云計算環(huán)境中數(shù)字視頻版權保護方案研究論文
【摘要】云計算時代對數(shù)字視頻版權保護提出了新的要求，除了具有安全性、魯棒性、不可感知性、實時處理性、隨機檢測性和盲檢性，同時還要與視頻編碼標準相結合，考慮水印容量。通過分析云計算環(huán)境中數(shù)字視頻版權保護的特點，有針對性的闡述了一種基于MPEG_4的視頻數(shù)字水印的嵌入、提取和檢測算法。經(jīng)實驗證明：該算法具有很好的魯棒性。
【關鍵詞】云計算;數(shù)字視頻;數(shù)字水印;版權保護
1、引言
云計算時代，數(shù)字視頻具有傳播速度快、覆蓋范圍廣、盜版成本低等特點，這都對數(shù)字視頻版權形成了巨大的挑戰(zhàn)。在云計算環(huán)境下，點對點的傳播，終端與終端的傳播，都會形成新的侵權盜版方式，侵權越來越多元化。而數(shù)字視頻作為靜止圖像序列，除了增加幀平均、幀裁減和幀交換等攻擊方法之外，還存在動態(tài)編解碼的過程，這都使數(shù)字視頻版權保護更為復雜。而數(shù)字水印技術能夠將作者的創(chuàng)作信息和個人標志通過數(shù)字水印系統(tǒng)以人所不可感知的水印形式嵌入到數(shù)字視頻中，成為數(shù)字視頻版權保護的有效手段。本文分析了云計算環(huán)境中數(shù)字視頻水印的實施方案，著重討論了在云計算環(huán)境下如何快速有效地完成數(shù)字視頻水印的嵌入和提取過程。
2、MPEG_4視頻水印技術研究
MPEG_4是一套用于音頻、視頻信息的壓縮編碼標準。MPEG_4格式應用范圍廣泛，除了包含MPEG系統(tǒng)所具有的隨機存取、快速搜索、逆向播放、編輯功能、編碼與譯碼延時、視聽同步、容錯性外，更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性，能夠在壓縮域實現(xiàn)比特流的操作、編輯和可伸縮性，具有更高的編碼壓縮率和靈活多樣的存取模式。
視頻水印針對數(shù)字視頻載體的主觀和客觀的時間冗余和空間冗余加入信息，達到既不影響視頻質量，又能用于版權保護和內(nèi)容完整性檢驗的目的。視頻水印具有安全性、魯棒性、不可感知性、實時處理性、隨機檢測性、盲檢性，同時要與視頻編碼標準相結合，考慮水印容量。
結合MPEG編碼設計水印的嵌入是視頻數(shù)字水印技術發(fā)展的一大趨勢。目前視頻水印的嵌入與提取方案分為三種。
�。�1）前置嵌入方案：將水印信息直接嵌入到原始圖像序列中，形成含水印的原始視頻信息，然后進行視頻壓縮編碼。其水印嵌入的方法比較多。但會增加視頻碼流的數(shù)據(jù)比特率，經(jīng)MPEG壓縮后可能會丟失水印，降低視頻質量。
�。�2）內(nèi)置嵌入方案：將嵌入過程引入到視頻編碼器中，與之結合而形成整體算法，將水印嵌入到編碼階段DCT域中的量化系數(shù)或運動矢量中。由于水印僅嵌入在DCT系數(shù)或運動矢量中，不會增加視頻流的數(shù)據(jù)比特率，也更容易設計出抵抗多種攻擊的水印。但會增加水印算法的局限性，可能對視頻信號質量產(chǎn)生不良影響。
�。�3）后置嵌入方案：將水印信息嵌入到壓縮碼流中，由于不需要解碼和再編碼過程，水印嵌入不會造成視頻質量的下降，同時計算復雜度低，但限定了嵌入水印的數(shù)據(jù)量的大小。
3、云計算環(huán)境中視頻水印方案
云計算把IT資源、數(shù)據(jù)、應用作為一種服務，通過網(wǎng)絡提供給用戶。云計算可以認為包括幾個層次的服務：基礎設施即服務（IAAS）、平臺即服務（PAAS）和軟件即服務（SAAS）。在云計算環(huán)境中，數(shù)字視頻作為一種靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲，云端數(shù)據(jù)的機密性、完整性、可靠性以及隱私保護等是用戶對于存儲數(shù)據(jù)關注的核心安全問題，也是云存儲安全技術的研究重點。目前，對靜態(tài)數(shù)據(jù)的保護主要基于密碼學技術實現(xiàn)。另外，通過云計算技術，網(wǎng)絡服務提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息。
在云計算環(huán)境中，為了改進現(xiàn)有數(shù)字版權保護模式中存在的問題，可以采用云計算虛擬應用技術，將數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)解析和內(nèi)容呈現(xiàn)三個過程完全分開。云計算環(huán)境中視頻水印方案正式借助于虛擬技術實現(xiàn)在數(shù)字視頻存儲的過程中完成水印的載入和提取。
4、一種基于MPEG_4的視頻數(shù)字水印算法
根據(jù)云計算環(huán)境的特點和MPEG_4視頻壓縮的原理提出一種基于MPEG_4的視頻數(shù)字水印算法。
在云計算環(huán)境下，為了提高視頻存儲速率，要求水印的嵌入具有較高的效率，本算法采用基于幀的編碼方法，將水印信息嵌入到I幀（標準的矩形幀）的DCT變換后的DCT系數(shù)中。其算法描述如圖1所示。
水印預處理通過對所選擇的水印信息進行置亂處理達到非法攻擊者無法破譯圖像內(nèi)容的目的，從而提高本算法的魯棒性。預處理后生成水印信息W（i）。Wi代表第i位水印信息位，i的初始值取0。
水印提取與檢測過程是水印嵌入過程的逆過程，主要針對I幀中的DC系數(shù)進行。其算法描述如圖2所示。
其中，若DC系數(shù)最低位為1，則對應W（i）為1;若DC系數(shù)最低位為0，則對應W（i）為0，形成水印信息序列。對提取出來的水印信息序列進行逆置亂，生成水印圖像并進行對比。
本算法在水印的嵌入和提取的過程中僅需要判斷每個幀的類型，并針對視頻的I幀進行處理，雖然計算過程需要時間，但處于云計算環(huán)境中能夠保證水印系統(tǒng)的實時性。
5、結束語
本算法通過處理視頻中的I幀，在不需要完全解碼的情況下大大減少了運算的復雜度，提高了算法性能。而在量化后的DCT系數(shù)中借鑒了LSB算法的思想，在保證不可感知性的前提下很難去除，從而具有較好的魯棒性。
參考文獻
[1]鐘玉琢，王琪，賀玉文.基于對象的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標準—MPEG_4及其校驗模型.北京：科學出版社，2000.
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