抗视频分享平台处理的鲁棒盲视频水印

近年来，在线视频分享平台在社交网络上被广泛使用。视频水印作为一种有效的跟踪视频来源和保护版权的技术，在一定程度上可限制数字盗版。如果视频被非法分发，版权所有者可以从视频分享平台中的短视频甚至帧截图中提取水印信息，并追踪到恶意用户。为了保护版权并跟踪这些共享视频的来源，前人已提出了一些视频水印方法。然而，在视频分享平台未知有损压缩、转码和几何形变的情况下，现有视频水印方案的鲁棒性往往会显著下降，因为几何形变破坏了水印同步。

针对在线视频分享平台中视频传输和分发的场景，本研究组先后提出两项工作，均为鲁棒的盲视频水印方案。版权所有者将水印信息嵌入视频中，并将含水印的视频进行分发。每个用户都能被分配一个唯一的水印信息，例如硬件地址和身份信息，这些水印信息被恶意或非恶意攻击后依然能够正确提取，版权验证方（接收方）可以从含水印视频或视频的任意一帧中提取出水印。

工作一通过调制递归的Zernike矩幅值的大小，提出了一种抗几何变形和在线视频分享平台处理的鲁棒视频水印方案。我们专注于使含水印视频更鲁棒——具体来说，如何使人类视觉系统（HVS）对嵌入的水印不易察觉，同时确保该方案能够抵抗传统的视频攻击和在线视频分享平台处理。所涉及的视频攻击包括从平台上传和下载攻击、截屏、长宽比更改、视频反转等。这些攻击在当前的在线视频分享和社交媒体平台上很常见。如图1所示，为了解决视频运动特性引起的水印闪烁，我们通过分析Zernike径向基函数设计了一种视觉质量优化策略，该策略在保证水印鲁棒性的同时提高了不可感知性，改善了含水印视频的视觉质量。为了使水印能够实时地嵌入视频中，我们设计了一种针对视频特性的高效计算方法，显著降低了所提出方案的计算复杂度。

图1 基于Zernike矩的鲁棒视频水印方案

工作二提出了一种基于扩频矩阵构造的鲁棒盲视频水印方案。现有的鲁棒视频水印技术研究显示，在离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT) 的高频分量嵌入水印能够保持良好的水印不可感知性的同时可有效抵抗视频编码器的强压缩，但无法保证水印在下采样攻击中的鲁棒性。因此，工作二通过调制DCT域的高频水印信号来构造扩频矩阵（如图2），使其在保持良好抗压缩性能前提下获得对缩放攻击的鲁棒性。此外，本工作引用自卷积函数(Auto-Convolution Function, ACNF)用于同步几何失真，并设计了一个非线性滤波器去除ACNF中出现的噪点，有效地增强了几何失真参数估计的准确性。作者通过大量实验评估了本方案的有效性，表明该方案优于现有视频水印方案，对H.264/AVC压缩、缩放、旋转、裁剪、非等比缩放、翻转、帧率转换、截图等攻击具有很强的鲁棒性。

图2 扩频矩阵的构造过程

上述研究工作受到国家自然科学基金(No. 62272331)“面向分享平台的自适应鲁棒视频水印研究”的支持。

论文信息

研究工作一的相关论文[1]已在IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing（TDSC）上在线发表，作者为四川大学网络空间安全学院的何明泽、王宏霞*、张飞、杨玲以及三峡大学计算机与信息学院的 Sani M. Abdullahi。

[1] M. He, H. Wang, F. Zhang, Sani M. Abdullahi and L. Yang, “Robust Blind Video Watermarking Against Geometric Deformations and Online Video Sharing Platform Processing” IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, DOI 10.1109/TDSC.2022.3232484, 2022.（点击下方阅读原文查看论文全文）

研究工作二的相关论文[2]已在IEEE WIFS 2022上做了口头报告，作者为四川大学网络空间安全学院的张飞、王宏霞*、杨玲、何明泽。

[2] F. Zhang, H. Wang, L. Yang and M. He, "Robust Blind Video Watermarking by Constructing Spread-Spectrum Matrix," IEEE International Workshop on Information Forensics and Security (WIFS), DOI 10.1109/WIFS55849.2022.9975392, 2022.

供稿：王宏霞、何明泽、张飞，四川大学网络空间安全学院智能多媒体安全实验室

实验室简介：四川大学网络空间安全学院智能多媒体安全实验室秉承“仰望浩瀚星空，探索科学奥秘，丰收硕果累累”的科研文化，一直专注于多媒体信息安全、信息隐藏、数字水印、数字取证、智能信息处理方面的研究。实验室已毕业100多位研究生，现有在站博士后2位、在读博士生9位、在读硕士生21位。实验室团队已在IEEE TIFS、TDSC、TMM、TCSVT、TNNLS、中国科学、软件学报、ACM IH & MMSec、ICME、WIFS、IWDW等国内外重要学术期刊和会议上发表学术论文200余篇，并已与国内外高校和相关企业开展了数字水印、信息隐藏方面的合作研究。欢迎到川大智能多媒体安全实验室访问交流！

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