[發明專利]一種可逆視頻水印無損漂移補償方法

無效

• 申請號: 200910077437.4
• 申請日: 2009-02-11
• 公開（公告）號: CN101494756A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 曾驍;陳真勇;陳明;李濤;范圍;熊璋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04N5/913
• 分類號: H04N5/913;H04N7/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

技術領域

本發明涉及一種多媒體數字水印的改進方法，特別涉及一種可逆視頻水印無損漂移補償方法。

背景技術

數字信息革命給人類的社會和生活帶來了深刻的變化，同時也帶來了新的挑戰和機遇。今天，圖形工作站、數碼相機、數碼錄像機、掃描儀等設備和功能強大的軟件，已被全球范圍的用戶用于創作、處理和共享圖像、音頻、視頻等數字多媒體內容和作品。同時，隨著網絡通訊技術的蓬勃發展，多媒體數據的發布與交流空前普及，產生了大量如數字視頻出版(Digital?Video?Publications)、視頻點播(Video-On-Demand，VOD)和視頻會議(Videoconferences)的視頻多媒體應用。然而，數字多媒體作品易于修改、可完美復制以及世界范圍內幾乎不需要代價的分發的特性，使數字內容的版權保護及安全問題成為亟待解決的問題。

數字水印是保護數字媒體內容的有效與關鍵方法之一。與其他技術相比，數字水印具有不可感知、與宿主數據無縫結合以及不容易被去除和篡改等優點。數字水印的上述優點使其在多媒體版權保護和認證方面的應用日益廣泛，近十多年來引起了學術界的廣泛關注。

現有研究的數字水印大部分都是不可逆的，會對原始的宿主信息造成永久的改變。這在如軍事、法律、醫學和政府機要部門等敏感領域中，往往是不可接受的。為此，可逆水印技術隨之產生?？赡嫠〖夹g又稱可擦除水印技術，當把含有水印的載體信息傳送給檢測方之后，可首先提取出水印信息，并在確定了載體信息的完整性和可靠性之后，按照嵌入水印過程的逆操作，實現原始宿主信息的精準恢復。已有的可逆水印研究基本都基于靜態圖像，針對視頻特別是壓縮視頻的研究較少。

Hartung和Girod在“Watermarking?of?Uncompressed?and?Compressed?Video”(見SignalProcessing，1998，vol.66(3)，pp.283-301)一文中首次對普通壓縮視頻水印的漂移補償問題進行了研究。把從沒有加數字水印的比特流中進行重構的值與從含有數字水印的比特流中進行重構的值相減，得到一個差值，這個差值就是漂移補償信號。但由于其方法直接修改像素，引入漂移補償信號后需要經過有損的量化過程，并且不具備漂移補償信號移除機制，無法獲得精確的還原視頻，所以該方法不能直接運用到可逆視頻水印中。此外，由于可逆視頻水印的運動估計與補償必須以參考幀嵌入水印前的狀態做參考，失真漂移問題比普通視頻水印更加突出。因為視頻壓縮編碼涉及幀間運動估計與運動補償的重要環節，為滿足可逆的要求，幀間編碼的幀在做運動估計與補償時，必須以參考幀嵌入水印前的狀態為參考，而參考幀最終形成的碼流是嵌入水印后的碼流。這種差異在水印可逆提取時是可以恢復的，而在對嵌有水印的視頻進行正常的視頻解碼時，參考幀則會出現誤差。這種誤差使后續以其為參考幀的幀間編碼幀產生失真，而且失真具有擴散和累積效應，導致嵌有水印的視頻往往不能取得令人滿意的視覺效果，在水印嵌入的強度和容量大時則更是如此。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種可逆視頻水印無損漂移補償方法，該方法不僅可以對失真漂移進行補償，而且可以去除補償，明顯地提高嵌水印視頻在正常解碼時的視覺質量，使視頻信息精確還原。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種可逆視頻水印無損漂移補償方法，包括無損漂移補償及對應的無損漂移補償去除過程，兩者均以圖像組(Group?of?pictures，GOP)為單位，并只對其中的P幀進行補償，其中無損漂移補償的過程為：

(1)圖像組中的第一個視頻幀，即I幀，獨立編碼不參考其它幀，它在DCT變換和量化后再經過嵌入水印后得到嵌有水印的I幀DCT系數，并經過熵編碼作為嵌水印的壓縮視頻流輸出；

(2)嵌有水印的I幀DCT系數同時也經過逆量化和逆DCT變換后得到嵌有水印的I幀像素值，存于水印幀存中，它與原始幀存中的原始像素值求差，差值經過DCT變換和量化后形成漂移補償量，并輸出到漂移補償單元以備對下一視頻幀進行漂移補償；

(3)圖像組中的第二個視頻幀，即圖像組中的第一個P幀，參考I幀進行編碼，P幀在經過運動估計和運動補償后經過DCT變換和量化得到運動殘差的DCT系數，它在漂移補償單元按上一幀求得的漂移補償量進行補償，然后經過熵編碼形成嵌水印的壓縮視頻流；