[發明專利]基于內容解析和感知分層的水印嵌入方法及裝置

有效

• 申請號: 201210518446.4
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103854248B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 楊成;張亞娜;李偉;楊秋;皮婉素;李晨;聶艷龍
• 申請（專利權）人: 中國傳媒大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司11327
• 代理人: 許向彤

技術領域

本發明涉及一種基于內容解析和感知分層的水印嵌入方法及裝置。

背景技術

數字水印技術作為信息隱藏技術的一個分支，在為數字產品版權保護提供有效技術手段方面具有天然優勢。利用數字水印技術將特定的版權信息隱藏到原始數字視頻內容（例如電視節目）中，在保證其不可見的前提下（即，滿足低感知性，不影響原作品的品質），使原作品高清、高保真，經過常規的電視節目發布和信號傳輸，仍可提供正常的節目觀看。僅在必要時，被提取出來以提供相應的版權證明。在諸如電視節目的數字視頻內容的發布和傳輸過程中，數字視頻內容連同其中隱藏的數字水印被處理（例如，壓縮、加噪等）或會受到盜版者的非法攻擊，使得水印受到一定程度的破壞。因此需要設計出具有低感知度同時具有強魯棒性的數字水印。

在現有技術中，以數字視頻水印為例，采用如下方法對數字視頻進行版權保護。首先，提取原始數字視頻序列中的一幀畫面Y，將該幀畫面的各個像素的亮度信息陣列記為I。將I從空間域變換到頻域，例如，可以通過余弦變換（DCT）或小波變換（DWT）進行從空間域到頻域的變換。然后，計算水印強度參數，用于確定水印嵌入的強度。在利用感知掩蔽模型進行水印的嵌入時，要計算的水印強度參數是最小可察覺失真(Just Noticeable Difference)，簡稱JND值，也被表達為感知閾值PER。另外，利用熵掩蔽模型確定水印的嵌入時，計算熵值ENT。JND值和熵值ENT是水印嵌入參數，也就是說，水印嵌入強度取決于JND值或熵值ENT。最后根據JND值或熵值ENT，在亮度集合I的頻域系數中嵌入水印。

在數字水印嵌入技術中，小波分解是一種常用的空域、頻域變換的方法。圖1示意性地示出了對畫面Y的亮度集合I進行一級小波變換后的小波系數陣列，從圖中可以看到，小波系數的感知方向s包括4個部分：LL、LH、HL和HH。在上述數字水印嵌入方法中，可以根據需要做多級小波分解。

現有的水印嵌入方法在一定程度上兼顧了水印的低感知性和強魯棒性。然而，現有的感知掩蔽模型或熵掩蔽模型大多使用基于像素的全局統計特性，這樣計算出來的JND值并不能準確反應人眼的視覺感知，如圖像/視頻中某些區域雖然具有高信息熵，但人眼對其內容的關注度卻很低，這樣的信息度量值，容易對水印的嵌入產生誤導，并導致魯棒性能和感知性能的下降。

發明內容

本發明的一個方面提出一種改進的水印嵌入方法，在對數字圖像，即其集合I做小波變換前，對集合I進行分解，即，進行內容解析，得到基元信息I_WS和紋理信息且滿足分別求得基元信息I_WS的水印強度參數（例如，PER或ENT）和紋理信息的水印強度參數（例如，PER或ENT），對兩個水印強度參數值合并。

本發明的一個實施例提供了一種基于內容解析和感知層級的水印嵌入方法，包括：對數字圖像進行分解，以獲得基元信息和紋理信息；分別對基元信息和紋理信息進行小波變換，以得到基元信息的小波系數和紋理的小波系數；利用感知掩蔽模型分別計算基元信息的小波系數和紋理信息的小波系數的JND值，即，JND_WS和對JND_WS和如下進行合并以得到最終的感知閾值：

其中，l為感知層級，s為感知方向，m、n為常數；并且根據計算得到的將水印嵌入到所述數字圖像中。

在上述實施例中，m、n的值優選為以下值從而使嵌入的水印具有較好的低感知性和魯棒性

本發明的另一個實施例提供了一種基于內容解析和感知層級的水印嵌入方法，包括，對數字圖像進行分解，以獲得基元信息和紋理信息；分別對基元信息和紋理信息進行小波變換，以得到基元信息的小波系數和紋理的小波系數；利用熵掩蔽模型分別計算基元信息的小波系數和紋理信息的小波系數的熵值，ENT_WS和對ENT_WS和如下進行合并以得到最終的熵值：

其中，l為感知層級，s為感知方向，m、n為常數，n≥0.9，0<m≤0.1；并且根據計算得到的熵值將水印嵌入到所述數字圖像中。

本發明的另一實施例提供了一種水印嵌入方法，包括：采用感知掩蔽模型計算數字圖像的小波系數的感知閾值利用熵掩蔽模型計算所述數字圖像的小波系數的熵值使用下述公式計算得到經熵值調制的水印強度參數JND值：

其中，l為感知層級，s為感知方向，ρ為常數；根據計算得到的將水印嵌入到所述數字圖像中。