[發明專利]基于AVS標準的自適應魯棒視頻水印方法

有效

• 申請號: 201110180241.5
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102238388A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 同鳴;朱凱;欒英姿;姬紅兵
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50;G06T1/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于信息處理技術領域，涉及水印嵌入位置的自適應選擇和水印嵌入強度的自適應控制，可用于對AVS數字視頻產品進行有效的版權保護。

背景技術

網絡技術的發展和計算機的普及，為人們獲取信息提供了方便的渠道，人們可以在網絡上輕易地獲得各種多媒體信息，但隨之而來的多媒體產品盜版問題也變得日益嚴重，解決版權保護問題迫在眉睫。目前用于版權保護的技術主要有：密碼技術、數字簽名和數字水印技術，其中密碼技術和數字簽名發展已經較為成熟。密碼技術需要將信息加密成密文，隨著計算機處理能力的不斷提高，密碼的設計面臨嚴峻挑戰，且加密文件極易引起攻擊者的注意，隱蔽性差。數字簽名技術根據原始信息生成數字簽名，在信息傳輸時將數字簽名附在原始信息的后面，因而在傳輸時需要額外的信道帶寬，而且容易被去除。數字視頻水印技術將水印嵌入在宿主視頻中，通過提取水印進行版權認證和保護，一方面隱藏了信息的存在性，因而具有良好的隱蔽性，另一方面，與宿主視頻緊密結合，無需額外傳輸帶寬，魯棒性強。由于以上特點，數字水印技術作為版權保護的一種有效技術，已成為信息處理領域的研究熱點。

目前已提出的視頻水印方法有：

1.Satyen?Biswas.An?adaptive?compressed?MPEG-2?video?watermarking?scheme.IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement，2005，5(55)：1853-1861，該方法通過修改子塊離散余弦變換的中頻系數嵌入水印，利用紋理復雜度以調整水印嵌入強度，但水印嵌入位置不能自適應調整，將水印嵌入在中頻系數上，雖然保證了一定的透明性，但不能滿足較高魯棒性要求，AVS使用的是整數離散余弦變換，因此不適用于AVS標準的視頻產品。

2.Jing?Zhang，A.T.S.Ho，G?Qiu.Robust?video?watermarking?of?H.264/AVC.IEEE?Transactions?on?Circuits?and?Systems-II：Express?Briefs，2007，54(2)：205-209，該方法與H.264/AVC標準相結合，綜合紋理和亮度特征以控制水印嵌入強度，將水印嵌入在4×4分塊的離散余弦變換低頻系數上，具有一定的魯棒性，但不滿足AVS編解碼所要求的8×8分塊要求，不適用于AVS標準的視頻產品。

綜上所述，現有視頻水印方法主要具有以下不足：1)與MPEG等國際視頻編解碼標準緊密結合，不適用于具有我國自主知識產權的新一代AVS音視頻編解碼標準；2)雖然具有較強的魯棒性，但水印嵌入提取算法復雜度高，不能滿足視頻實時處理需求；3)水印嵌入、提取自適應程度不夠；4)沒有使用人眼視頻掩蔽模型。

發明內容

本發明針對上述已有技術不足，提出了一種基于AVS標準的自適應魯棒視頻水印方法，緊密結合AVS標準，水印嵌入、提取過程簡單，水印嵌入位置和強度自適應，同時滿足了透明性、魯棒性、實時性和盲提取需求，可為具有我國自主知識產權的AVS視頻產品提供有效的版權保護。

實現本發明的技術關鍵是水印嵌入策略的選擇，包括：水印嵌入位置的自適應選擇和嵌入強度的自適應控制。本發明水印嵌入首先根據Watson模型計算視頻I幀各子塊對應的離散余弦變換低頻系數掩蔽值，然后對子塊能量由大到小排序，選擇大能量子塊作為水印待嵌入位置，密鑰保存；利用低頻系數視覺掩蔽值自適應控制水印嵌入強度，實施水印嵌入操作。水印提取是嵌入的逆過程，首先根據密鑰找到嵌入水印子塊，然后通過比較子塊離散余弦變換低頻系數與閾值的關系提取水印。具體實現步驟包括如下：

一、水印嵌入

(1)將水印圖像二值化處理，生成長度為n的二進制水印序列w，其中，n取4096；

(2)將原始視頻v，根據AVS編碼標準，每隔9幀選取第一個視頻幀作為I幀，再將I幀分成一系列互不重疊的8×8子塊，對每個8×8子塊分別進行離散余弦變換，即DCT變換；

(3)根據各個子塊DCT變換后的系數值，利用Watson模型計算出I幀內所有子塊的掩蔽值α；

(4)根據每個子塊DCT變換后的交流系數，計算每個子塊的DCT變換后交流系數的平方和作為該子塊的能量值；

(5)根據子塊能量由大到小排序，選擇大能量子塊作為水印嵌入位置loc，密鑰保存；