越大,表示嵌入水印前和嵌入水印后两幅图像的差异越小,视频质量就越高;反之亦然。OTT视频水印中PSNR的值一般要求不低于42dB。4.2视频序列检测数字水印的鲁棒性指即使视频文件受到某种改动,水印信息仍然可以被提取或鉴别的能力。这里的“改动”包括不可避免的常规信号处理和非法的恶意攻击。常规的信号处理是指视频的拥有者为了更好地管理或使用视频数据而对其进行的各种处理根据视频在传输使用过程中受到各种处理可能性大小递减的顺序将攻击类型分为:一级攻击、二级攻击和三级攻击。一级攻击是视频在传输使用过程中最有可能经过的处理,比如压缩、加噪、转码二级攻击是视频在传输使用过程中可能受到的处理,比如滤波、裁剪、帧重组、帧交换、A/D和D/A转换、制式转换、视频帧率转换、尺度变换、水平和垂直位移等。三级攻击是视频在传输使用过程中很少受到的处理,通常可认为是以破坏水印为目的的恶意攻击,比如共谋攻击图3给出了OTT视频水印需要抵抗的攻击。为了保证视频的鲁棒性,在视频受到攻击后,对视频序列进行水印检测,通过率应不低于90%。1.一级攻击1)压缩:为了提高视频传输的有效性,通常要对视频信息进行编码压缩。经有损压缩后,高频分量常被当作冗余信息去除,于是嵌入在高频分量中水印信息也被去除。2)加噪:噪声主要来自传输中的干扰,也可能是攻击者为了消除或破坏水印而在视频帧图像中恶意引入。3)转码:为了达到OTT视频在线边接收边播放观看的目的,往往在传输之前先将视频同时转码成内容相同码率不同(码率越高,分辨率越大,视频质量就越好)的多码率视频流。4)分片:将已转码的不同码率视频流按一定时间间隔分割成多个时间相同,质量不同的子文件,根据网络情况选择合适的子文件进行传输。5)丢包:OTT视频在网络中是被分成一个个数据包传输的,一般在传输过程中往往会出现线路差,网络被堵塞等情况,这时就会造成丢包。2.二级攻击1)滤波:滤波包括低通滤波、中值滤波和抗混叠滤波等。2)裁剪:像素大小不变,通过剪切图像导致图像大小改变,并会引起部分内容丢失。3)帧重组:视频在传输时采用自适应传输流技术,先对视频进行分片,形成内容相同码流不同的子片,最后在接收端重组。4)帧交换:通过交换视频序列中的两帧或几帧,破坏运动估计和补偿,从而达到破坏水印的目的。5)A/D和D/A转换:经数据采集实现A-D和D/A转换。6)制式转换:不同制式之间的转换,如PAL、NTSC和SECAM之间的转换。7)视频帧率转换:视频帧率表示每秒显示视频帧的帧数。视频帧率转换支持视频帧率在60帧到15帧之间变化。8)尺度变换:包括一致性尺度变换和非一致性尺度变换。一致性尺度变换的宽高比不变,因像素大小改变而导致图像大小改变;非一致性尺度变换的宽高比发生变化,即图像出现拉伸变形或挤压变形,但图像内容仍然保持完整。9)水平和垂直位移:任意删除图像中的某几行或列,或者删除行或列后在图像中的其它位置上复制相同数量的行和列,以保证图像尺寸不变。3.三级攻击1)共谋攻击:通过同一原始数据集合的不同水印版本,生成一个近似的数据集合,以此来逼近和恢复原始数据,使检测系统无法在这个近似的数据集合中检测出水印的存在。2)覆盖攻击:添加新的水印,以混淆原有水印,造成版权纠纷问题。3)马赛克攻击:把视频帧分割成许多小的图像块,然后再拼成整体效果和原图一样的图像,使得水印不能被检测或提取出来。5视频水印质量本文通过对OTTTV视频的数据特点和应用特点的分类和分析,给出了视频水印的感知度、鲁棒性和水印容量的性能需求:1.根据Rec.ITU-RBT.500-11T的相关规定,主观评价感知度时,建议OTT视频水印系统输出的含水印信息图像的主观质量平均等级(比未嵌水印视频质量)应达到5分;客观评价时,OTT视频水印PSNR的值一般要求不低于42dB。2.关于鲁棒性,根据视频在传输使用过程中受到各种处理的可能性大小将攻击类型分为三级,并对每一种处理进行了详细介绍。3.参考美国DCI的相关规定,对OTT视频水印容量提出了要求:建议在OTT的视频水印系统中当载体视频为标清时,每10分钟的内容包含64比特的水印数据。载体