專利名稱：一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多媒體信號(hào)處理方法，尤其是涉及一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字多媒體產(chǎn)品(如圖像、音頻和視頻等)的傳輸、分發(fā)、存儲(chǔ)和處理變得越來(lái)越方便和快捷，這給人們的工作和生活帶來(lái)巨大便利；但同時(shí)也導(dǎo)致了這些信息的盜版、非法篡改等嚴(yán)峻問題。
作為數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的有效解決方案，數(shù)字水印技術(shù)是多媒體信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于數(shù)字視頻在各種多媒體信息中占據(jù)重要的位置，因此視頻水印技術(shù)成為信息安全領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。近年來(lái)，由于全息圖具有加密、難以被篡改和不可撕毀(即部分全息圖能再現(xiàn)整幅全息圖的全部?jī)?nèi)容)等特性，因此數(shù)字全息技術(shù)被引入到數(shù)字水印領(lǐng)域，并顯示出極大的潛力，成為信息安全領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
然而，在現(xiàn)有的全息水印方案中，全息水印一般都會(huì)伴有共軛像的干擾，降低了水印的嵌入容量和提取質(zhì)量。相息圖是一種只能由計(jì)算機(jī)生成的全息圖。與傅里葉變換全息圖等相比，因?yàn)橄嘞D包含的空間頻率成分全都用于單個(gè)像，所以不存在帶寬浪費(fèi)現(xiàn)象，也不需考慮分離共軛像的問題，因此在數(shù)字全息水印領(lǐng)域具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)嵌入策略，視頻水印技術(shù)主要分為基于原始視頻方法和基于壓縮視頻方法兩類。其中，基于原始視頻的水印技術(shù)是在原始視頻的圖像序列中實(shí)現(xiàn)水印信息的嵌入，而基于壓縮視頻的水印技術(shù)則與某種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，在壓縮視頻中嵌入水印信息。
姚志強(qiáng)等在中國(guó)專利201110373336.9中提出一種基于光流法與數(shù)字全息的視頻水印方法。該方法首先在視頻序列時(shí)間軸上利用局部光流信息檢測(cè)出視頻的關(guān)鍵幀，然后利用全息技術(shù)得到原始水印圖像的菲涅耳全息圖，之后將其嵌入宿主視頻關(guān)鍵幀的離散余弦變換域的中頻系數(shù)，并保存水印添加的位置和原來(lái)關(guān)鍵幀中的邊信息以用于水印的檢測(cè)。然而，該方法在提取水印時(shí)需要用到原始關(guān)鍵幀中的邊信息等大量原始視頻數(shù)據(jù)，因此不能有效地實(shí)現(xiàn)盲檢測(cè)，難以實(shí)際應(yīng)用；此外，由于該方法在關(guān)鍵幀的離散余弦變換域的中頻系數(shù)嵌入全息水印，因此抗H.264壓縮、MPEG2/MPEG4壓縮、幀平均等攻擊的魯棒性較弱。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有良好不可感知性、能有效抵抗各種攻擊的一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法。
本發(fā)明包括以下步驟:
I) 一個(gè)使用計(jì)算機(jī)制作基于Gyrator變換的相息圖的步驟,將制作的相息圖作為嵌入到載體視頻的水印信 息序列；
2) 一個(gè)將相息圖嵌入載體視頻的步驟；
3) 一個(gè)水印檢測(cè)算法的步驟:判斷一個(gè)視頻是否包含所述水印信息；
4) 一個(gè)相息圖的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)步驟:在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)所提取水印的內(nèi)容。在步驟I)中，所述使用計(jì)算機(jī)制作基于Gyrator變換的相息圖的方法可包括以下步驟:(I)首先以隨機(jī)初始相位分布P(x，J) (P(u)e
)和已知的振幅分布(原始水印圖像f，f為實(shí)函數(shù))構(gòu)成物面波前函數(shù)^^力—/… ^^其中π為圓周率，e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，(X, y)為空域坐標(biāo)；(2)對(duì) g(x，y)進(jìn)行 Gyrator 變換(GT)得變換頻譜 G(u, V):G(u, v) = GTa (g(x,y))其中a為變換階次，(U，V)為頻譜域坐標(biāo)；(3)在頻譜平面引入限制條件:令G(u，V)保持相位不變并置其振幅為常數(shù)，從而構(gòu)成新的頻譜函數(shù)G’(U，V):G，(U，V) = ξ θΦ(ι1’ν)式中ξ為常數(shù)，Φ (u, v)為G(u，v)相位函數(shù)；(4)對(duì)G’ (u, v)進(jìn)行變換階次為a的逆Gyrator變換(GiT1)得到復(fù)函數(shù)g’ (x, y)；(5)取g’(x，y)的相位函數(shù)P’(U)和原始水印圖像f構(gòu)成新的波函數(shù)作為下一次迭代的物面波前函數(shù)，即=I / I;(6 )步驟(2 ) (5 )反復(fù)迭代直至算法收斂到設(shè)定值或達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)，最后將迭代所得的相位信息量化為256灰度級(jí)并保存為灰度圖像，所述灰度圖像即為原始水印圖像的相息圖，從而實(shí)現(xiàn)基于Gyrator變換`的相息圖的制作。Gyrator變換的變換階次可作為密鑰增強(qiáng)相息圖的安全性。在步驟2)中，所述將相息圖嵌入載體視頻的方法可采用水印嵌入算法，包括以下步驟:(I)讀取原始彩色載體視頻H，并計(jì)算該視頻的視頻幀的寬M、高N及其總數(shù)量P，H= {h(i，j，t) 11彡i彡M，I彡j彡N，I彡t彡P(guān)}為待保護(hù)的原始彩色視頻，其中(i，j)為視頻幀的像素的坐標(biāo)位置，t為視頻幀的序號(hào)；(2)生成隨機(jī)正整數(shù)序列:Q= {q(s) | 8 ^ q(s) ^ 16, I ^ s ^ T, int (P/16) ^ T ^ int (P/8), q(l)+q⑵+…+q(T) = P}，其中s為Q的元素的序號(hào)，q(s)為Q的第s個(gè)元素，T為Q的元素個(gè)數(shù)，int O為取整函數(shù)；(3)根據(jù)序列Q沿時(shí)間軸將原始視頻H分割為T個(gè)互不重疊的圖像組(Group ofPicture,簡(jiǎn)稱GOP)集合Y = {y(s) | I彡s彡T},其中y (s)為第s個(gè)GOP,且y(s)含有q(s)幅視頻巾貞;(4)將每個(gè)GOP中的所有視頻巾貞都分解為紅色(Red,簡(jiǎn)稱R)、藍(lán)色(Blue,簡(jiǎn)稱B)、綠色(Green,簡(jiǎn)稱G)三個(gè)通道；(5)對(duì)每個(gè)GOP中的所有B通道都進(jìn)行k級(jí)小波分解得逼近子圖集合A = {LLk(m，n，z，s) |1彡m彡M/2k，I彡η彡N/2k，I彡ζ彡q(s)，I彡s彡T}，其中k為正整數(shù)，(m, η)為逼近子圖的像素的坐標(biāo)位置，ζ表示GOP中視頻幀的序號(hào)，即LLk (m, η, z, s)表示第s個(gè)GOP中的第Z幅視頻幀的B通道的第k級(jí)小波逼近子圖的第(m，η)個(gè)像素；
(6)讀取由步驟I)所制作的相息圖W = {w(m, η) 11彡m彡M/2k, I彡η彡N/2k}，其中(m，n)為相息圖像素的坐標(biāo)位置并與逼近子圖的坐標(biāo)位置相應(yīng)，即w(m，η)表示相息圖的第(m，η)個(gè)像素；
(7)將相息圖嵌入到變換后的GOP的逼近子圖，公式為:
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，其特征在于包括以下步驟: 1)一個(gè)使用計(jì)算機(jī)制作基于Gyrator變換的相息圖的步驟，將制作的相息圖作為嵌入到載體視頻的水印信息序列； 2)一個(gè)將相息圖嵌入載體視頻的步驟； 3)—個(gè)水印檢測(cè)算法的步驟:判斷一個(gè)視頻是否包含所述水印信息； 4)一個(gè)相息圖的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)步驟:在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)所提取水印的內(nèi)容。
2.如權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，其特征在于在步驟I)中，所述使用計(jì)算機(jī)制作基于Gyrator變換的相息圖的方法包括以下步驟: (1)首先以隨機(jī)初始相位分布爐U.，_>，)(爐(x,j，)e
)和已知的振幅分布(原始水印圖像為實(shí)函數(shù))構(gòu)成物面波前函數(shù)g(U) =|/IeyWM，其中J1為圓周率，e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，(x, Y)為空域坐標(biāo)； (2)對(duì)g(x,y)進(jìn)行Gyrator變換(GT)得變換頻譜G(u, V):G (U，V) = GTa (g(x, y)) 其中a為變換階次，(U，V)為頻譜域坐標(biāo)； (3)在頻譜平面引入限制條件:令G(u，v)保持相位不變并置其振幅為常數(shù)，從而構(gòu)成新的頻譜函數(shù)G’(U，V):G，(U，V) = ξ e (u,v) 式中ξ為常數(shù)，Φ (U，V)為G(U，V)相位函數(shù)； (4)對(duì)G’(U，V)進(jìn)行變換階次為a的逆Gyrator變換(GT—1)得到復(fù)函數(shù)g’(x, y)； (5)取g’(x, y)的相位函數(shù)和原始水印圖像f構(gòu)成新的波函數(shù)作為下一次迭代的物面波前函數(shù)，即g(U) =I / \eivXx-y)； (6 )步驟(2 ) (5 )反復(fù)迭代直至算法收斂到設(shè)定值或達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)，最后將迭代所得的相位信息量化為256灰度級(jí)并保存為灰度圖像，所述灰度圖像即為原始水印圖像的相息圖，從而實(shí)現(xiàn)基于Gyrator變換的相息圖的制作，Gyrator變換的變換階次可作為密鑰增強(qiáng)相息圖的安全性。
3.如權(quán)利要求1 所述一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，其特征在于在步驟2)中，所述將相息圖嵌入載體視頻的方法是采用水印嵌入算法，包括以下步驟: (O讀取原始彩色載體視頻H，并計(jì)算該視頻的視頻幀的寬M、高N及其總數(shù)量P，H ={h(i，j，t) 11 i M，I j N，I t P}為待保護(hù)的原始彩色視頻，其中(i，j)為視頻幀的像素的坐標(biāo)位置，t為視頻幀的序號(hào)； (2)生成隨機(jī)正整數(shù)序列:Q= {q (s) I 8 彡 q (s)彡 16，I 彡 s 彡 T, int (P/16)彡 T 彡 int (P/8)，q (I) +q ⑵ +...+q (T)=P}， 其中S為Q的元素的序號(hào)，q(s)為Q的第s個(gè)元素，T為Q的元素個(gè)數(shù)，int O為取整函數(shù)； (3)根據(jù)序列Q沿時(shí)間軸將原始視頻H分割為T個(gè)互不重疊的圖像組(GroupofPicture,簡(jiǎn)稱GOP)集合Y = {y(s) | I彡s彡T},其中y (s)為第s個(gè)GOP,且y(s)含有q(s)幅視頻巾貞;(4)將每個(gè)GOP中的所有視頻巾貞都分解為紅色(Red,簡(jiǎn)稱R)、藍(lán)色(Blue,簡(jiǎn)稱B)、綠色(Green,簡(jiǎn)稱G)三個(gè)通道； (5)對(duì)每個(gè)GOP中的所有B通道都進(jìn)行k級(jí)小波分解得逼近子圖集合A= {LLk(m，η, ζ，s) |1≤m≤M/2k，1≤η≤N/2k，1≤ζ≤q(s)，1≤s≤Τ}，其中k為正整數(shù)，(m, η)為逼近子圖的像素的坐標(biāo)位置，ζ表示GOP中視頻幀的序號(hào)，即LLk(m，n, z, s)表示第s個(gè)GOP中的第ζ幅視頻幀的B通道的第k級(jí)小波逼近子圖的第(m，η)個(gè)像素； (6)讀取由步驟I)所制作的相息圖W= {w(m, η) 11≤m≤M/2k, 1≤η≤N/2k}，其中(m，n)為相息圖像素的坐標(biāo)位置并與逼近子圖的坐標(biāo)位置相應(yīng)，即w(m，η)表示相息圖的第(m, η)個(gè)像素； (7)將相息圖嵌入到變換后的GOP的逼近子圖，公式為:
4.如權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，其特征在于在步驟3)中，所述水印檢測(cè)算法的具體步驟為: (O根據(jù)序列Q沿時(shí)間軸將含水印的視頻H’分割為互不重疊的G0P，其中第s個(gè)GOP含有q(s)幅視頻巾貞； (2)將每個(gè)GOP中的所有視頻幀都分解為R、G、B三個(gè)通道并對(duì)B通道進(jìn)行k級(jí)小波分解得逼近子圖集合A’ = {LL’ k(m, η, z, s) 11 ≤m≤M/2k, 1 ≤n≤N/2k, 1 ≤ z≤ q(s), 1 ≤T}，然后根據(jù)下式提取相息圖水印:
5.如權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，其特征在于在步驟4)中，所述相息圖的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)的具體步驟為: 將提取得到的相息圖水印(m, n, s)作為e的相位，然后根據(jù)下式進(jìn)行變換階次為α的逆Gyrator變換再現(xiàn)原始水印圖像: wm(m, n, s) = GT_a [ew> (m'n,s)] 其中wm(m, n, s)表示從第s個(gè)GOP中提取得到的相息圖水印的再現(xiàn)像的第(m, η)個(gè)像素。
全文摘要
一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法，涉及一種多媒體信號(hào)處理方法。提供具有良好不可感知性、能有效抵抗各種攻擊的一種應(yīng)用相息圖的數(shù)字視頻水印方法。1)一個(gè)使用計(jì)算機(jī)制作基于Gyrator變換的相息圖的步驟，將制作的相息圖作為嵌入到載體視頻的水印信息序列；2)一個(gè)將相息圖嵌入載體視頻的步驟；3)一個(gè)水印檢測(cè)算法的步驟判斷一個(gè)視頻是否包含所述水印信息；4)一個(gè)相息圖的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)步驟在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)所提取水印的內(nèi)容。
文檔編號(hào)H04N7/26GK103179406SQ20131012596
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者李建忠, 肖剛 申請(qǐng)人:韓山師范學(xué)院