[發明專利]基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法

在審

• 申請號: 202111364835.1
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114205644A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 錢陽;周潔;劉建榮
• 申請（專利權）人: 江蘇水印科技有限公司
• 主分類號: H04N21/234
• 分類號: H04N21/234;H04N21/44;H04N21/8358
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙) 32274
• 代理人: 田沛沛;王云

1.一種基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于，包括：首先，利用視頻幀內的信息相似性，使用抵抗幾何攻擊和壓縮攻擊的圖像水印在每一幀內嵌入1bit數據；對不同區域的像素值根據其鄰域的復雜度，選擇不同的嵌入強度，然后在同一時間段內的所有幀重復嵌入相同的水印信息；然后利用眼對亮度的變化比較敏感，而對色彩的變化比較遲鈍的特性，將水印通過U通道進行嵌入。

2.根據權利要求1所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：具體包括以下步驟：視頻分段、幀分區、像素分類、數據嵌入與數據提取；

S1，視頻分段：將視頻按照時間分割成多個視頻片段，每個片段的時間長度相同；

S2，幀分區：先將幀分為nxn個小塊，然后將這些小塊隨機分為兩組，就是將每一幀的像素分為兩組；

S3，像素分類：首先計算出載體圖像上每一個像素的鄰域復雜度，也就是像素所在區域的平滑程度。然后根據預先設置好的N個閾值參數，根據所在區域的平滑程度，將像素分成N+1類，相同類別的像素的鄰域復雜度是相近的；

S4，數據嵌入：根據水印信息，對每一幀的兩組像素值作不同的修改，使其中一組像素的像素值增加，另一組像素的像素值減少，每一個像素值的修改程度由其平滑程度所決定；

S5，數據提取：首先計算含水印視頻每一幀圖像兩組像素值之間的差異性，檢測視頻每一幀內所嵌入的數據，然后采用多數裁決制判斷每一個小的視頻片段被嵌入了哪種信息。

3.根據權利要求2所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：步驟S1中，根據預先設定好的T值，將視頻按照時間T分為若干個片段，每一個片段中嵌入相同的水印信息。

4.根據權利要求2所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：步驟S3中，首先，在嵌入時需要更改每一個像素的像素值，那么對于每一個像素x，需要計算x的鄰域復雜度，在計算鄰域復雜度時，先計算像素x的豎直方向和水平方向相鄰兩個像素的差分，接下來將差分的絕對值相加之和作為當前像素x的鄰域復雜度。

5.根據權利要求4所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：計算得到所有的像素的鄰域復雜度以后，根據預先設計好的N個閾值參數T₁,……T_N，將其中鄰域復雜度大于等于0小于T₁的像素集合記為W₁、鄰域復雜度大于等于T₁小于T₂的像素記為W₂，以此類推，鄰域復雜度大于等于T_N的像素集合記為W_N+1。這種分類方法將圖像像素根據周邊鄰域的平滑性進行了劃分，得到了N+1類像素集合W₁,……,W_N+1；然后對這N+1組像素設定不同的嵌入強度W_1,W₂,……,W_N+1，其中W₁＜W₂,……＜W_N+1。

6.根據權利要求1所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：步驟S4中，數據嵌入時，首先是單幀嵌入，在對每一幀的像素進行分區并根據每個像素復雜度對像素進行分類之后，按照如下公式通過像素值的修改實現水印的嵌入：

其中，和分別為嵌入前后第i幀坐標為(x,y)的像素值，β為人為調整的嵌入強度，α_x,y為坐標為(x,y)的區域復雜度所對應的嵌入強度，且α_x,y∈{w₁,w₂…w_n+1}；b_i為該幀所嵌入的水印信息且b_i∈{0,1}；

然后是整體嵌入，即在對視頻進行分段之后，在每一段內的所有幀嵌入相同的1bit數據。

7.根據權利要求1所述的基于幀內差的空域魯棒視頻水印嵌入與提取方法，其特征在于：步驟5中，首先提取出每一幀所嵌入的信息，提取公式如下：

其中

式中，為含水印視頻第i幀坐標為(x,y)的像素值，α_x,y為坐標為(x,y)的像素所屬于的區域，如果在區域A中，則α_x,y＝1，如果在區域B中，則α_x,y＝-1；在對每一幀進行提取之后，會得到比特串由于在嵌入時每一個時間段內的所有幀都嵌入了相同的信息，因此在提取時需要判斷每一個時間段提取到的0和1的數目，采用多數裁決制來判斷該時間段嵌入的信息，最終得到全部提取到的水印。