[發明專利]基于MPEG-2標準的實時數字視頻水印方法

有效

• 申請號: 201010207724.5
• 申請日: 2010-06-24
• 公開（公告）號: CN101860743A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 高飛;趙杰;周幸福;蘇廣川
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04N7/50
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;楊志兵

技術領域

本發明涉及數字視頻水印方法，尤其涉及基于MPEG-2標準的數字視頻水印方法，屬于數字視頻處理領域。

背景技術

隨著網絡通信的普及，許多傳統媒體內容都向數字化轉變，并且在電子商務中即將占據巨大市場份額，如mp3的網上銷售，數字影院的大力推行，網上圖片、電子書籍銷售等等，在無線領域，隨著移動網絡由第二代到第三代的演變，移動用戶將能方便快速的訪問因特網上數字媒體內容，基于有線或無線網絡的數字媒體內容的應用即將是信息時代新的傳統。但是，數字媒體內容的安全問題成了瓶頸問題，制約著眾多商業應用的進程。雖然成熟的密碼學是解決當前網絡信息安全的主要手段，但是，對于多媒體內容存在兩大問題。一是數字媒體內容的超分布(Superdistribution)問題，即內容一旦解密，便可以隨意的被拷貝、傳播，快速發展的網絡為非法傳播提供很大便利，給媒體內容制造商造成了巨大損失，從而制約著數字多媒體應用的進行；二是多媒體內容的訪問控制問題，因為多媒體內容(如視頻流)的加密解密需要巨大的運算負荷，并且難以滿足應用的時效性。數字水印作為一項很有潛力的解決手段，最近幾年成為了商業界和學術界共同關注的焦點，如拷貝保護技術工作組(CPTWG，Copy?Protection?Technique?Working?Group)從1995年開始致力于基于DVD的視頻版權保護研究，安全數字音樂創始(SDMI，Secure?Digital?Music?Initiative)從1999年開始研究音頻的版權版護，數字水印是其中的核心關鍵技術。

數字水印(Digital?Watermarking)是往多媒體數據(如圖像、聲音、視頻信號等)中添加某些數字信息(水印)而不影響原數據的視聽效果(此處我們只討論人們普遍關心的不可見水印)，并且這些數字信息可以部分或全部從混合數據中恢復出來，以達到版權保護等作用。水印算法識別被嵌入到保護對象中的所有者的有關信息(如注冊的用戶號碼、產品標志或有意義的文字等)并能在需要的時候將其提取出來，用來判別對象是否受到保護，并能夠監視被保護數據的傳播、真偽鑒別以及非法拷貝控制等，這實際上是發展水印技術的基本動力。

視頻水印是數字水印技術最具應用前景的方向，而MPEG-2則是當今世界廣播數字電視最流行的視頻編解碼格式，因此基于MPEG-2標準的視頻水印算法研究有著重要的意義和實用價值。雖然現如今一些基于MPEG-2標準的視頻水印算法已經具有一定的保護能力，但是魯棒性和不可見性問題仍然沒有得到完美的解答，在算法和實際應用的結合方面，還存在著相當多的障礙，這也是視頻水印之所以很少具有實際應用功能的重要原因。

目前國際上關于視頻魯棒水印的研究成果里，也有部分能同時抵抗多種類型的失真問題的方法。如：

Jaap?Haitsma提出了通過調制每一幀的平均亮度，按幀嵌入水印信息的水印方法。該方法可以較好的抵抗多種類型的空間同步失真，但是抗有損壓縮等光度失真的能力較弱。Song?Maodong等提出的基于能量的水印方法，可以抵抗多種幾何變換導致的空間同步失真，但是不能抵抗剪裁導致的空間同步失真，對于光度失真的抵抗力一般。此外，該方法需要對每一幀圖像做整體離散傅里葉變換，計算量很大。

牛夏牧等提出的沿時間軸嵌入水印的方法，可以抵抗一定頻率的丟幀導致的時間同步失真，可以抵抗多種幾何變換導致的空間同步失真，對于有損壓縮導致的光度失真，也有較好的抵抗力。但是該方法選擇水印嵌入點的方法太復雜，而且不能抵抗各類能導致水印嵌入點在幀內產生相對偏移的空間同步失真。陳真勇等提出了能同時較好的抵抗空間同步失真和輕度的時間同步失真的水印方法。但是當視頻畫面變化較快、或者視頻水印序列較長時，水印相關性檢測失效概率非常高。這樣實際有效地視頻水印序列必然很短，這就導致水印空間很小，容易遭受窮舉方式的攻擊，而且檢測的徐勁旅就比較高。此外，該方法對于抵抗光度失真的能力較弱。

Hans?Jung等提出的基于“場景”的視頻水印方法，可以較好的抵抗多種類型的時間同步失真和簡單幾何變換導致的空間同步失真。但是該方法計算量大，且視頻質量下降明顯。孫建德等提出的基于ICA提取視頻特征的水印方法，可以較好地抵抗多種類型的時間同步失真，還可以抵抗常見的光度攻擊，如壓縮等。但對于空間同步失真則沒有抵抗力。