[發(fā)明專利]H.264中基于視頻復(fù)雜度分析的魯棒數(shù)字水印嵌入方法

有效

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• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102801977A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣建國;宜曼;齊美彬;王慧莉;蘇京華;張國富;尤小泉;夏娜;蘇兆品
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥極光科技股份有限公司
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視頻水印方法領(lǐng)域，具體為一種H.264中基于視頻復(fù)雜度分析的魯棒數(shù)字水印嵌入方法。

背景技術(shù)

國內(nèi)外學(xué)者和研究機構(gòu)對圖像水印的研究已經(jīng)趨于完善，但對視頻數(shù)字水印的研究還相對滯后，尚未建立統(tǒng)一的評價標準，仍有待成熟。而現(xiàn)有的視頻水印算法大部分仍然采用圖像水印的技術(shù)，即在空域或變換域內(nèi)加載水印，而數(shù)字視頻文件除了繼承數(shù)字圖像文件二維的所有特征，還具有數(shù)字圖像所沒有的第三維的特征——時間域特征。這也就導(dǎo)致這類直接應(yīng)用圖像水印技術(shù)的視頻水印算法造成極大的資源浪費，同時對時間域上的攻擊（幀插入、幀刪除等）毫無魯棒性。如何利用視頻區(qū)別于圖像的時間特性，結(jié)合亮度、紋理、運動參數(shù)進行視頻序列復(fù)雜度分析，有針對性的選擇目標宏塊完成魯棒水印的嵌入，同時達到視覺質(zhì)量與算法魯棒性之間的平衡，是一個亟待解決的問題。

H.264標準基礎(chǔ)上視頻水印算法的發(fā)展還很緩慢，現(xiàn)有文獻的數(shù)量不多，其中鄭振東等人在H.264標準基礎(chǔ)上提出了一種基于運動矢量(Motion?Vector,?MV)域與DCT域的混合視頻水印方案。在DCT域內(nèi)通過二值水印的狀態(tài)調(diào)整DCT系數(shù)的零狀態(tài)。在運動矢量內(nèi)，將視頻幀沿中線劃分為左右兩個區(qū)域，根據(jù)水印狀態(tài)與子塊的橫向運動矢量的符號狀態(tài)，及該子塊所處的左右區(qū)域相匹配，來實現(xiàn)水印的嵌入與提取。

曹華等提出一種一種基于H.264低比特率視頻流的半脆弱盲水印方法，通過在H.264特有的的幀內(nèi)預(yù)測和運動向量預(yù)測中分別嵌入魯棒水印和脆弱水印，達到版權(quán)保護和內(nèi)容完整性認證的雙重目的。

總結(jié)以往的魯棒水印算法，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有算法都是通過在水印算法的復(fù)雜性上做工作來提高算法魯棒性，而忽略了對載體文件進行分析，水印在載體各部分均勻分布。而對于載體文件而言，各部分對于水印信息的包容性是不同的，也就是說，如果在不適合嵌入水印的部分強行加載水印信息，可能會導(dǎo)致算法災(zāi)難性的結(jié)果。原則上說，水印算法的魯棒性與透明性之間存在著此消彼長的矛盾，其性能需要在這二者之間進行折中。要想在保證魯棒性的基礎(chǔ)上，達到優(yōu)質(zhì)的視覺效果，需要對水印嵌入的載體文件進行合適的分析，找出適宜嵌入水印的部分，再對其進行魯棒算法的研究，在此基礎(chǔ)上嵌入水印勢才能夠達到了令人滿意的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種H.264中基于視頻復(fù)雜度分析的魯棒數(shù)字水印嵌入方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)魯棒水印算法會在不適合嵌入水印的視頻部分強行加載水印的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

H.264中基于視頻復(fù)雜度分析的魯棒數(shù)字水印嵌入方法，在進行H.264編碼操作的數(shù)字視頻中，數(shù)字視頻包含多幀圖像，每幀圖像在H.264編碼操作時被分解成多個宏塊，每個宏塊再次被按4×4分解成16個子塊，其特征在于：包括以下步驟：

（1）求得宏塊的圖像復(fù)雜度：將數(shù)字視頻每幀圖像中每個宏塊的各個子塊進行DCT變換后再進行zigzag掃描，得到每幀圖像中每個宏塊的各個子塊的DC系數(shù)、AC系數(shù)，根據(jù)每幀圖像中每個宏塊的各個子塊的DC系數(shù)計算得到每幀圖像中每個宏塊的圖像復(fù)雜度；

（2）求得宏塊的像素變化速率均方差：根據(jù)數(shù)字視頻每幀圖像中每個宏塊各個子塊的像素變化速率，計算得到每幀圖像中每個宏塊的像素變化速率均方差，所述像素變化速率指單位時間內(nèi)相同位置上像素的變化量；

（3）確定特征宏塊：根據(jù)經(jīng)驗分別設(shè)定數(shù)字視頻圖像復(fù)雜度和像素變化速率均方差的閾值，將如步驟（1）、（2）得到的數(shù)字視頻每幀圖像中每個宏塊的圖像復(fù)雜度、像素變化速率均方差分別與對應(yīng)的閾值比較，如果其中一個宏塊的圖像復(fù)雜度、像素變化速率均方差中任意一個大于其對應(yīng)的閾值，則認為該宏塊視頻復(fù)雜度高，選取該宏塊為數(shù)字視頻的特征宏塊；?

（4）幀內(nèi)嵌入水?。涸谔卣骱陦K中，按與斜對角線平行的多個線條將子塊的DCT系數(shù)劃分為7個能量子帶，選出中頻AC系數(shù)所在的4個能量子帶用于水印的嵌入，將4個能量子帶的中頻AC系數(shù)分為三組，比較每組中各個子塊的中頻AC系數(shù)的最大值和最小值，再對三組中頻AC系數(shù)的最大值取最小后記為相對最大值，同時對三組中頻AC系數(shù)的最小值取最大記為相對最小值，最后通過調(diào)制特征宏塊中各個子塊中頻AC系數(shù)的大小來改變所述相對最大值和相對最小值的大小，進而完成水印的嵌入。