I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 33 2 ~ 3 3 4 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 7 i6 . p p 3 33 2 - 334 3          3332       J o ur n a l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Ro bust Vid eo  Wa ter m a r k ing  Sc he m e   Ba sed o Int r a - C o ding   Process  in  M PEG - 2  St y le       Ra k e s h Ah uja 1 , S .   S .   B edi 2   1 De p a rte m e n t   o f   Co m p u ter S c ien c e   &   En g in e e rin g ,   M o ra d a b a d   I n s ti tu te  o f   T e c h n o l o g y ,   M o ra d a b a d ,   In d ia   2 De p t   o f   Co m p u ter S c ien c e   &   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   M JP   R o h i l k h a n d   Un iv e rsity ,   Ba re il l y ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   9 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   J an   2 7 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Feb   26 ,   2 0 1 7       Th e   p ro p o se d   sc h e m e   i m p le m e n ted   a   se m b li n d   d ig it a w a term a rk in g   m e th o d   f o v id e o   e x p lo it i n g   M P EG - 2   sta n d a rd .   T h e   wa ter m a rk   i in se rted   in to   se lec ted   h ig h   f re q u e n c y   c o e ff ici e n ts  o f   p lain   t y p e o d isc re te  c o sin e   tran sf o r m   b lo c k in ste a d   o f   e d g e   a n d   tex tu re   b l o c k d u ri n g   in t ra   c o d in g   pr o c e ss .   T h e   se le c ti o n   is  e ss e n ti a b e c a u se   th e   e rro in   su c h   ty p e   o f   b lo c k i s   les se n siti v e   to   h u m a n   e y e a s   c o m p a re d   to   o th e c a teg o ries   o f   b lo c k s.   T h e re f o re ,   th e   p e rc e p ti b il it y   o f   w a ter m a rk e d   v id e o   d o e n o t   d e g ra d e d   sh a rp ly .   V isu a q u a li ty   is  a lso   m a in t a in e d   a m o ti o n   v e c to rs  u se d   f o r   g e n e ra ti n g   th e   m o ti o n   c o m p e n sa ted   im a g e s   a re   u n to u c h e d   d u ri n g   th e   e n ti re   w a t e r m a r k in g   p ro c e ss .   Ex p e rime n tal  re su lt re v e a led   th a th e   sc h e m e   is  n o o n ly   ro b u st  t o   re - c o m p re ss io n   a tt a c k ,   sp a ti a s y n c h ro n iza ti o n   a t tac k li k e   c ro p p i n g ,   r o tatio n   b u t   a lso   str o n g   to   tem p o ra sy n c h ro n iza ti o n   a t tac k li k e   f ra m e   in se rti n g ,   d e letin g ,   s w a p p in g   a n d   a v e ra g in g .   T h e   su p e rio rit y   o f   th e   a n ti c ip a ted   m e th o d   is  o b tai n i n g   th e   b e st  stu r d i n e ss   re su lt c o n t ra st  to   th e   re c e n tl y   d e li v e re d   sc h e m e s.   K ey w o r d :   C o p y r ig h p r o tectio n   DC T   b lo ck s   I n f o r m a tio n   s ec u r it y   MP E G - s tr u ct u r e   Vid eo   w ater m ar k i n g   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R ak e s h   Ah u j a,     Dep ar te m en t   o f   C o m p u ter   Sci en ce   &   E n g in ee r i n g ,   Mo r ad ab ad   I n s titu te  o f   T ec h n o ilo g y ,   R a m   Ga n g Vi h ar ,   P h ase  2 ,   Mo r ad ab a d ,   Uttar   P r ad esh ,   I n d ia.   E m ail: a h u j a2 3 0 5 @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h r ap id   d ev elo p m en t   o f   f ast  in ter n et  b a n d w id th ,   e x ce llen ce s   r ec o r d in g   d ev ice s ,   tr e m en d o u s   s to r ag ca p ac it y ,   b etter   n o is e   r esis tan ce   a n d   q u alit y   o f   s er v ices  ( Qo S)  h a v m ad p o s s i b le  to   g en er ate  th e   m u ltip le  co p ies  o f   t h d i g ital  m u lti m ed ia  co n te n t   lik e   i m ag e ,   au d io   an d   v id eo   f o r   d is tr ib u t in g   to   o th er   u s er   o r   co m p u ter   s y s te m   w it h   n o   q u a lit y   d eg r ad atio n   as  t h o r ig i n a an d   co p ied   d ata  ar ex ac tly   s a m e,   i n ex p e n s i v an d   d eliv er y   to   th r e m o te  w o r k s tatio n   is   al m o s in s ta n ta n eo u s .     T h er ef o r e,   an   is s u o f   in t ellec tu al  co p y r i g h t   p r o tectio n   b ec o m e s   a   m aj o r   co n ce r n .   T h tec h n o lo g y   o f   cr y p to g r ap h y   s o lv e s   t h p r o b le m   u p   to   s o m e   ex ten t.   Ho w e     v er ,   t h tech n o lo g y   v u ln er ab le  o n ce   th e   co n te n ts   ar d ec r y p ted   s i n ce   p ir ate  co u ld   ea s il y   p u r ch a s a   co p y   an d   th e n   r e - s el o r   d is tr i b u te  it  o v er   s h ar ed   n et w o r k .     T h ad v en o f   d ig ital  w ater m ar k i n g   tech n o lo g co n q u er s   t h r estrictio n   i n   p r esen ce   o f   s o m ex i s ti n g   th r e ad s .   Dig ital   w ater m ar k i n g   [ 1 ]   is   th p r o ce s s   o f   in s er ti n g   t h s p ec ial  b it   p atter n   as  d i g ital   w ater m ar k   i n to   t h m u lti m ed ia  d o cu m en i n   s u c h   t h at  t h q u al it y   o f   v id eo   m u s n o b d eg r ad ed   f r o m   t h m i n i m u m   t h r es h o ld   an d   it  m u s w it h s ta n d   n o r m al  p r o ce s s in g   o f   v id eo   ed itin g   o p er atio n .   T h w ater m ar k   m a y   b t h co p y r ig h l o g o ,   o w n er ,   d is tr ib u to r   o r   cu s to m er   i n f o r m atio n ,   d ep en d s   u p o n   th ap p licatio n   f o r   w h ic h   it is   to   b d ev elo p ed .     An   ex h a u s ti v r esear ch   h as   alr ea d y   b ee n   tak p lace   f o r   i m a g w a ter m ar k in g .   T h i m a g e   w ater m ar k i n g   tech n iq u es  [ 2 ] - [ 3 ]   ar ap p lied   to   v id eo   m u lti m ed ia  o b j ec ts   to o .   Ho w e v er ,   th ese  s c h e m e s   al w a y s   s u f f er   b ec au s e   v id eo   co n s is tin g   ad d itio n al  f ea t u r es  t h at   d o   n o p r ese n t   i n   t h i m a g e.   T h e   d is tin g u is h ab le  f ea t u r o f   v id e o   is   th p r esen ce   o f   te m p o r al  r ed u n d an cie s   ex i s ts   b et w ee n   n eig h b o r in g   f r a m es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       R o b u s t V id eo   W a terma r kin g   S ch eme   B a s ed   o n   I n tr a   C o d in g   P r o ce s s   in   MPE G - 2   S tyle  ( R a ke s h   A h u ja )   3333   u n l ik i m a g e.   T h r o b u s a n d   i m p er ce p tib le  v id eo   w a t er m ar k i n g   is   p er p etu i t y   d i f f er in g   f r o m   i m ag e   w ater m ar k i n g .   A cc u s to m ed   v i d eo   w ater m ar k i n g   m e th o d   [ 4 ]   s u g g ested   d ec o m p r es s in g   t h e   v id eo   s tr ea m   i n to   t y p ical  v id eo ,   in s er th w ater m ar k   a n d   en co d th w ater m a r k ed   v id eo .     T h is   p r o ce d u r r eq u ir es  en o r m o u s   p r o ce s s in g   ti m to   d ec o m p r es s ,   e m b ed   a n d   r ec o m p r ess   t h v id eo   o b j ec ts .   I n   o r d er   to   m a k th s y s te m   f aster   an d   m o r p r ac tical,   it  is   s u g g e s ted   to   em b ed   th co p y r i g h i n f o r m atio n   d u r i n g   t h co m p r ess io n .   T h p r ac tical  b en ef it  a s s o ciate d   w i th   t h i s   s ch e m i s   th a it  s u p p o r ts   r ea ti m v id eo   w ater m ar k i n g   ap p licatio n s   w h er e m b ed d in g   p r o ce s s   r u n s   p ar all el  w it h   co m p r es s io n ,   f o r   ex a m p le,   v id eo   o n   d em a n d .     Z h o   Z h o n g j ie  et  al.   [ 5 ]   p r o p o s ed   th e   v id eo   w a ter m ar k in g   s c h e m e   b ased   o n   m o tio n   v e cto r s .   T h tech n iq u u t ilized   th P - f r a m e s   an d   B - f r a m es  f o r   e m b ed d in g   p u r p o s e.   T h w ater m ar k   ca p ac it y   is   d i f f er e n in   ea ch   f r a m e.   T h d ile m m a s s o ciate d   in   th is   p r o ce s s   i s   th l ess   p a y lo ad   ca p ac it y   o f   w ater m ar k   i n f o r m atio n   i s   allo w ed   b ec au s s u ch   f r a m es   ar h ig h l y   co m p r es s ed   b y   m o tio n   co m p e n s a tio n   p r o ce d u r e.   T h o th er   is s u e   r elate d   w ith   t h is   s c h e m i s   t h i n cr ea s e   in   b it  r ate   o f   m a cr o   b lo ck s   t h at  w er w ater m ar k ed .   Fu r t h er ,   t h e   s ch e m i s   n o r o b u s t   ag a in s f r a m a v er ag i n g   a n d   f r a m d r o p p in g   attac k .   An o t h er   co m p r e s s ed   d o m ai n   b ased   v id eo   w ater m ar k i n g   s ch e m i s   d escr ib ed   b y   Yo s h ito   Uen o   [ 6 ] .     I n   th is   tech n iq u e,   t h co m p o s itio n   o f   MP E en co d er   [ 7 ]   is   p ar tially   m o d i f y in g   to   e m b ed   th w ater m ar k   in f o r m atio n .   T w o   m et h o d o lo g ies  B in a r Tr ee   an d   C h a in   C o d e   ar e   ad o p ted   in   th is   s c h e m e.   B o th   tech n iq u e s   u tili ze d   th b in ar y   w ater m ar k   as  co p y r i g h f o r   e m b ed d in g   p u r p o s e.   A   t w o   d i m en s io n a w ater m ar k   is   co n v er ted   in to   o n d i m e n s io n al  ar r a y   u s ed   to   p ic k   o n e   b it  at  ti m e.   I n   b in ar y   tr ee   alg o r ith m ,   i f   t h p ick ed   w ate r m ar k   b it   is   1   t h e n   t h m ac r o   b lo ck   o f     I - f r a m e   r ef er r ed   to   m o tio n   v ec to r   o f   P - f r a m e   is   ch a n g ed   to   e v en   o th e r w i s o d d .   I n   c h ain   co d m e th o d ,   m ac r o   b lo ck   o f   I - f r a m i s   p ar titi o n ed   in to   8   s ec tio n s   o n   t h o r i g in   o f   th e   r o u te  o f   m o tio n   v ec to r s   o f   P - f r a m a n d   e m b ed   t h e   th r ee   w ater m ar k   b its   in to   o n o f   th e   8   p ar ts   o f   m ac r o   b lo ck   o f   I   f r a m b y   u s i n g   o ct al  ch ai n   m eth o d .   s atis f ac to r y   p er ce p tib ilit y   i s   o b tain ed   h o w e v er ,   th s c h e m lo s t h w ater m ar k   b it s   ab o u 2 0 w h ile   ex tr ac ti n g .   R o b u s tn e s s   is   ce r t ain l y   a f f ec ted   s h ar p l y   w h e n   a n y   f u r t h er   v id eo   ed itin g   o p er atio n s   w er ap p lied   o n   w ater m ar k ed   v id eo .   MP E G - 2   b ased   d ig ital  v id eo   w ater m ar k i n g   s ch e m i s   d escr ib ed   b y   Y u k   Yin g   C h u n g   [ 8 ]   to o .   T h s ch e m e m b ed s   a   w ater m ar k   in to   t h q u a n tized   DC T   co ef f icie n g en er ated   f r o m   I - f r a m e s   d u r i n g   th e n co d in g   p r o ce s s .   On wate r m ar k   b it  is   e m b ed d ed   in t o   th L SB   o f   ea c h   D C T   co ef f icien b lo ck   o f   I - f r a m e s .   W ater m ar k in g   s ch e m is   co m b i n ed   w it h   t h r ee   er r o r   co r r ec tin g   co d es:  B C H   ( 3 1 , 8 ) ,   T u r b o   ( 3 , 1 )   an d   C o n v   ( 2 , 1 , 3 )   an d   f o u n d   B C H   ( 3 1 , 8 )   ac h iev ed   h ig h er   er r o r   co r r ec tin g   ca p ac it y   t h an   T u r b o   ( 3 , 1 )   an d   C o n v   ( 2 , 1 , 3 ) .   Sev en   ca s es  o f   n o i s w er s i m u la ted   an d   te s ted .   T h m aj o r   d r aw b ac k   as s o ciate d   w it h   th i s   ap p r o ac h   th at  t h w ater m ar k   is   d i s to r ted   o r   ev en   eli m i n ated   b y   r a n d o m izi n g   t h L SB   o f   all  D C T   b lo ck s .   An o th er   li m ita tio n   o f   t h is   ap p r o ac h   is   t h at  p er ce p tib ilit y   a n d   r o b u s t n ess   w it h   r esp ec to   f r a m ed iti n g   o p er atio n s   w er n o test ed .     Min g   J ia n g   et  al.   [ 9 ]   d escr ib ed   th v id eo   w ater m ar k i n g   s c h e m b ased   o n   M P E G - 2   s tr u ct u r f o r   p r o tectin g   t h co p y r i g h o f   t h c o n ce r n   m u lti m ed ia  o b j ec ts .   T h s c h e m e   ad o p ted   th s i m p le   ap p r o ac h   to   in s er t h b in ar y   w ater m ar k   in to   th h o s s ig n al.   I n   t h i s   tech n iq u e,   I - f r a m es  ar u s ed   to   g en er ate  th q u a n tize d   DC T   b lo ck s .   T h e m b ed d in g   al g o r ith m   s tar ted   to   p ick   o n w ater m ar k   b it  an d   o n 8 x 8   DC T   b lo ck   s i m u lta n eo u s l y   a n d   in s er tio n   i s   b ased   o n   te s ti n g   th e   DC   v al u f o r   o d d   o r   ev en .   I f   th w ater m ar k   b it   is   o d d   an d   th co r r esp o n d in g   DC   co e f f ic ien i s   al s o   o d d   th e n   n o   n ee d   to   ch a n g e   th e   D C   co ef f icie n t   o th er w is m a k t h DC   co ef f icie n to   e v en .   T w o   m aj o r   d r aw b ac k s   ar as s o ci ated   w it h   t h ese   s c h e m e s .   Mi n o r   u p d atin g   t h ese   co ef f icie n t s   d eg r ad es  t h q u al it y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   s h a r p ly   a s   D C   co ef f icie n o f   D C T   b lo ck s   r ep r esen th av er a g in f o r m atio n   o f   th e   v id eo   f r a m d ir ec tl y   af f ec t h HVS  s in ce   t h ese  r eg io n s   ar e   h ig h l y   s en s iti v to   th HVS    an d   s ec o n d   r ea s o n   is   th at  w a ter m ar k in g   m et h o d   u tili zin g   s u ch   co ef f icie n t s   ar r esp o n s ib le  f o r   in cr ea s i n   b it  r ate.   T h ab o v m en tio n ed   tech n iq u es   i n s er t ed   th w a ter m ar k   o b j ec t   b y   ex p lo r in g   t h e n tire   DC T   b lo ck s   f r o m   e n tire   or   s el ec ted   I - f r a m es  r es u lt s   th d e g r ad atio n   o f   q u alit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   an d   n o   m ea n s   o f   s a tis f ac to r y   le v el  o f   r o b u s tn es s   o b tain   a g ain s t te m p o r al  s y n c h r o n izatio n   at tack s .       T h p r o p o s ed   d ig ital  v id eo   w ater m ar k i n g   s c h e m e   f o cu s e d   o n   th e s li m itat io n s   b y   e x p lo itin g   th e   f ea t u r es  o f   8 x 8   DC T   b lo ck s   d u r in g   i n tr a - e n co d in g   p r o ce s s   co n s id er i n g   I - f r a m es  i n   MP E G - 2   s t y le .   T h is   s ch e m cla s s i f y in g   t h D C T   b lo ck s   in   th r ee   ca te g o r ies:   ed g e,   tex tu r a n d   p lain   b lo ck .   W ater m ar k   o b j ec is   e m b ed d ed   in to   th q u an tized   p lain   t y p o f   DC T   b lo ck s .   T h s elec tio n   i s   n ec es s ar y   to   av o id   d eg r ad in g   th e   p er ce p tib ilit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   f r o m   t h m i n i m u m   t h r es h o ld   as  th e s b lo ck s   ar less   s en s it iv to   HV as   co m p ar ed   to   o th er   t y p es  o f   b l o ck s T h p er ce p tib ilit y   is   f u r t h er   i m p r o v ed   b y   e m p l o y in g   s i n g le   AC   co ef f icie n t   f r o m   a   p ar ticu lar   p lain   D C T   b lo ck .     An o th er   r ea s o n   f o r   s e lectin g   p ar tic u lar   t y p e   o f   b lo ck s   is   to   co n tr o th e   in cr ea s i n   b it r ate  o f   r esu lta n t   w ater m ar k ed   v id eo   to o .     T h r est  o f   th p ap e r   is   o r g an ized   in   th f o llo w in g   s ec tio n s .    Sectio n   2   d escr ib ed   c o n cise   o v er v ie w   o f   MP E G - 2   v id eo   co m p r ess io n   s ta n d ar d   alo n g   w i th   k e y   asp ec t o f   s u g g es ted   v id eo   w ater m ar k in g   p r o ce s s .   T h e   p r o p o s ed   v id eo   w a ter m ar k in g   s ch e m is   i llu s tr ated   i n   Sect i o n   3 .   T h s i m u la tio n   r e s u l ts   f o r   r o b u s tn e s s   an d   p er ce p tib ilit y   i s s u es  ar elab o r ate  in   Sectio n   4 .   Sectio n   5   co n tr ast s   th r esu lts   o f   p r o p o s ed   s ch e m w i th   t h o s e   tech n iq u es p u b lis h ed   in   r ec en t   y ea r s .   Sectio n   6   co n cl u d es t h w o r k   i n   th is   p ap er .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 3 3 2     3 3 4 3   3334   2.   M P E G - 2   ST RUCT URE   T h tar g et  o f   d ev elo p m en o f   MP E G - 2   alg o r ith m   to o ls   i s   to   ac h ie v h i g h   co m p r es s io n   r at io   b o th   in   s p atial  an d   te m p o r al  d o m ai n   f o r   v id eo   m u lti m ed ia  o b j ec ts .   As  s h o w n   i n   F ig u r e   1 ,   th s tr u ctu r p er m its   to   s eg m e n t h v id eo   in to   th n u m b er   o f   f r a m es.    T h r ee   f r a m e s   ar ca teg o r ized   as  I n tr a - p ict u r f r a m es  t y p icall y   ca lled   I - f r a m es,  f o r w ar d - p r ed icted   f r a m es id e n ti f ied   as P - f r am es a n d   b id ir ec tio n al  f r a m es  n a m ed   as B - f r a m es.    A   t y p ical  MP E G - 2   co d in g   s t an d ar d   [ 10 ]    cr ea tes  g r o u p   o f   s eq u e n ce   o f   p ictu r e s   ter m e d   as  GOP .     T h s tr u ct u r o f   GOP   co n s is t i n g   o n e   I - f r a m e   f o llo w ed   b y   a   ch ain   o f   P - f r a m e   an d   B - f r a m e s .   T h d is p la y   o r d er   an d   p r o ce s s in g   o r d er   is   d if f er en as  s h o w n   in   Fi g u r e   2   an d   Fig u r e   3   r esp ec tiv el y   p r o p o s e d   b y   [ 1 0 ]   .   M P E G - d o es  n o ad am a n ab o u th e   s ize  o f   GOP .   T h f lex ib ilit y   i s   b en e f icial  f o r   co m p r ess i o n   an d   w ater m ar k   tech n o lo g y   b o th .   I - f r a m es   ar en co d ed   to   r ed u ce   t h s p atial  r ed u n d a n c y   th er e f o r n o   r e f er en ce   f r o m   o t h er   f r a m e s   is   r eq u ir ed .   P - f r a m e s   a n d   B - f r a m es  ar u s ed   to   m i n i m ize  t h s p atial  an d   te m p o r al  r ed u n d an c y   b o t h .   P - f r a m e s   is   u s to   p r ed ict  f r o m   th p r ev io u s   I - f r a m es  o r   P - f r a m es.  T h b lo ck s   ass o ciate d   w it h   P - f r a m es  ar e   co m p ar ab le  to   th e   s et  o f   b lo ck   o f   s a m s ize   in   th p r ev io u s   I - f r a m es   o r   P - f r a m e s .   T h b est   m atc h i n g   b lo ck   in   th r ef er e n ce   f r a m is   u s ed   to   p r ed ict  f o r   th latter .   B - f r a m es  e m p lo y s   t w o   r ef er en ce s   f r a m es  a n d   th e s t w o   t y p es  m a y   b   th e   co m b i n atio n   o f   I - f r a m es   an d   P - f r a m es   o r   b o th   P - f r a m es.   I n   a   clas s ical   s eq u en ce ,   e n co d ed   I - f r a m is   t h r ee   ti m es  lar g er   th an   co d ed   P - f r a m e,   w h ic h   is   t w o   ti m e s   lar g er   t h a n   I - f r a m es.  T h u s   t h h ig h es t   co m p r es s io n   i s   p r o v id ed   b y   B - f r a m es.  T h er ar n u m er o u s   k e y   tec h n o lo g ies  u s ed   in   MP E G - 2   s tr u ct u r s u ch   as  DC T ,   q u an tizatio n ,   m o tio n   esti m atio n   an d   m o tio n   co m p e n s atio n   a n d   VL C   co d in g .   T h ese   ar b r o ad ly   class i f y in g   i n to   th r ee   m aj o r   p ar ts in tr a - co d in g   p r o ce s s ,   in ter - co d in g   p r o ce s s   an d   e n co d ed   b it  s tr ea m .   P r ev i o u s   s u g g ested   w o r k   ex p lo its   o n o f   th ese  ar ea s   t o   im p le m e n th v id eo   w at er m ar k i n g   s ch e m e.   W ater m ar k i n g   t h r o u g h   in ter - co d in g   p h ase  is   b a s ed   o n   in t ellig e n tl y   u tili z in g   th e   m o tio n   v ec to r s   u s ed   f o r   g en er ati n g   th m o tio n   co m p en s ated   i m ag i n   all ian ce   o f   P - f r a m e s   an d   B - f r a m es.  T h er ar t w o   m aj o r   p r o b lem s     ass o ciate d   w h ile  e m b ed d i n g   t h w a ter m ar k   in   s u c h   f r a m es.    First  is s u is   t h h o ld in g   o f   less   ca p ac it y   o f   w ater m ar k   o b j ec ts   as  th e y   ar h ig h l y   co m p r ess ed   b y   m o tio n   e s ti m atio n   b ased   tech n iq u e .   Seco n d l y ,   th e   b it - r ate   o f   r es u lt an w a ter m ar k ed   v id eo   i n cr ea s es   b y   e x p lo iti n g   t h ese  s u c h   f r a m es .     T h p r i m ar y   ad v an ta g o f   en co d ed   b it  s tr ea m   b a s ed   v id eo   w ater m ar k i n g   i s   th at  n o   en co d in g   an d   d ec o d in g   r eq u ir ed   d u r in g   th i n s er tio n   a n d   r etr iev al   p r o ce s s   r esp ec ti v el y .   Yet,   a   l i m it ed   in f o r m atio n   as  w ater m ar k   is   allo w ed   to   i n s er t   th w ater m ar k   o b j ec t in to   th h o s t.  A n o t h er   co n s tr ai n t i s   th in cr ea s i n   co m p u ta tio n al  co m p lex it y .       Desig in g   th w ater m ar k i n g   s y s te m   t h r o u g h   i n tr a - co d in g   p r o ce s s   is   p r o m is i n g   to   u ti lize  th e   DC T   an d   q u a n tizat io n   p r o ce s s   p r o ce s s ed   th r o u g h   I - f r a m es.  Q u an tize d   8 x 8   DC T   b lo ck   co n tain s   o n DC   an d   6 3   A C   co ef f icie n t s .   DC   co ef f icie n t   b ased   w a ter m ar k in g   s y s te m   s u f f er s   f r o m   d eg r ad in g   t h v i s u al  q u a lit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   as   th e   av er ag i n f o r m atio n   is   co n ce n tr ated   in   t h i s   co ef f icie n t.  AC   c o ef f icie n t s   ar r ic h   s o u r ce   o f   h i g h   f r eq u en c ies  i.e .   co n tain s   v er y   s m al v al u e.   C o n s id er in g   en t ir AC   co ef f i cien ts   d eg r ad th p er ce p tib ilit y   s i g n i f ica n tl y   t h er ef o r ex p lo itin g   f e w   co ef f i cien ts   n o t   o n l y   s u p p o r th h u m a n   v is u al  s y s te m   ( HVS)   by   p r eser v i n g   t h v i s u al  q u alit y   o f   w a ter m ar k ed   o b j ec b u also   co n tr o o n   in cr ea s in   b it  r ate.   T h er ef o r it  is   s u g g e s ted   th at   AC   co ef f icie n t s   b ased   w ater m ar k i n g   s c h e m w it h   s o m c o n s tr ain n o o n l y   p r o v id es  h ig h   v is u al  q u alit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   b u also   w i th s tan d   a g ain s te m p o r al  s y n c h r o n izat io n   attac k s   lik e   f r a m i n s er tio n ,   d eletio n ,   s w ap p i n g   a n d   av er a g i n g .   I n   v ie w   o f   m er it  o f   it,  t h e   p r o p o s ed   s ch e m e   h as  ch o s en   s u c h   ar ea s   f o r   d esig n in g   t h v id eo   w ater m ar k in g   s y s te m   in   o r d er   to   o b tain   th b alan ce   tr ad eo f f   b et w ee n   p er ce p tib ilit y   an d   r o b u s t n es s .           Fig u r e   1 .     B lo ck   d iag r a m   o f   M P E G - 2   Stru ctu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       R o b u s t V id eo   W a terma r kin g   S ch eme   B a s ed   o n   I n tr a   C o d in g   P r o ce s s   in   MPE G - 2   S tyle  ( R a ke s h   A h u ja )   3335       Fig u r 2 .     Dec o d in g   an d   d is p l a y   o r d er   o f   GOP           Fig u r 3 .     E n co d in g   an d   p r o ce s s i n g   o r d er   o f   GOP       3.   P RO P O SE M E T H O D   T h p r o p o s ed   m o d el  o f   v id e o   w a ter m ar k in g   al g o r ith m   is   b ased   o n   en co d in g   th r a w   v id eo   in   MP E G - 2   s tan d ar d .   T h b in ar y   w a ter m ar k   is   e m b ed d ed   o n l y   in   t h o s s elec ted   q u an tize d   8 x 8   DC T   b lo ck s   w h ic h   ar ca te g o r ized   as p lain   DC T   b l o ck   as d ef i n ed   i n   s ec t i o n   3 . 2 .   T h ch ar ac ter is tics   o f   t h v i d eo   f r a m e   ar an al y ze d   i n   o r d er   to   f i n d   t h a p p r o p r iate  DC T   b lo ck   u s ed   to   in s er t   o n w ater m ar k   b it  an d   s o   th er i s   o n to   o n m ap p i n g   b et w ee n   in s er ti n g   b it  a n d   s e lecte d   b lo ck S in g le  co ef f icie n i n s tead   o f   s ev er al  A C   co ef f icie n ts   ex p lo ited   to   o b tain   th e   b ette r   q u alit y   o f   w ater m ar k ed   v i d eo   as  m i n i m u m   c h an g es   ar r eq u ir ed   d u r in g   w ater m ar k i n g   p r o ce s s .     T h is   n o o n l y   m i n i m izes  t h co m p u t atio n   co s b u al s o   aid   to   m ai n tai n   th q u alit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo .   T h e m b e d d in g   p r o ce s s   r eq u ir es o n l y   t w o   f r eq u e n c y   co ef f icie n ts   lies   at  r ig h t m o s t b o tto m   r ep r esen ted   b y   a n   o v al  s h ap as  s h o w n   i n   th F ig u r 4 .   T h s i m u lat io n   r es u lt s   to   o b tain   t h el ap s ed   C P ti m e   f o r   w ater m ar k i n g   p u r p o s is   el o b o r ated   in   th ex p er i m en tal  s ec tio n   4 . 3 .     3 . 1 .   K ey   g ener a t io ns   a nd  w a t er m a r k   p re pro ce s s ing              A   t w o   d i m e n s io n al  b in ar y   i m ag W a terma r k. t if    h a v in g   b it   d ep th   1   u s ed   as  w ater m ar k .   T h r ee   k ey s   as  ( K1 ,   K2 ,   K3 )   ar ex tr ac te d   f r o m   t h w ater m ar k   it s el f   in   th f o llo w in g   m an n er .   K1   an d   K2   d en o tes  th e   n u m b er   o f   r o w s   an d   co lu m n s   r esp ec tiv el y   h as  b ee n   u s ed   to   ex tr ac th w ater m ar k .   K3   is   ev alu a ted   f r o m   t h s ize  o f   th w a ter m ar k   an d   tr ea ted   as  th ir d   k e y   u s ed   to   s t o p   th ex tr ac tio n   p r o ce s s   w h ile  r ec o v er in g   t h e   w ater m ar k .       A   w ater m ar k   o b j ec t   is   en cr y p ted   b y   u s in g   d o u b le  co lu m n ar   tr an s p o s itio n   m et h o d   [ 1 1 b ef o r e   in s er ti n g   in to   v io d o b j ec t   to   f u r t h er   en h a n ce   th s ec u r it y   o f   th e   w ater m ar k   its el f .   T h en cr y p ted   o b j ec t   is   co n v er ted   in to   o n d i m en s io n al  ar r ay   as  B w = {{ W s   },   s =1 ,   2 , ……N;    W s   є {1   ,   0 }}   to   p ick   o n b it a t a   ti m e .       3 . 2 .   E x t ra ct io n o f   s m o o t d i s cr et c o s ine t ra ns f o r m   b lo c k s                                                                                                                                         Dis cr ete  co s in tr a n s f o r m   [ 1 2 ]   is   th p r o ce s s   o f   s p litt i n g   th h o s s i g n a in to   f o u r   f r eq u e n c y   b an d s ;   DC ,   lo w   f r eq u e n c y   ( L f ) ,   h i g h   f r eq u en c y   ( H f )   an d   ed g e s   ( E d )   as  s h o w n   i n   f o llo w i n g   Fi g u r e   4 .   DC   ch ar ac ter ize  th a v er ag in f o r m at io n   co n t ain ed   b y   th e   s i g n a l.  L f   r ep r esen t s   t h lo w   f r eq u e n cies   r eg io n s   w h er ea s   H f   ex p r ess es  th p i x els  lies   o n   h i g h   f r eq u e n cies   r eg io n s .   Fi n all y ,   E d   d en o tes t h p i x els co n tai n in g   t h f r eq u e n cies   at  ed g r eg io n s .   D C T   an d   f u r th er   q u an tizat io n   o p er atio n   r ed u ce s   th s p atia r ed u n d an c y   b y   co n ce n tr atin g   en er g y   in   f e w   co e f f ic ien t s   lie s   at  lef u p p er     p ar o f   th b lo ck .   E ac h   DC T   b lo ck   o f   8   x   8   p ix els  is   f u r t h er   class i f ied   to   r ec o g n ize  th t y p o f   DC T   b lo ck   as  p er   th f o llo w i n g   co n d itio n s   [ 1 3 ] .   A   b lo c k   is   tr ea ted   as  ed g b lo ck   if   ( ( L f + E d H f   ) > 4 )   o th er w is i f   ( E d +   H f ) 125   th en   t h b lo ck   is   co n s id er ed   as  p lain   t y p e   b lo ck   an d   it  is   class if ied   as  tex t u r b lo ck   if     ( ( ( L f + H f ) > 290 ) ) .   T h p lai n   t y p o f   b lo ck s   ar th e   co n ce r n   i n   th e   p r o p o s ed   s ch e m a s   t h ese   b lo ck s   s u p p o r H VS  a n d   r est   o th er s   ar i g n o r ed   f r o m   w ater m ar k i n g   p r o ce s s   h o w e v er   al w a y s   b p ar t o f     MP E G - 2   co m p r ess io n   p r o ce s s .           Fig u r e   4 C lass if ica tio n   o f   2 - D   DC T   b lo ck     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 3 3 2     3 3 4 3   3336   3 . 3 .   Wa t er m a r k   I ns er t io n P ro ce s s   T h em b ed d in g   m et h o d   is   s tar ted   w ith   e x tr ac ti n g   t h I - f r a m f r o m   ea ch   GOP .   T h e   ex tr ac ted                         I - f r a m i s   f u r t h er   d iv id ed   in t o   th r ee   ch a n n e ls o n as  l u m i n an ce   c h a n n e Y   a n d   o th er   t wo   C h r o m c h a n n e ls   k n o w n   as  C B   an d   C R   r esp e ctiv el y .   Se g r eg ate  t h Y - co m p o n en t,  th m o s l u m i n an ce   p ar t,  in to   n o n - o v er lap p in g   8 * 8   b lo ck s   to   ap p ly   th DC T   an d   q u an tizatio n   o p er atio n   u s in g   s tan d ar d   q u an t izatio n   m atr i x .   On ce   it  i s   co n f ir m ed   t h at  th c u r r en b lo ck   i s   s m o o t h   DC T   b lo ck   th e n   t h e m b ed d in g   p r o ce s s   o f   i n s er ti n g   o n e   sc r a m b led   w a ter m ar k   b it is   d eliv er ed   as f o llo w s :     H f ( 8 , 7 ) = {                 No   c ha n ge ,           { W s = 0 ( H f ( 8 , 7 ) < H f ( 8 , 8 ) ) H f ( 8 , 7 ) α thre s hol d ,           { W s = 0 ( H f ( 8 , 7 ) > H f ( 8 , 8 ) )     No   c ha n ge ,             { W s = 1 ( H f ( 8 , 7 ) > H f ( 8 , 8 ) ) H f ( 8 , 7 ) + α + thre s hol d ,             { W s = 1 ( H f ( 8 , 7 ) > H f ( 8 , 8 ) )               ( 1 )     Fo r   th i s   p u r p o s e,   o n l y   t w o   A C   co ef f icie n ts   ar u tili ze d   an d   o n e   o f   th e m   r eq u ir es  ch a n g i n g   m ar g i n all y   a s   p er   th c lau s e   ( 1 )   d ef in ed   ab o v e.   T o   in s er an o th er   b it,  s e lect  a n o th er   q u an tized   p lain   DC T   b lo ck   to   e m b ed   j u s t   n e x t   b it  o f   w ater m ar k   b y   u s in g   t h s a m e   m e th o d   d escr ib ed   ab o v e.   T h p r o ce s s   i s   r ep ea ted   till   en tire   w ater m ar k   b its   in s er ted   i n   eq u al  n u m b e r   o f   p lain   t y p es  o f   b lo ck s .   D u r in g   t h is   p r o ce s s ,   s o m p lai n   DC T   b lo ck s   m a y   b u n to u c h ed   i f   t h n u m b er s   o f   s u c h   b lo ck s   ar lar g er   t h an   t h n u m b er   o f   w ater m ar k   b its .   I n   o r d er   to   r ed u ce   t h p r o b ilit y   o f   e s ti m at in g   t h r elatio n s h ip   b et w ee n   w ater m ar k   b its   an d   DC T   b lo ck s ,   a g ain   w ater m ar k   b its   w il b s tar ted   to   e m b e d   w ater m ar k   b its   f r o m   t h s c r atch   f o r   r e m ai n i n g   s u c h   b lo ck s .   A lt h o u g h   t h is   p r o ce s s   co n s u m e s   u n n ec e s s ar y   C P cy les  b u p r o v id es  th a d d itio n al  s ec u r it y   to   th o v er all  w ater m ar k i n g   p r o ce s s .     A   t h r es h o ld   m u s b s et  b y   c o n f ir m i n g   th at  th lo w er   v al u m u s r e m ai n   lo w er   an d   h ig h er   v al u e   m u s r e m a in s   h i g h er   f o r   th o s co ef f icie n ts   p ar ticip ati n g   i n   th w a ter m ar k in g   p r o ce s s .   T h s i g n i f ica n ce   o f   co n s ta n     is     s et  to   0 . 1   en s u r e s   th at  th is   w ater m ar k i n g   al g o r ith m   w o r k s   p er f ec tl y   e v en   i f   th th r es h o ld   is   f i x ed   to   ze r o .   T h th r esh o ld   b est  w o r t h   o b tain ed   at   0 . 3   ev alu ated   b y   e x p er i m e n tal  r es u lts   ex p lain ed   in   s ec tio n   4 . 1 .   T h s c h e m e   r ef lec ts   th at   m o s t   o f   th e   DC T   b lo ck s ,   co m es  u n d er   t h ca te g o r y   o f   ed g e   an d   te x t u r b lo ck   r e m ain   u n c h a n g ed   d u r i n g   t h e   w ater m ar k i n g .   I n o o n l y   m ain tai n s   t h v i s u al  q u a lit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   b u also   o f f er   h i g h   r o b u s tn e s s .   T h s tr u ctu r o f   8 th   q u a n tized   p lain   DC T   b lo ck   f r o m   1 3 1 st  I - f r a m b ef o r an d   af ter   e m b ed d in g   th w a ter m ar k   b it  1   is   illu s tr ated   in   F ig u r e   5   an d   Fig u r e   6   r esp ec tiv el y .                        Fig u r e    5 .     Qu an tized   D C T   b lo ck                F ig u r e   6 .   W ater m ar k ed   Qu a n tized   DC T   b lo ck       3 . 4 .   Wa t er m a r k   E x t ra ct io n P ro ce s s   T h esti m a tio n   o f   w ater m ar k   b its   i s   b ased   o n   t h r elatio n s h ip   b et w ee n   t h co e f f ic ien t s   b elo n g s   to   e m b ed d in g   r eg io n .     T h p r o ce s s   o f   r etr iev al  o f   w ater m ar k   o b j ec is   s tar ted   b y   cr ea t i n g   t h e   b lan k   m a tr ix   w it h   th aid   o f   t w o   k e y s   K1   a n d   K2     d ef in ed   at  s ec tio n   I I I - A .   I n itialize  it  b y   i n s er ti n g   w it h   al ze r o s .   T h is   w a y   en s u r ab o u t h s ize  o f   th r etr iev in g   w ater m ar k .   P ar titi o n   t h w ater m ar k ed   v id eo   i n t o   th s eq u e n ce   o f   f r a m e s .   W h ile   p r o ce s s in g   I - f r a m e,   co n v er it  i n to   Y C B C R   s p ac i n g .   Select  t h co m p o n en r eq u ir to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       R o b u s t V id eo   W a terma r kin g   S ch eme   B a s ed   o n   I n tr a   C o d in g   P r o ce s s   in   MPE G - 2   S tyle  ( R a ke s h   A h u ja )   3337   s eg m e n in to   8 x 8   n o n   o v er la p p in g   b lo ck s   u s ed   to   p er f o r m   DC T   f o l lo w ed   b y   q u a n tiz atio n   p r o ce s s .   T h ex tr ac tio n   p r o ce s s   is   s tar ted   ju s a f t er   co n f ir m i n g   th a th c u r r en b lo ck   is   p lai n   DC T   b lo ck .   T h r etr iev al  o f   b its   is   d escr ib ed   as f o llo w s     W s = { 0 ,       H f ( 8 , 7 ) < H f ( 8 , 8 )     1 ,                                                                                                   ( 2 )     if   th co e f f ic ien v al u o f     H f   ( 8 , 7 )   is   less   t h an   t h co ef f icie n v a lu o f     H f   ( 8 , 8 )   th e n   w a ter m ar k   b it  0   o th er w is 1   is   e x tr ac ted   a n d   s to r i n to   th e   b u f f er .   No w   t h b u f f er   is   i n cr e m e n te d   b y   o n e.   B ef o r e   in cr e m e n ti n g   th b u f f er ,   o n m o r co n d itio n   is   ap p lied   to   ch ec k   t h at  w h eth er   t h b u f f er   s ize  is   eq u al  to   th e   s ize  o f     t h ir d   k e y   K3   de f in ed   at  s ec tio n   3 . 1 .   I f   t h cla u s is   tr u t h e n   e x tr ac tio n   p r o ce s s   w il s to p   o th er w is e   co n tin u to   e x to r an o t h er   q u an tized   p lain   DC T   b lo ck   to   ap p r o x im a te  n e x b it  o f   w ater m ar k .   Ho w e v er ,   th e   r ec o v er ed   w ater m ar k   is   i n   e n cr y p ted   f o r m   w h ich   i s   d ec r y p ted   b y   u s i n g   t h d o u b le  co l u m n ar   tr an s p o s it io n   alg o r ith m   [ 1 0 ] .       4.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S AN A NALY SI S   T h p er f o r m a n ce   o f   t h v id eo   w ater m ar k i n g   s ch e m i n   th i s   p ap er   ap p r aised   b y   ac co m p lis h in g   to tal  6   s tan d ar d   v id eo   s eq u e n ce s   as   A kiyo ,   F o r ema n ,   Mo th er,  Ha ll,  C o n ta in er   a n d   C o a s tg u a r d   w i th   d i f f er e n m o tio n   co m p le x it y .   T h ese  v id eo   s eq u en ce s   h a v m i n i m u m   3 0 0   an d   m a x i m u m   3 5 0   f r a m e s .   T h e   clip   A kiyo   is   s tatic  v id eo   s eq u en ce   h a v i n g   s till   b ac k g r o u n d .   A   n e w s r ea d er   is   h av i n g   o n l y   lip s   m o v e m e n ts   an d   r est  p ar o f   th v id eo   in cl u d in g   b ac k g r o u n d   is   i m m o v ab le  t h r o u g h o u t h p la y in g   o f   v id eo .   F o r ema n   s eq u en ce   is   o f   d y n a m ic   m o tio n   co m p lex i t y   s i n ce   f r e q u en s ce n c h a n g o cc u r s   d u r in g   t h e n tire   p la y in g   o f   v id e o   clip .   Mo th er   an d   Ha ll   ar al m o s s till   b ac k g r o u n d   an d   l ittl f o r eg r o u n d   m o ti o n   s ce n n o ticed .   C o n ta in er   i s   s lo w   b ac k g r o u n d   an d   s lo w   f o r eg r o u n d   m o tio n   s ce n e.   C o a s tg u a r d   is   co n ti n u o u s   m o tio n   co m p le x it y   v id eo .     b in ar y   w a ter m ar k   lo g o . tif   w i th   s ize  5 0   x   1 0 0   is   ch o s en   as  s h o w n   in   t h Fig u r e   7 b .   Sa m p le  v id eo s   w ith   w at er m ar k   ar ex p lo r ed   in   Fi g u r 7 .           Fig u r e   7 .   Si m u latio n   r esu l ts   f r o m   p r o p o s ed   v id eo   w ater m ar k in g   Sch e m e       a)   9 0 th     o r ig in al  f r a m f r o m     Or i g in a l V id eo   A kiyo      b)   Or ig i n al  W ater m ar k   lo g o . tif    c)   9 0 th   W ater m ar k ed   Vid eo   f r am   d)   E x tr ac ted   w ater m ar k     e)   9 5 th     r a w   v id eo   f r a m   f)   P u r w ater m ar k   lo g o . ti f   u s ed   to   in s er t in   r a w   v id eo   s eq u en c Fo r em a n   g)   9 0 th   W ater m ar k ed   v id eo   f r a m f r o m   w ater m ar k ed   v id eo   s eq u en ce   Fo r e m an     h)   E x tr ac ted   w ater m ar k   f r o m   w at er m ar k ed   v id eo   s eq u e n ce   Fo r em an   w ith   n o   attac k s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 3 3 2     3 3 4 3   3338   T h s i m u latio n   r esu lts   f o r   ev alu ati n g   th p er f o r m a n ce   o f   th is   alg o r it h m   ar ca teg o r ize d   in   t h r ee   w a y s :   E v al u ati n g   t h t h r es h o l d ,   test in g   t h a v er ag e   p er ce p tu al  q u a lit y   a n d   esti m ati n g   t h e   r o b u s tn e s s   a g ai n s in te n tio n al,   u n in te n tio n al  s i g n al  p r o ce s s i n g ,   r e - en co d i n g   an d   f r a m b ased   attac k s .   T h ese  m ea s u r i n g   p ar am eter s   ar d escr ib ed   as f o llo w s     PS N R i = 20l og 10 ( ( Highe s t i ) | M SE )                             ( 3 )     M SE = 1 MxN [ F ( i , j ) F W ( i , j )   ] N J = 1 M i = 1                               ( 4 )       PS N R av g = PS N R i n     ( 5 )     T h p er ce p tu al  q u alit y   o f   w at er m ar k ed   v id eo   is   d eter m i n ed   in   ter m s   o f   P ea k   Si g n al  T o   No is R atio   ( PS N R i )   w h er d en o tes  th i th   w ate r m ar k ed   v id eo .   PS N R av g   is   o b tain ed   b y   s u m m i n g   t h P SNR   f r o m   al th   w ater m ar k ed   s eq u en ce s   d iv id ed   b y   t h to tal  n u m b er   o f   v id eo   s eq u en ce s   ( n ) .     T h r o b u s t n es s   is   e v al u ated   b y   th f o llo w i n g   m e th o d .     NC = W ( i , j ) . W ( i , j ) j i [ W ( i , j ) ] 2 j i         ( 6         W ( i , j )     a n d   W ( i , j )   ar th p ix els o f   o r i g in al  a n d   ex tr ac ted   w a ter m ar k s   r esp ec ti v el y .       4 . 1 .   T hres ho ld Set t ing   Six   s ta n d ar d   v id eo   s eq u e n ce s   A kiyo ,   F o r ema n ,   C o a s tg u a r d ,   C o n ta in er,  Ha ll  a n d   Mo th er   ar u s ed   t o   f i x   th t h r esh o ld   in   o r d er   to   b alan ce   th tr ad eo f f   b et w ee n   p er ce p tib ilit y   an d   r o b u s tn e s s .   T w o   ex p er i m en t s   ar p er f o r m ed   to   f u lf ill  th ai m .   First  s i m u latio n   i s   ca r r ied   o u to   esti m ate  th s i m i lar ities   ( NC )   o f   ex tr ac ted   w ater m ar k   at  d is cr ete  i n t er v al  o f   th r es h o ld   as  ex p o s ed   in   F ig u r e   8   an d   s ec o n d   ex p er i m e n ev alu a tes  t h v i s u a l   q u alit y   ( P SNR )   o f   w ater m ar k ed   v id eo   b y   v ar y i n g   th th r es h o ld   as  d escr ib ed   in   Fig u r e   9 .   I is   p er ce iv ed   f r o m   th e x p er i m e n tal  r es u lt s   t h at  m o r th a n   3 0 d B   o f   P SNR   a n d   7 0 o r   ab o v NC   p r o v id th s atis f ac to r y   r e s u l t s   f o r   p er ce p tib ilit y   a n d   r o b u s t n e s s   i s s u r esp ec ti v el y   f o r   an y   v id eo   w ater m ar k i n g   s c h e m e.   Fr o m   t h Fi g u r e   8 ,   it  is   ap p ar en th at  P SNR   is   d ec r ea s in g   as  i n cr ea s in g   t h th r es h o ld .   T h av er ag P SNR   is   3 8 . 6 0 1 0   o b tain ed   a th r es h o ld   o f   0 . 4   an d   a v er ag e   NC   at tain ed   is   0 . 9 9 9 8 5   ag ain s t h th r es h o ld   0 . 2   co n s id er in g   f o r   all  t h e   v id eo   s eq u en ce s .   T o   m a k t h b ala n ce   b et w ee n   s i m ilar it y   m ea s u r a n d   p er ce p tib ilit y ,   t h e   av er ag t h r es h o ld   i s   ( 0 . 4 +0 . 2 ) /2   = 0 . 3 .   NC =1   r ef lect  th at  1 0 0 w a ter m ar k   i s   s u cc ess f u l l y   e x tr ac ted   i n   ca s o f   n o   attac k   f r o m   m o s t   o f   th v id eo   s eq u en ce s   as s h o w n   i n   th T ab le  1 .         T ab le  1 .   T h ef f ec t o f   P SNR   a n d   NC   o n   t h r es h o ld   f o r   d if f er e n t v id eo   s eq u e n ce s   V i d e o   C l i p   A k i y o   F o r e man   C o a st g u a r d   C o n t a i n e r   H a l l   M o t h e r     Th r e s h o l d   P S N R   NC   P S N R   NC   P S N R   NC   P S N R   NC   P S N R   NC   P S N R   NC   0 . 1   4 7 . 3 3 5   1   4 4 . 3 1 4   1   4 6 . 6 5 4   1   4 5 . 1 1 2   0 . 9 9 9 7 8   4 3 . 8 0 7 8   1   4 8 . 4 4 2   1   0 . 2   4 4 . 3 2 8   1   4 1 . 1 1 3   1   4 4 . 8 9 9   1   4 1 . 5 4 3   0 . 9 9 9 8 9   4 0 . 7 6 0 1   0 . 9 9 9 8   4 4 . 2 8 2   1   0 . 3   4 3 . 8 2 2   1   4 0 . 6 7 4   1   4 2 . 5 6 6   1   3 9 . 7 5 4   0 . 9 9 9 8 4   3 9 . 3 2 1 9   0 . 9 9 9 9   4 2 . 6 9 2   1   0 . 4   4 1 . 6 5 3   1   3 9 . 0 0 1   1   4 0 . 1 9 8   1   3 7 . 0 0 6   0 . 9 9 9 6 7   3 6 . 2 9 8 6   0 . 9 9 9 3   4 0 . 2 9 3   1   0 . 5   3 6 . 4 3 2   1   3 5 . 4 3 3   1   3 8 . 5 6 4   1   3 3 . 4 8 3   0 . 9 9 9 5 6   3 5 . 7 6 4 3   0 . 9 9 9 3   3 8 . 2 9 8   1   0 . 7 5   3 4 . 6 1 9   1   3 3 . 1 1 2   1   3 5 . 2 2 3   1   3 1 . 9 7 2   0 . 9 9 9 4 4   3 4 . 5 4 3 2   0 . 9 9 9 2   3 5 . 2 7 1   1   1   3 1 . 9 5 6   1   3 0 . 6 2 3   1   3 0 . 6 2 5   1   2 5 . 6 7 5   0 . 9 9 9 1   3 0 . 8 9 1 1   0 . 9 9 9   3 2 . 9 0 2   1   A v e r a g e   4 0 . 0 2   1   3 7 . 7 5 3   1   3 9 . 8 1 9   1   3 6 . 3 6 4   0 . 9 9 9 6 1   3 7 . 3 4 1   0 . 9 9 9 5   4 0 . 3 1 1   1   PS N R a v g   3 8 . 6 0 1 0     NC a v g   0 . 9 9 9 8 5           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       R o b u s t V id eo   W a terma r kin g   S ch eme   B a s ed   o n   I n tr a   C o d in g   P r o ce s s   in   MPE G - 2   S tyle  ( R a ke s h   A h u ja )   3339                                          Fig u r 8 .     NC   Vs  T h r esh o ld                                                                              Fig u r 9 .    P SNR   Vs T h r esh o ld       4 . 2 .   E v a lua t io n o f   Ro bu s t nes s   by   Appl y ing   I nte ntio na l a nd   U nin t ent io na l A t t a cks   Sev er al  e x p er i m e n ts   h a v b e en   e v alu ated   to   j u d g t h r o b u s tn e s s   o f   t h p r o p o s ed   s ch e m e   b y   co n s id er in g   t h v id eo   A k i y o .   T o   f u l f ill  t h i s   p u r p o s e,   attac k s   ar ap p lied   o n   th w ater m ar k ed   v id eo   to   r etr iev th w ater m ar k .   T h attac k s   ar b ased   o n   u tili zi n g   th p r o p er ties   o f   v id eo   its el f .   On o f   th p r o p er ties   o f   v id eo   is   its   te m p o r al  ch ar ac ter is tic th s eq u en ce   o f   s t ill  i m ag e s   k n o w n   as  v id eo   f r a m es.  C h an g i n g   t h o r d er   o f   s o m o f   t h n ei g h b o r in g   f r a m es  b y   a n   attac k er   i n s i g n i f ican t   af f ec o n   t h p er ce p tu al  q u ali t y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   b u co r r u p th e m b ed d ed   s ig n al  i n to   it.    An o th er   c h a r ac ter is tic  o f   v id eo   is   to   co n ta in   t h lar g a m o u n t   o f   r ed u n d a n cies a m o n g   th e   f r a m es.  D u to   th i s ,   f r a m e s   d r o p p in g ,   f r a m av er a g i n g   a n d   f r a m cr o p p in g   a ttack s   ca n   b ap p lied   to   d is t u r b   o r   c o m p lete l y   r e m o v t h w ater m ar k .   A   cr ac k er   ca n   d is t u r b   th w ater m ar k   w h il e   p r eser v in g   th q u alit y   o f   w at er m ar k ed   v id eo   b y   d r o p p in g   s o m o f   t h f r a m es  an d /o r   r ep lacin g   th s a m e   f r a m e s   w i th   th e   o r ig i n al  s o   t h at  th e   to tal  n u m b er   o f   f r a m e s   w il n o b r ed u ce .   So m o f   t h attac k s   o n   v id eo   w ater m ar k ed   s i g n al  ar in h er it ed   f r o m   i m a g w ater m ar k i n g .   T h ese  attac k s   i n cl u d g eo m e tr ic  attac k s   co n tai n s   r o tatio n   an d   cr o p p in g   an d   v ar io u s   n o i s e   in s er tio n   attac k s   as   S p ec kle  n o is e Ga u s s ia n   n o is e S a lt  a n d   p e p p er   n o is e   a n d   P o is s o n   n o is e .   T h p r o p o s ed   s ch e m s i m u lated   t h r o b u s tn es s   ag ai n s t a ll a b o v d ef in ed   attac k .                          Fig u r 1 0 .   NC   Vs R o tatio n   ( ° )                                 Fig u r 1 1 .   NC   Vs C r o p p in g       4 . 2 . 1 .   F ra m es a v er a g ing   a t t a ck   An o th er   s ig n i f ica n v id eo   w a ter m ar k i n g   attac k   i s   f r a m a v er ag i n g   attac k .   Av er ag o f   n u m er o u s   f r a m e s   w ill  eli m i n ate  th co m p o s itio n   o f   th w ater m ar k .   I in d icate s   t h at  th c u r r en f r a m is   r ep lace d   w it h   th av er a g o f   it s   o w n ,   p r ev io u s   a n d   n ex ad j ac en f r a m e.   2 5 o f   th w a ter m ar k ed   v id eo   f r a m es  ar av er a g ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 3 3 2     3 3 4 3   3340   to   j u d g th p er f o r m a n ce   o f   t h s ch e m e.   I in d icate s   th at  e v er y   4 th   w ater m ar k ed   f r a m i s   av er ag ed   w it h   its   t w o   j u s n ei g h b o r in g   f r a m es a n d   r esu lta n f r a m i s   r ep lace d   w it h   t h cu r r en t o n e.     4 . 2 . 2 .   F ra m s w a pp ing   a t t a ck   Fra m a v er ag i n g   ca n   al s o   o b liter ate  th w ater m ar k ed   v i d eo   an d   th er ef o r af f ec t h e   ex tr ac tio n   q u alit y   o f   w ater m ar k .   I ex p r ess ed   b y   d ef in i n g   F k =F k - 1   an d   F k - 1   F k .     A g a in ,   2 5 o f   th w ater m ar k ed   v id eo   is   p ass es  th r o u g h   th i s   attac k .   I n   th is   ex p er i m en t,  ev er y   f o u r th   f r a m is   s w ap p ed   w i th   i ts   n ex n ei g h b o r in g   f r a m e.   As  th s w ap p in g   p r o ce s s   is   s tar ted   f r o m   t h f ir s t   f r a m e,   5 0 o f   th w a ter m a r k ed   I - f r a m es  w er e   r ep lace d   w it h   j u s a h ea d   n o n   w ater m ar k ed   B - f r a m es.  T h e f f ec ted   I - f r a m e s   ar 1 st ,   2 1 st ,   41 st ,   6 1 st ,   8 1 st ,   1 0 1 st 121 st ,   141 st ,   1 6 1 st ,   1 8 1 st ,   2 0 1 st ,   2 2 1 st ,   2 4 1 st   ,   2 6 1 st ,   2 8 1 st  .     4 . 2 . 3 .   F ra m dro p pin g / r epla ce m e nt  a t t a ck   On o f   th p r o p er ties   o f   v i d eo   is   th e x is te n ce   o f   r ed u n d a n c y   in   its   f r a m es.  B y   u s i n g   t h i s   ch ar ac ter is tic,   m alicio u s   u s e r   s elec s o m f r a m es  f r o m   d if f er en p ar o f   w ater m ar k ed   v id eo   an d   ca n   d r o p   in   t w o   d if f er e n w a y s .   I n   t h f ir s ca s e,   th s elec ted   v id eo   f r a m es  w er d r o p p ed   p e r m a n e n tl y   f r o m   w ater m ar k ed   v id eo   an d   i n   o t h er   ca s t h s e lecte d   f r a m es  w er r ep lace d   b y   t h eir   co r r es p o n d in g   o r ig i n al   f r a m e.   I n   b o t h   t h ca s es,  a n   attac k er   ta k es   ca r t h p er ce p tib ilit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   m u s n o b d eg r ad e d   s ig n i f ica n tl y .     T h ex p er i m e n tal  s i m u la tio n   i s   ca r r ied   o u f o r   b o th   t h ca s e s .   T o   f u lf il t h is   p u r p o s e,   2 5 o f   th e   f r a m es  ar e   r e m o v ed   f r o m   t h w ater m ar k e d   v id eo   w h ic h   eli m i n ates  t h 1 1 th   ,   2 1 st     ,   3 1 st     , 4 1 st   ,   6 1 st   ,   7 1 st   w ater m ar k ed   I - f r a m e s   also .     T h s ec o n d   ca s also   r ep lace d   th f ir s 2 5 %   o f   th w ater m ar k ed   f r a m es  f r o m   t h f r a m es  o f   o r ig in al  v id eo .   I r ep lace d   th 1 1 th ,   2 1 st    ,   3 1 st     , 4 1 st   ,   6 1 st   ,   7 1 st     w ater m ar k ed   I - f r a m es  f r o m   th co r r esp o n d in g   o r ig in al  n o n - w ater m ar k ed     I - f r a m es.      4 . 2 . 4 .   No is e,   F ilte ring   a nd   Co m pre s s io n At t a c k s   A d d in g   n o is e   i n to   t h w ater m ar k ed   v id eo   i s   a n o th er   w a y   to   j u d g t h r o b u s tn e s s   o f   t h e m b ed d ed   w ater m ar k .   Fo u r   d if f er en ca te g o r ies  o f   n o i s es  Sp ec k le,   P o is s o n ,   Gau s s ia n   an d   Sal an d   P ep p er   w er ad d ed   in   o r d er   to   test   th r o b u s tn es s .   Du to   th is ,   t h ad v er s a f f e cts  is   to   f ac th d i f f icu lties   w h ile  r etr ie v in g   t h e   w ater m ar k   i n f o r m atio n .   T h p r o p o s ed   s ch e m ap p lied   m u ltip licati v n o i s as  s p ec k le  n o i s to   ea ch   w ater m ar k ed   f r a m b y   u s i n g   t h f o llo w i n g   m et h o d .                 F r a me A i = fr a me W i ( 1 + n )       ( 7 )         fr a me W i   d en o tes  th i - f r a m f r o m   t h w ater m ar k ed - v id eo   ( w ) ,   n   i s   th eq u a ll y   s ca tter ed   r an d o m   n o is w it h   m ea n   ze r o   an d   v ar ian ce   0 . 0 4   an d     fr a me A i   is   th r e s u lta n co r r esp o n d in g   attac k ed   ith - f r a m e.   P o is s o n   n o is is   g e n er ated   f r o m   t h w ater m ar k ed   v id eo   o b j ec its el f   in s tead   o f   ad d i n g   ar ti f icial  n o i s e.   Gau s s ia n   n o is w it h   ze r o   m ea n   an d   0 . 0 1   o f   v ar ian ce   is   ap p li ed   o n   th w ater m ar k ed   v id eo .   As  th s ize  o f   ea c h   w ater m ar k ed   f r a m i s   1 4 4   x   1 7 6 =2 5 3 4 4 ,   th n u m b er   o f   ele m en t a f f ec ted   b y   ad d in g   s alt  a n d   p ep p er   n o is w it h   in te n s it y   0 . 1   is     2 5 3 4 4   * 0 . 1 2 5 3 4   p ix els.      On   t h co n tr ar y ,   m ed ian   f ilter   is   u s ed   to   r e m o v th n o is e s   f r o m   th m u lti m ed ia  o b j ec ts .   I i s   o n o f   t h m o s t   co m m o n   u n i n t en tio n al   attac k s   i n   d ig ital  v id eo .   B y   cr ea tin g   th e   w i n d o w   s ize  o f   3 x 3 ,   t h m ed ian   f ilter   i s   ap p lied   o n   t h w ater m ar k ed   v id eo   to   ex tr ac th e   w ater m ar k .   C er tain l y ,   t h v is u al  q u alit y   o f   w ater m ar k ed   v id eo   is   d eg r ad ed   s ig n i f ica n tl y   d u to   h u g d ata  ar lo s t.  Ho w e v er   t h w ater m ar k ed   i s   r ec o v er ed   ap p r o x im ate l y   m o r th a n   9 5 .   T h p r o p o s ed   s ch e m e   ac h iev e d   t h e   h ig h   r o b u s t n es s   ag a in s t a ll n o i s in s er tio n   b ased   attac k   a s   s h o w n   in   t h Fi g u r e   13.     C o m p r ess io n   i s   a n o th er   u n i n te n tio n al   attac k   to   v id eo   w ater m ar k in g   s y s te m .     As   th e   v id eo   co n s is t t h e   lar g v o l u m in o u s   d ata  in   Gig a b y te s   ( GB )   o r   T er ab y tes  ( T B ) ,   th er e f o r th b asic  r eq u ir e m e n is   to   co m p r es s   it   b ef o r tr an s m itti n g   v ia  in ter n et.   T h w ater m ar k ed   v id eo   w it h   b it  r ate  o f   1 5 2 0 6   k b p s   is   co m p r ess ed   w i th   MP E G - 2   co m p r ess io n   s ta n d a r d ,   r ed u ce s   th d ata   r ate  b y   4 0 w i th   b it  r ate  o f   9 8 9   k b p s .   Ho w e v er ,   it  i s   o b s er v ed   f r o m   Fi g u r 1 3   t h at  th w ater m ar k   is   clea r l y   ex tr ac ted   w i th   h i g h   N C   v al u e.     T h af o r esaid   attac k s   ar ex p lo ited   o n   th w ater m ar k ed   v id eo   o b j ec an d   th o u tco m e s   r ef lect s   th at  t h p r o p o s ed   s ch e m o b tain ed   an   ex ce l len r o b u s tn e s s   r es u lt  ag ain s lar g v a r iet y   o f   i n te n tio n al  a n d   u n i n te n tio n a atta ck s   as  ill u s tr ated   i n   F ig u r 1 2   an d   Fig u r e   1 3 .       4 . 3 .   Co m pu t a t io na l C o m plex it y   I is   ess e n tial  to   te s t h p r o p o s ed   w ater m ar k i n g   tec h n iq u u n d er   th r ea l - ti m co n s tr ai n t.  I n   g e n er al,   b ase - b an d   b ased   w ater m ar k i n g   s c h e m e   h av e   li m itatio n s   to   s u p p o r th r ea l -   ti m r eq u ir e m en as   co m p ar ed   to   co m p r es s ed   d o m a in .   T h p r o p o s ed   v id eo   w ater m ar k i n g   s u g g ested   t h at  th e m b ed d in g   a n d   ex tr ac tio n   p r o ce s s   ar ca r r ied   o u to   m ak s u r t h at  t h s elec ted   b lo ck   is   p lai n   8 x 8   2 D - DC T   b lo ck   an d   th c o m p u tatio n   o f   o n l y   AC   co ef f icie n w h i le  ig n o r in g   t h r est  co e f f icien ts   f r o m   a   p ar ticu lar   b lo ck .   T h s i m u lat io n   r esu lt  h as  b ee n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       R o b u s t V id eo   W a terma r kin g   S ch eme   B a s ed   o n   I n tr a   C o d in g   P r o ce s s   in   MPE G - 2   S tyle  ( R a ke s h   A h u ja )   3341   tak en   f o r   ev alu ati n g   th ela p s ed   tim o f   p r o p o s ed   w o r k .   T h p r o ce s s in g   ti m ap p r ec iatin g   th ab o v m en tio n ed   s tr ateg y   i s   ap p r o x im atel y   4 . 1 0   an d   3 . 3 2 s   d u r in g   e m b ed d in g   an d   e x tr ac tio n   p r o ce s s   r esp ec tiv e l y .   Ma tlab   v er .   R 2 0 1 0   in s talled   in   co m p u ter   s y s te m   w it h   co n f ig u r atio n   I n tel®  co r e™   Du o   C P U,   1 GB   R A an d   3 2 b it Op er atin g   s y s te m   o b tain ed   th e s co m p u tin g   ti m es.                               Fig u r 1 2 .   Fra m co n s id er in g   A t tack s           Fig u r 1 3 .   T h ef f ec t o f   r o b u s t n es s   ag ai n s t d i f f er en t                                k in d   o f   n o i s es a n d   co m p r ess io n   attac k s       5.   ST A T E   O F   AR T   VS P RO P O SE M E T H O D     T h co n ce r o f   th e   p r o p o s ed   m et h o d   is   co m p ar ed   w it h   ex i s ti n g   s c h e m es   w h ich   ar b ased   o n   co m p r es s ed   d o m ai n   co n v e y ed   in   co n te m p o r ar y   y ea r s .   Mi n g   J ian g   et  a l.  [ 9 ]   p r o p o s ed   th v id eo   w ater m ar k i n g   alg o r ith m   to   p r o tect  th co p y r ig h o f   th v id eo   o b j ec ts .   DC   co ef f icie n f r o m   o n 8   x   8   DC T   b lo ck   i s   r esp o n s ib le  f o r   in s er tin g   o n w ater m ar k   b it  f o r   e m b ed d in g   p u r p o s e.   T h in s er tio n   p r o ce s s   i s   d ep en d s   u p o n   th DC   co ef f icie n is   o d d   /ev en   to   in s er 1 0   in to   it.  I n   th is   w a y   all  t h DC   co ef f ic ien ts   ar u ti lize  f o r   e m b ed d in g   p u r p o s e.   Yo n g   et   al.   [ 1 4 ]   d escr ib ed   an   ad ap ti v v id eo   w ate r m ar k in g   p r o ce s s   b ased   o n   h u m a n   v is u al  s y s te m   ( HV S)  an d   MP E G - 4   v id eo   co m p r ess io n   t h eo r y .   L o w   f r eq u e n c y   D C T   co ef f icien t s   ar u tili ze d   to   em b ed   th w ater m ar k .   MP E G - 4   v id eo   co m p r ess io n   is   d esig n ed   f o r   th o s ap p licatio n s   in   w h ich   lo b an d w id t h   ar r eq u ir ed   to   tr a n s m it  t h d ata.   D.   B ad r in ath   e al.   [ 1 5   ]   s u g g e s ted   th d u al  v id eo   w ater m ar k i n g   s ch e m b ased   o n   MP E G - 2   c o m p r es s io n   s ta n d ar d .   T h p r o ce s s   o f   e m b ed d in g   t h w at er m ar k   i s   b ased   o n   ex p lo itin g   th I - f r a m es  w h ic h   is   f u r t h er   u s ed   to   g en er ate  th DC T   im a g e.   T h r esu ltan DC T   im a g is   ad d ed   w it h   t h D C T   o f   w ei g h ted   w a ter m ar k   i n f o r m atio n .   T h r o b u s t n es s   o f   t h p r o p o s ed   s ch em is   co m p ar ed   w it h   alr ea d y   d eliv er ed   tec h n iq u e s   f o r   th e   s elec ted   attac k s   a s   te m p o r al  s y n c h r o n izatio n   at tac k s   in cl u d i n g   f r a m e   in s er tio n ,   f r a m e   d eletio n ,   f r a m s w ap p in g   a n d   f r a m a v er ag in g ,   s i g n al   p r o ce s s i n g   attac k s   co v er in g   v ar io u s   n o is attac k s   as  s alt  a n d   p ep p er ,   s p ec k le,   Gau s s ia n   n o is e   an d   P o is s o n   n o is attac k s ,   m ed ian   a n d   w ie n er   f ilter i n g   attac k s   a n d   r ec o m p r ess io n   a ttack s .   I is   o b s er v ed   f r o m   T ab le.   2 ,   th p r esen ted   s ch e m e   o f f er s   b etter   r o b u s tn es s   co m p ar ed   to   o th er   s u g g ested   tec h n iq u es.    I n   a d d itio n   to   th b etter   r o b u s t n e s s   ac h iev ed   s o   f ar   co m p ar i n g   w it h   t h e x is t in g   m et h o d s ,   o n m aj o r   p o s itiv a s p ec o f   t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   is   th a t h s c h e m e   o f f er ed   g o o d   r o b u s tn e s s   r es u lt s   ag ai n s u n i n te n tio n al  co m p r ess io n   a ttack .   T h s ize  o f   w at er m ar k ed   v id eo   a n d   co m p r es s io n   at tack ed   w ater m ar k ed   v id eo   co n s id er in g   Ak i y o   v id eo   s eq u e n ce   is   1 5 . 2 0 6   MB   an d   2 . 3 5   M B   r esp ec tiv el y .   I r e f lects   t h at  e v en   8 5 o f   t h d ata  is   lo s d u r i n g   r e - co m p r e s s io n   p r o ce s s ,   s ti ll  t h w ater m ar k   is   r ec o v er ed   alm o s 1 0 0 as  s h o w n   in   t h Fi g u r e   1 3 .   I is   b ec au s o f   c h o o s in g   o n l y   t h s m o o t h   D C T   b lo ck s ,   n o t a ll,  w h ic h   is   t h k e y   id ea   o f   th p r o p o s ed   m e th o d .                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.