[发明专利]基于运动区域定位的视频水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于运动区域定位的数字视频水印技术，属于视频、多媒体信号处理技

术领域。

它充分考虑了人眼对运动区域及其邻近区域的变化敏感性相对较低的视觉特性，通过运动区域的定位，将水印嵌入视频帧的运动区域内，且采用基于视觉模型的QIM算法，在保证水印不可见的前提下，使水印具有较高的鲁棒性。

背景技术

随着网络技术和多媒体技术的飞速发展，人们的日常生活与工作越来越趋向于数字化和网络化，多媒体数据逐渐成为人们获取信息的重要来源。人们不但可以通过网络获取与原始数据完全相同的复制品，而且可以毫无限制地编辑、修改、拷贝和散布这些多媒体信息，由此引起的信息安全问题、盗版问题和版权纠纷问题成为影响社会安定的因素。在这种背景下，数字水印技术作为信息保护的重要手段被广泛应用于数字产品的版权保护、发布追踪及身份认证等研究课题中去。

近年来数字水印技术取得了很大的发展，但研究主要集中于静止图像水印技术。在视频水印研究方面，由于包括空间掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，一些针对视频水印的特殊攻击形式(如帧交换、帧裁剪、帧删除等)的出现，以及视频水印算法的实时性和盲检测等特点使得视频水印研究发展相对滞后。目前视频水印算法主要分为三类：在原始视频中嵌入水印，在压缩视频中嵌入水印，及在编码压缩时嵌入水印。原始视频水印嵌入的算法比较简单，复杂度相对较低，水印嵌入的方法也比较多，可以充分利用静止图像的水印技术，且算法比较成熟，但是，对已压缩的视频需要先解码，嵌入水印后再重新编码，往往会影响视频的质量及水印的鲁棒性和不可见性。压缩视频水印嵌入的算法没有解码和再编码的过程，因而不会造成视频质量的下降，但由于压缩比特率的限制而限定了嵌入水印数据量的大小，嵌入水印的强度受视频解码误差的约束，嵌入后的效果可能出现可察觉的变化。在编码压缩时嵌入水印，一般考虑与某种动态图像专家组(MPEG)编码标准相结合，如常见的MPEG-1、MPEG-2或MPEG-4，其算法的嵌入和提取处理可以比较简单，能够实现水印嵌入和提取的实时处理，但它需要修改编码器和解码器，而且存在画面组(GOP)的误差积累，导致视频质量的降低。

发明内容

本发明针对目前原始视频水印嵌入算法存在的不足，提供一种基于运动区域定位的视频水印方法，此方法对水印的鲁棒性及不可见性有极大的改善与提高。

本发明提出的基于运动区域定位的视频水印方法包括以下步骤：

(1)运动区域定位，提取视频中相邻两帧的运动分量帧，即包含相邻两帧相对运动信息的帧图像，并据此实现原始视频帧中运动区域的定位；

(2)嵌入水印，根据步骤(1)中的运动区域定位，将水印嵌入视频各帧的运动区域；

(3)检测水印，对视频各帧进行水印提取，并进一步统计分析各帧提取的水印，以检测视频中是否含有水印信息。

视频中的每帧都通过其后帧实现运动区域的定位，每帧都按照步骤(2)嵌入水印，但最后一帧除外。这样可以抵抗帧删除攻击。

所述步骤(1)的具体实现步骤为：

a提取视频中相邻两帧的运动分量帧，即包含相邻两帧相对运动信息的帧图像；

b将运动分量帧分解成互不重叠的易于编码的小块，并计算各块的方差；

c定义一个包含至少四个小块的方块为宏块，用此宏块扫描运动分量帧，以宏块内各小块的方差和作为衡量运动剧烈与否的标准，以方差和最大的宏块为中心确定一个方形区域，此区域对应至原视频帧中，即为要定位的运动区域。

上述步骤c中方形区域的大小视水印的长度来确定，应满足方形区域中每个小块嵌一比特水印信息的要求。

所述步骤(1)中提取视频中相邻两帧的运动分量帧所采用的方法是基于小波变换的方法、基于二维主成分分析(2DPCA)的方法、前后帧相减的方法，独立分量分析(ICA)算法。采用独立分量分析(ICA)算法时可以是快速独立分量分析(FastICA)算法。

所述步骤(2)中嵌入水印采用的水印算法为适用于静止图像的水印算法，特别是基于视觉模型的量化索引调制(QIM)算法。

所述步骤(3)的具体实现步骤为：

a根据步骤(2)中所采用水印算法的提取步骤提取各帧的水印；

b利用投票方法对各帧提取的水印进行统计分析，即水印的某比特位，若超过总数一半的帧提取得到的水印中此比特位为1，则此比特位判为1，否则判为0。