(4) 选择P帧中采用帧间预测编码的宏块作为水印嵌入的候选宏块，如果候选宏块中编码块在这个宏块中具有最大的运动矢量幅值且当前编码块不是8×8形式划分且它的运动矢量的水平分量大于阈值threshold则修改运动矢量嵌入水印.如果一个宏块中嵌入了水印信息，与其相邻的宏块则不再添加水印，以此保证理想的补偿效果.

　　(5) 运动矢量修改的原则按如下规则进行:

　　p′i=pi+1mod(abs(pi)，2)≠vj，pi>0;
　　pi-1mod(abs(pi)，2)≠vj，pi<0;
　　pimod(abs(pi)，2)=vj.(3)

　　其中，pi为运动矢量的水平分量，vj是待嵌入的置乱处理后的水印信息位，mod为取模运算，abs为取绝对值运算.

　　4.2 水印提取

　　如果当前解码块不是8×8形式划分则利用roberts算子进行边缘检测找出边缘块，计算每一宏块中运动矢量的幅值，比较找出幅值最大的运动矢量，看其水平分量是否大于阈值threshold，若大于则提取水印信息:W=abs(H)mod2，否则不用提取水印信息.根据嵌入规则，如果一个宏块中提取了水印信息，与其相邻的宏块即使满足提取条件也不在这个宏块中提取水印信息.利用最大相似向量方法寻找相似子序列，根据移位信息填充.对处理后的水印信息以K0为初值进行混沌反置乱.

　　4.3 补偿方案

　　前一个块的运动矢量的值因为嵌入水印而改变，当前编码块是否需要补偿要根据当前块和前一块的空间关系来确定.补偿的原则就是如果当前编码块运动矢量预测用到了运动矢量被修改的块就需要进行补偿.根据AVSM的帧间预测方法，对当前编码块是否需要补偿列出在表1.

　　表1 当前编码块是否需要补偿与嵌入水印块的关系

　　Table 1 The relation of the compensation to current
　　coding block and the previous watermarked block

　　当前编码块

　　嵌入水印块

　　16×16块16×8上块16×8下块8×16左块8×16右块8×8块
　　16×16块√√√①√-√②
　　16×8上块-√④---√②
　　16×8下块√-√①√-√②
　　8×16左块----√③-
　　8×16右块√√√①√-√②

　　表中“√”代表需要补偿，补偿方法是若嵌入水印对运动矢量进行了加(减)“1”操作，则对当前编码中需要补偿的块运动估计搜索得到的运动矢量的值进行减(加)“1”.实验所使用的AVSM编解码版本WM3.3，一个条带所包含的宏块数目为11个，而格式为qcif、cif、qvga测试序列的亮度水平样本数分别是176、352、320.AVSM标准规定当前编码块的相邻块若不和它属于同一个条带则相邻块不可用.如果嵌入水印修改的块所在宏块和当前编码的块所在宏块属于同一个条带，不难得出当前编码块E块为16×16、16×8上块、8×16左块时，E的相邻块B块、C块都不可用，运动矢量预测值为与E的左下角样本紧邻块的运动矢量.若当前编码块预测矢量等于0则不需要补偿.

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　 对于16×8下块①通过记录嵌入水印修改的块和同一宏块中16×8上块的运动矢量值，比较得出运动矢量预测所用的块.若预测用时它的上块则不需要补偿.

　　对于8×8块②包括子块划分参考索引为0，如果嵌入水印且运动矢量修改的块为16×16、16×8上块、8×16右块则需要补偿.8×8块包括子块划分参考索引为2，如果嵌入水印且运动矢量修改的块为16×8下块也需要补偿;如果为16×16、16×8上块、8×16右块则需要用类似①中方法记录运动矢量，判断是否需要补偿.

　　如果水印块为8×16左块③则同一个宏块中的8×16右块必须进行补偿.嵌入水印且运动矢量修改的块为16×8上块④且它所在宏块恰好是一个条带的开始，需要对同一个宏块的16×8下块进行补偿.

　　5 水印的最大相似序列向量检测方法

　　传统水印检测方法是直接将原始水印与提取水印逐位比较确定其相似度，这种方法在水印信息因虚警、漏警或受到攻击导致丢失或增加时，由于丢失(增加)位后面的水印信息都发生了移位，逐位比较检测的相似度将很低.分析发现，提取的水印中存在几段子序列它们与原始水印对应位是完全相同的，与原始水印相比这些序列只是发生了移位.因此，可以通过比较检测水印与原始水印找出这些子序列，称之为最大相似子序列;然后根据最大相似子序列以及其移位信息重构水印;最后做相似度检测.

　　如图3所示，原始水印图像置乱后的数据记W，提取的水印图像信息记W1，提取的水印由于某种原因b16、b17位丢失，而在b32位后面产生了虚警增加了a1，W1中最后一位X为虚警检测位.若直接逐位比较W和W1，相似度显然非常低.提出的方法是在W1中找出最大相似子序列A1(b1b15)，A2(b18b32)，A3(b33及后续)，把它们组成一个三维向量.实验中规定相似子序列长度必须大于8，可以防止误检测，同时记录A2，A3相对于原始水印的移位情况，作为后续填充补全的依据.将A1，A2，A3填充补全后与原始水印长度相同如W2所示.根据向量的移位情况，漏警的水印位用“1”来填充，若出现虚警则需同时考虑此前所有漏警虚警产生的移位情况，计算水印信息丢失位在水印末尾填充相应个数“1”.W2图中C1是b16、b17丢失后A2产生的移位后的补全，C2是a1虚警和b16、b17丢失共同造成的水印信息丢失而进行的补全.经混沌置乱后的水印信息位接近随机状态，实验证明用“1”做补全填充和用“0”或者随机数填充效果差不多.提取水印的相似度通过逐位比较W2和W得到.

　　图3 最大相似子序列检测及补全示意图
　　Fig.3 Demonstration of most similar sub sequence
　　detection and repair the lack

　　6 水印性能

　　6.1 水印的不可见性

　　实验使用的AVSM编解码版本WM3.3，嵌入水印图像为16×16黑白图像.分别对不同序列在不同的水印嵌入、提取阈值下进行了测试，解码视频质量在主观上无明显下降.Foreman_qcif添加水印前后各帧SNR的变化情况如图4示，可见每帧SNR变化较小，实验得出添加水印后整体SNR下降小于0.1db.

　　图4 Foreman_qcif序列添加水印前后各帧SNR的变化情况
　　Fig.4 SNR comparison of whether watermark embedded

　　6.2 水印性能比较

　　对foreman 3种不同格式序列是否使用本文所提补偿方法水印提取正确率做了比较(见表2)，没有使用补偿的算法水印提取正确率非常低，水印信息无法正确提取.而经过本文算法补偿后水印正确提取率可达到100%，充分说明了补偿算法的有效性.

　　表2 相同条件下是否使用本文补偿算法水印提取正确率比较
　　Table 2 Watermark accuracy comparison of whether
　　compensation was used
　　测试序列格式水印提取阈值未使用补偿算法的水印提取正确率本文补偿算法的水印提取正确率
　　foremanqcif1459.8%100%
　　foremancif1444.9%100%
　　foremanqvga1456.6%100%

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　　6.3 水印鲁棒性测试

　　帧删除、帧插入时水印性能如表3、4所示，删除测试是在视频序列中从开始连续删除一定数目的帧得到的，插入测试是在视频序列开始添加一定数目的帧得到的.在使用最大相似序列向量检测的情况下，同时使用补全填充，检测正确率能明显提高，删除率小于10%时正确检测率都超过90%.

　　表3 帧删除率与水印正确率关系
　　Table 3 The relation of frame loses and watermark accuracy
　　帧删除比例/%468101214
　　foreman95.794.191.791.490.689.1
　　Coastguard10099.298.898.497.796.1
　　表4 帧插入率与水印正确率关系
　　Table 4 Relation of frame inserts and watermark accuracy
　　帧插入比例/%468101214
　　foreman94.192.691.490.689.187.5
　　Coastguard10099.298.897.796.594.9

　　7 结 论

本文提&#20986;了一种基于运动矢量的&#25968;字水印嵌入方法，&#23558;基于整数DCT变换的边缘&#26816;测方法引入视频水印添加算&#27861;，同时根据运动矢量水印的共同缺&#38519;提出了改进方法:一是根&#25454;AVSM帧间预测&#30340;方法对由水印嵌入引起的误差&#32473;出了严格的补偿方法，实验证明这&#31181;方法可靠性高，能适用于不同格式&#35270;频的水印添加和提取，视频质&#37327;主观无明显下降，通过比较&#35270;频的SNR，嵌入水印和没&#26377;嵌入水印相比下降&#23567;于0.1db.实验结果&#34920;明，补偿算法能有效地&#38450;止误差传递.在foreman 3种格式(cif、qcif、qvga)序列不同嵌入阈值&#247