использовании этого метода осуществляется внедрение информации не только в коэффициенты постоянного тока, но и в коэффициенты переменного тока в I, Р, В-кадров. ЦВЗ, как и в предыдущем случае, представляет собой массив псевдослучайных чисел. Для того, чтобы встроить ЦВЗ, массив W(x,y) делится на блоки размером 8*8. Затем над этими блоками осуществляется ДКП, и коэффициенты преобразования обозначаются, как Wx,y(u,v), где х, у=0,8,16,… и u,v=0,…,7. После этого выполняется зигзагоообразное сканирование блоков Wx,y(u,v), в результате чего получается одномерный массив Wx,y(i), где I=0….,63. Тогда Wx,y(0) — это коэффициент постоянного тока, а Wx,y(63) — коэффициент переменного тока, соответствующий наивысшей частоте. Такой же обработке подвергаются и блоки видеоданных, и массив Ix,y(i) поэлементно складывается с ЦВЗ. Таким образом, для каждого массива видеоданных Ix,y(i) любого из типов кадров осуществляются действия:
1. Изменяется коэффициент постоянного тока:
. (8.1)
Это означает, что среднее значение ЦВЗ складывается со средним значением блока видеоданных.
2. Для встраивания информации в коэффициенты переменного тока поток бит кодируемого блока просматривается по кодовым словам (код Хаффмана) на предмет нахождения ненулевого коэффициента ДКП. Длина серии и значение этого кодового слова декодируются для определения позиции и амплитуды Ix,y(i) коэффициента — кандидата для внедрения информации.
3. Определяется стегообраз этого коэффициента
. (8.2)
Размер SzI кодовых слов, необходимых для кодирования Ix,y(i) и размер SzIw кодовых слов, необходимых для кодирования IWx,y(i), определяются с использованием таблицы кода переменной длины В.14 и В.15 стандарта MPEG-2 [8]. Если размер кодового слова, предназначенного для кодирования стегообраза коэффициента ДКП, меньше или равен длине кодового слова, предназначенного для кодирования исходного коэффициента ДКП, то исходное кодовое слово заменяется. В противном случае оно остается неизменным. Это означает, что коэффициент ДКП Ix,y(i) модифицируется следующим образом:
Если
4. Процедура кодирования повторяется до тех пор, пока все коэффициенты переменного тока блока видеоданных не будут обработаны таким же образом.
Для извлечения водяного знака поток видеоданных полностью декодируется, и биты водяного знака извлекаются путем вычисления корреляции между стегообразом и водяным знаком.
Главной проблемой непосредственной модификации коэффициентов ДКП в сжатом потоке видео является накопление сдвига или ошибок. Дело в том, что предсказания по предыдущим кадрам используются для восстановления действующего кадра, который, в свою очередь, может служить основой для будущих предсказаний. Следовательно, искажения, вносимые процессом встраивания ЦВЗ, могут распространяться как во временной, так и в пространственной области. Для компенсации искажений добавляется специальный сигнал. Этот сигнал должен быть равен отличию между предсказанием вектора компенсации движения видео с встроенным ЦВЗ и без него.
Недостатком такого подхода является увеличение сложности алгоритма встраивания ЦВЗ, так как для вычисления сигнала компенсации необходимо выполнить полное декодирование сжатого видео и вычислить ДКП, как это показано на рис 8.8.
Рис. 8.8. Увеличение сложности вычислений, необходимое для компенсации сдвига
В силу ограничения на битовую скорость, при внедрении модифицируются только около 10–20 % коэффициентов ДКП, в зависимости от содержания блока видеоданных и грубости MPEG-квантователя. В некоторых случаях, особенно для низкоскоростного видео, изменяются только коэффициенты постоянного тока. Так как биты водяного знака могут быть внедрены только в ненулевые коэффициенты, внедряемый водяной знак зависит от содержания блока видеоданных. В областях, где имеется только низкочастотное содержание, водяной знак будет состоять только из низкочастотных компонент.
Авторы рассматриваемого алгоритма утверждают, что его сложность меньше сложности последовательного выполнения операций декодирования видео, внедрения ЦВЗ, сжатия видео [11]. Водяной знак не заметен на глаз, за исключением непосредственного сравнения стегообраза с соответствующим ему пустым контейнером, и ЦВЗ сохраняется при следующих операциях: фильтрование, зашумление (аддитивным шумом) и дискретизация.
8.3. Методы встраивания информации на уровне битовой плоскости
В первой главе был рассмотрен алгоритм, основанный на внедрении информации в наименее значащий бит неподвижных изображений. Этот метод отличается высокой пропускной способностью и небольшой вычислительной сложностью. В работах [1]-[6] был предложен аналогичный метод для данных, сжатых по стандарту MPEG.
Водяной знак, состоящий из l битов некоторой последовательности bj (j = 0, 1, 2, …, l- 1), внедряется в поток видеоданных, сжатых по стандарту MPEG, путем замены специально выбранных, подходящих кодовых слов кода переменной длины, заменяя наименее значащий бит их оцифрованного значения на значение bj. Для того, чтобы убедиться, что внесенные изменения не будут заметны после декодирования, и что поток видеоданных не изменил своих размеров, необходимо выбирать только кодовые слова, для которых найдется хотя бы одно другое кодовое слово, удовлетворяющее условиям:
— одинаковая длина нулевой серии;
— различие между значениями коэффициентов ДКП равно 1;
— одинаковая длина кодовых слов.
Согласно табл. В.14 и В.15 стандарта MPEG-2 [8], таких кодовых слов существует множество. Некоторые примеры таких слов приведены в табл.8.1, где под символом s понимается бит, определяющий знак коэффициента ДКП.
В процессе встраивания водяных знаков задействуются кодовые слова, полученные, как при межкадровом (ДИКМ), так и при внутрикадровом кодировании. Коэффициенты постоянного тока не используются потому, что они могут быть предсказаны по другим коэффициентам постоянного тока. Более того, изменение всех коэффициентов постоянного тока может привести к зрительно воспринимаемым искажениям из-за накопления ошибок. При использовании же в процессе встраивания только коэффициентов переменного тока ошибка невелика.
| Кодовые слова (КС) | Размер (КС) | Пробег | Уровень | НЗБ |
|---|
