数字水印在有线数字电视监测系统中的应用

王春丽

（作者单位：国家新闻出版广电总局二九三台）



数字水印在有线数字电视监测系统中的应用

王春丽

（作者单位：国家新闻出版广电总局二九三台）

摘 要：本文首先对数字水印原理进行了简要介绍，然后从监测系统中嵌入水印的算法的角度出发，对数字水印在有线数字电视监测系统中的应用展开研究。

关键词：数字水印；有线数字电视；监测系统

作为一个完整的数字化系统，有线数字电视在运行的过程中，需要对信息技术和电子技术等进行充分的应用，从而实现有效的传输信号和节目制作等环节。该系统同传统的电视系统相比拥有较大的优势。但是，现阶段，在其应用过程中，还应当积极的对检测系统进行完善，从而提升系统运行的稳定性，促使系统能够有效预防和抵抗非法插入的信号。现阶段，在实现这一目的的过程中，数字水印发挥了重要的作用，在这种情况下，积极加强数字水印在有线数字电视监测系统中的应用研究具有重要意义。

1 数字水印原理概述

从本质上来看，数字水印技术是一项能够将信息进行隐藏的技术，它可以促使人们无法察觉语音、视频及图像中的信息，即将部分信息嵌入到相关多媒体数据中，且无法被人所发现的一种技术。

现阶段，W = G（I，k）可以用来表示数字水印信号，其中k的取值范围为Wd，而该取值范围代表的是水印域，其在应用过程中可以促使水印产生于视频以及静态图像等当中，而文字等有意义的二进制形式可以是水印的具体形式，也可以用高斯噪声等无意义的形式来代表水印。在应用过程中，可以对（I，W，K，G，§，D）六元组进行应用来表达GWF这一水印框架模型。其中I集合在使用过程中，可以对被保护的数字作品进行代表；水印标识信号可以应用W来进行表示；水印密钥集合域可以应用K来进行表示；当I 被K作用产生的水印调制算法可以应用G来表示。由此便可以产生I×K→W：G，其中W = G（I，k）。该水印算法在使用过程中，可以促使唯一性、有效性在水印当中进行充分的体现。

在对水印信号进行提取的过程中，需要从嵌入水印数据中进行，而这一过程中就是提取水印的过程，检测中需要对水印信号在数据内容中的嵌入情况进行判断。并且，门限值是在检测水印中的一个重要因素，只有该值低于检测结果值，才可以准确判断水印信号的检测情况［1］。因此，如果降低虚警概率提升这一门限值，那么会导致水印信号被误判，提升漏警概率，无法及时检测数据中切实存在的水印信号；反之，在检测过程中，如果能够对门限值进行降低，并提升虚警概率，就可以降低漏警概率。在实际应用该水印算法的过程中，必须有效控制虚警概率，这样才能够保证检测的准确性和科学性。

2 数字水印在有线数字电视监测系统中的应用研究

在对数字水印在有线数字电视监测系统中的应用展开研究的过程中，可以在监测系统中嵌入水印的算法，具体内容如下。

2.1变长码域编码

要想促使水印可以嵌入到视频流的压缩域当红，需要对压缩格式MPEG-2进行应用，本文在积极对VLC宏块嵌入算法进行应用中，首先应当对变长码域编码进行了解。

码流结构在MPEG-2视频中的表示主要是以分层的形式进行。序列层位于顶层，块层位于底层。多个图像童工组成了同一个视频序列，多个图像帧是组成图像组层的基础，其中的帧类型有I、B、P；针对单独的图像帧来讲，其中包含的宏块和像条较多。亮度块及色度块是构成宏块的主要成分，格式在宏块组当中包含3种形式，分别为4∶4∶4、4∶2∶2、4∶2∶0，其中Y0、Y1、Y2和Y3这四个亮度块以及Cb和Cr两个色度块存在于宏块当中。

最底层的图像序列在视频流当中主要是块层。DCT系数是用来对8×8像素矩阵中的块进行表示的，此时的DCT系数域主要是被量化以后的，主要能量被集中在这一位置，高频环节存在于右下处，“0”是此处的多数系数。在积极进行处理的过程中，需要应用一维序列DCT系数矩阵来对二维序列进行取代，行程域run-level domain就是一维序列，其在使用过程中也经常被叫做变长码域，AC系数如果是非零的，扫描过程中，需要对“之”字形进行应用，并在表示过程中，对（r，1）二元数组进行应用，其中，r指的是现阶段零的数量在系数之前的体现，现有系数数值应用1来表示。在将熵编码应用于（r，1）一位数组当中以后，可以对码字进行生成，将一个块结束标识应用于每一个块的结束当红，此时表示的形式为End Of Block，EOB。

2.2建立在VLC宏块基础上的水印嵌入流程

一般情况下，如果转变了视频流压缩率，随之改变的还有比特率的规模；同时，VLC行程码在视频帧中的体现也会发生改变［2］。这样一来，不一致的数量将产生于VLC码位置和嵌入水印中的比特位数之间，导致水印检测无法顺利进行，同时降低检测准确性。因此，在应用数字水印的过程中，需要对MB宏块进行应用，将其充当最小嵌入单一进行利用，如果攻击产生于水印视频序列当中，在不转变视频帧规模的基础上，是无法转变保持水印载体的宏块位置。值得注意的是，宏块和水印拥有相同的长度，就需要将水印信息嵌入到每一个宏块当中。

2.3选择VLC数据类型

在构建数据隐藏区域的过程中，可以应用适当的VLC行程码，因此需要进行行程码幅度值的修改。对编码标准MPEG进行应用，如果转变长度在行程码中的体现，零的数量在编码区域中会发生变化，同时也将导致系数位置在非零区域中发生变化。在这种情况下，重新编码现象会发生在空域中的移动系数内部，同时也会极大地转变图像帧。然而针对幅度值而言，仅对其级别进行转变，就可以有效控制因水印的嵌入造成视觉质量降低的现象［3］。在这种情况下，可以促使级别幅度在VLC码中的体现进行充分的应用，将其作为隐藏区域为水印数据提供服务。

3 水印综合性能分析

在对以上算法进行应用的过程中，其呈现出的主要优势为以下四点。首先，算法在使用过程中相对便捷，可以进行较少的计算，因此能够快速的实现计算目的。其次，VLC数量存在一部分可标记的内容，该视频流在播放过程中的速度为8Mb/s，可以拥有6.85kb/s的嵌入水印速度，如果播放速度为2Mb/s，那么将产生1.15kb/s的嵌入水印速度。因此，在对计算结果进行观察的过程中，可以发现相关空间可以实现水印的嵌入要求。再次，I帧内是嵌入水印的主要空间，鲁棒性在帧删除与跳跃当中具有较好的表现，因此在普通的攻击当中是不会对I帧进行删除的。最后，鲁棒性在进行算法的过程中，将存在于加噪声攻击和压缩攻击等现象当中，同时鲁棒性还存在于编码在不同Y∶Cb∶Cr等格式当中。值得注意的是，该算法在应用过程中还存在一定不足，需要相关工作人员在实践中不断对其进行完善。

4 结论

近年来，有线数字电视得以普及，该系统运行过程中，能够在节目制作、信号传递以及节目显示等多个环节实现数字化，然而在对其长时间的使用过程中发现，其运行过程中很容易受到外界信号的影响，在这种情况下，必须积极加强检测系统建设，对数字水印进行充分的应用可以极大地提升检测系统的功能，本文首先对数字水印原理进行了简要介绍，并从监测系统中嵌入水印的算法的角度出发，对数字水印在有线数字电视监测系统中的应用展开研究。

参考文献：

［1］李镇，李东峰．数字电视信号在线测试系统在有线电视干线网络中的应用［J］．中国有线电视，2012（2）．

［2］马衍庆，王锋，冯峰．基于数字水印的有线数字电视广播信息安全监测［J］．数据采集与处理，2012（S2）．

［3］丁大友．码流分析仪在有线数字电视监测工作中的应用［J］．广播电视信息，2008（5）．