[發(fā)明專利]基于非負(fù)矩陣分解的AVS視頻數(shù)字水印方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910022187.4
• 申請(qǐng)日: 2009-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101540898A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 同鳴;姬紅兵;閆濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N7/24
• 分類號(hào): H04N7/24;G06T1/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心
• 代理人: 王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視頻、多媒體信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到視頻數(shù)字水印的方法，可用于AVS標(biāo)準(zhǔn)視頻產(chǎn)品，為AVS視頻產(chǎn)品的版權(quán)提供保護(hù)。

背景技術(shù)

視頻數(shù)字水印技術(shù)是當(dāng)前水印技術(shù)研究方向中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。熱點(diǎn)在于，大量消費(fèi)類數(shù)字音視頻產(chǎn)品的推出，使得以數(shù)字水印為重要組成部分的數(shù)字產(chǎn)品產(chǎn)權(quán)保護(hù)技術(shù)的市場(chǎng)需求更加迫切。難點(diǎn)在于，由于視頻自有的特點(diǎn)，要求人們必須尋找新的特殊的技術(shù)來(lái)對(duì)視頻進(jìn)行操作，例如：視頻龐大的數(shù)據(jù)規(guī)模和視頻水印的實(shí)時(shí)性要求，決定了視頻無(wú)法使用許多成熟的圖像水印技術(shù)；在時(shí)間域上，因包括時(shí)間掩蔽效應(yīng)等特性在內(nèi)的更為精確的人類視覺(jué)系統(tǒng)模型尚未完全建立，技術(shù)理論研究起來(lái)比較困難，再加上具體視頻編碼壓縮格式的限制，更容易造成技術(shù)應(yīng)用上的局限性；而且由于一些針對(duì)視頻水印的新攻擊形式如幀刪除、幀間共謀等的出現(xiàn)，為視頻水印提出了一些區(qū)別于靜止圖像水印的獨(dú)特要求

目前已提出的視頻數(shù)字水印方法有：

1.Lino?E?Coria，Mark?Pickering，Panos?Nasiopoulos，Rabab?K.Ward，″A?VideoWatermarking?Scheme?Based?on?the?Dual-Tree?Complex?Wavelet?Transform，″IEEETransactions?on?Information?Forensics?and?Security，2008，3(3)：466-474，這種方法對(duì)原始視頻的每一幀進(jìn)行多級(jí)對(duì)偶樹(shù)復(fù)數(shù)小波分解，將水印嵌入在分解后的低頻子帶中，能夠很好的抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放、剪切等幾何攻擊。該方法屬于前置式視頻水印方法，壓縮編碼后會(huì)造成大量信息丟失，不能抵抗視頻壓縮處理。

2.Jing?Zhang，A.T.S.Ho，G?Qiu，et?al.Robust?Video?Watermarking?of?H.264/AVC，IEEE?Trans?on?Circuits?and?Systems-II：Express?Briefs，2007，54(2)：205-209，這種方法利用擴(kuò)頻技術(shù)，將水印嵌入在視頻編碼預(yù)測(cè)殘差的DCT系數(shù)中，同時(shí)結(jié)合人眼視覺(jué)特性自適應(yīng)調(diào)整嵌入強(qiáng)度。該方法構(gòu)造人眼視覺(jué)系統(tǒng)模型時(shí)僅利用了人眼的靜止掩蔽特性，沒(méi)有考慮到視頻特有的時(shí)間掩蔽效應(yīng)。

3.Alper?Koz，A.Aydin?Alatan，Oblivious?Spatio-Temporal?Watermarking?of?DigitalVideo?by?Exploiting?the?Human?Visual?System.IEEE?Trans.Circuits?Syst.Video?Techn.2008，18(3)：326-337，這種方法通過(guò)計(jì)算人眼視覺(jué)時(shí)間對(duì)比度極限，自適應(yīng)確定水印嵌入強(qiáng)度，該方法雖然考慮到了視頻的時(shí)間掩蔽效應(yīng)，但計(jì)算復(fù)雜，實(shí)時(shí)性較差。

4.胡洋，張春田，蘇育挺，基于H.264/AVC的視頻信息隱藏算法，電子學(xué)報(bào)，2008，4(4)：690-694，這種方法通過(guò)調(diào)制I幀4×4亮度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式實(shí)現(xiàn)水印嵌入，嵌入位置由各塊自身特點(diǎn)結(jié)合密鑰確定，該方法具有較好的透明性和安全性，但魯棒性差，不能抵抗針對(duì)視頻的處理和攻擊。

綜上所述，現(xiàn)有的視頻數(shù)字水印具有以下不足：1)視頻水印方法應(yīng)與具體的編碼標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，而現(xiàn)有的視頻水印方法大都基于MPEG或H.26x系列壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，目前適用于AVS標(biāo)準(zhǔn)的視頻水印方法幾乎處于空白。2)魯棒性差，不能抵抗一些視頻特有的攻擊，例如：幀刪除和幀重組等攻擊；3)大多只利用了人眼靜止掩蔽特性，沒(méi)有考慮到視頻特有的時(shí)間掩蔽效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于非負(fù)矩陣分解的AVS視頻數(shù)字水印方法，以提高水印抵抗幀刪除和幀重組視頻特有的攻擊能力，為AVS數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)提供可靠的保護(hù)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)關(guān)鍵是：在水印嵌入過(guò)程中，利用視頻I幀的亮度特征生成基于內(nèi)容的水印，利用非負(fù)矩陣分解提取出視頻信號(hào)的運(yùn)動(dòng)特征，并結(jié)合視頻的紋理和亮度特征，自適應(yīng)的調(diào)整水印的嵌入強(qiáng)度和位置，將水印嵌入在I幀亮度塊預(yù)測(cè)殘差的中頻DCT系數(shù)中。在水印驗(yàn)證過(guò)程中，只需解碼I幀，通過(guò)比較提取的水印和驗(yàn)證水印的相似性，從而判斷視頻是否被嵌入水印。具體方案如下：

一、基于非負(fù)矩陣分解的AVS視頻數(shù)字水印嵌入方法，包括如下過(guò)程：

(1)對(duì)原始視頻序列依次進(jìn)行分組、降維處理和非負(fù)矩陣分解處理，并根據(jù)非負(fù)矩陣分解的結(jié)果提取出I幀每個(gè)8×8亮度子塊的運(yùn)動(dòng)特征；；