[發明專利]基于非負矩陣分解的AVS視頻數字水印方法

無效

• 申請號: 200910022187.4
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101540898A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 同鳴;姬紅兵;閆濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;G06T1/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華

技術領域

本發明屬于視頻、多媒體信號處理技術領域，具體涉及到視頻數字水印的方法，可用于AVS標準視頻產品，為AVS視頻產品的版權提供保護。

背景技術

視頻數字水印技術是當前水印技術研究方向中的一個熱點和難點。熱點在于，大量消費類數字音視頻產品的推出，使得以數字水印為重要組成部分的數字產品產權保護技術的市場需求更加迫切。難點在于，由于視頻自有的特點，要求人們必須尋找新的特殊的技術來對視頻進行操作，例如：視頻龐大的數據規模和視頻水印的實時性要求，決定了視頻無法使用許多成熟的圖像水印技術；在時間域上，因包括時間掩蔽效應等特性在內的更為精確的人類視覺系統模型尚未完全建立，技術理論研究起來比較困難，再加上具體視頻編碼壓縮格式的限制，更容易造成技術應用上的局限性；而且由于一些針對視頻水印的新攻擊形式如幀刪除、幀間共謀等的出現，為視頻水印提出了一些區別于靜止圖像水印的獨特要求

目前已提出的視頻數字水印方法有：

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，這種方法對原始視頻的每一幀進行多級對偶樹復數小波分解，將水印嵌入在分解后的低頻子帶中，能夠很好的抵抗旋轉、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，這種方法利用擴頻技術，將水印嵌入在視頻編碼預測殘差的DCT系數中，同時結合人眼視覺特性自適應調整嵌入強度。該方法構造人眼視覺系統模型時僅利用了人眼的靜止掩蔽特性，沒有考慮到視頻特有的時間掩蔽效應。

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，這種方法通過計算人眼視覺時間對比度極限，自適應確定水印嵌入強度，該方法雖然考慮到了視頻的時間掩蔽效應，但計算復雜，實時性較差。

4.胡洋，張春田，蘇育挺，基于H.264/AVC的視頻信息隱藏算法，電子學報，2008，4(4)：690-694，這種方法通過調制I幀4×4亮度塊的幀內預測模式實現水印嵌入，嵌入位置由各塊自身特點結合密鑰確定，該方法具有較好的透明性和安全性，但魯棒性差，不能抵抗針對視頻的處理和攻擊。

綜上所述，現有的視頻數字水印具有以下不足：1)視頻水印方法應與具體的編碼標準相結合，而現有的視頻水印方法大都基于MPEG或H.26x系列壓縮編碼標準，目前適用于AVS標準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，沒有考慮到視頻特有的時間掩蔽效應。

發明內容

本發明目的是針對上述已有技術的不足，提出一種基于非負矩陣分解的AVS視頻數字水印方法，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數字產品的版權提供可靠的保護。

實現本發明目的的技術關鍵是：在水印嵌入過程中，利用視頻I幀的亮度特征生成基于內容的水印，利用非負矩陣分解提取出視頻信號的運動特征，并結合視頻的紋理和亮度特征，自適應的調整水印的嵌入強度和位置，將水印嵌入在I幀亮度塊預測殘差的中頻DCT系數中。在水印驗證過程中，只需解碼I幀，通過比較提取的水印和驗證水印的相似性，從而判斷視頻是否被嵌入水印。具體方案如下：

一、基于非負矩陣分解的AVS視頻數字水印嵌入方法，包括如下過程：

(1)對原始視頻序列依次進行分組、降維處理和非負矩陣分解處理，并根據非負矩陣分解的結果提取出I幀每個8×8亮度子塊的運動特征；；