[发明专利]基于非负矩阵分解的AVS视频数字水印方法

说明书

技术领域

本发明属于视频、多媒体信号处理技术领域，具体涉及到视频数字水印的方法，可用于AVS标准视频产品，为AVS视频产品的版权提供保护。

背景技术

视频数字水印技术是当前水印技术研究方向中的一个热点和难点。热点在于，大量消费类数字音视频产品的推出，使得以数字水印为重要组成部分的数字产品产权保护技术的市场需求更加迫切。难点在于，由于视频自有的特点，要求人们必须寻找新的特殊的技术来对视频进行操作，例如：视频庞大的数据规模和视频水印的实时性要求，决定了视频无法使用许多成熟的图像水印技术；在时间域上，因包括时间掩蔽效应等特性在内的更为精确的人类视觉系统模型尚未完全建立，技术理论研究起来比较困难，再加上具体视频编码压缩格式的限制，更容易造成技术应用上的局限性；而且由于一些针对视频水印的新攻击形式如帧删除、帧间共谋等的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求

目前已提出的视频数字水印方法有：

1.Lino E Coria，Mark Pickering，Panos Nasiopoulos，Rabab K.Ward，″A VideoWatermarking Scheme Based on the Dual-Tree Complex Wavelet Transform，″IEEETransactions on Information Forensics and Security，2008，3(3)：466-474，这种方法对原始视频的每一帧进行多级对偶树复数小波分解，将水印嵌入在分解后的低频子带中，能够很好的抵抗旋转、缩放、剪切等几何攻击。该方法属于前置式视频水印方法，压缩编码后会造成大量信息丢失，不能抵抗视频压缩处理。

2.Jing Zhang，A.T.S.Ho，G Qiu，et al.Robust Video Watermarking of H.264/AVC，IEEE Trans on Circuits and Systems-II：Express Briefs，2007，54(2)：205-209，这种方法利用扩频技术，将水印嵌入在视频编码预测残差的DCT系数中，同时结合人眼视觉特性自适应调整嵌入强度。该方法构造人眼视觉系统模型时仅利用了人眼的静止掩蔽特性，没有考虑到视频特有的时间掩蔽效应。

3.Alper Koz，A.Aydin Alatan，Oblivious Spatio-Temporal Watermarking of DigitalVideo by Exploiting the Human Visual System.IEEE Trans.Circuits Syst.Video Techn.2008，18(3)：326-337，这种方法通过计算人眼视觉时间对比度极限，自适应确定水印嵌入强度，该方法虽然考虑到了视频的时间掩蔽效应，但计算复杂，实时性较差。

4.胡洋，张春田，苏育挺，基于H.264/AVC的视频信息隐藏算法，电子学报，2008，4(4)：690-694，这种方法通过调制I帧4×4亮度块的帧内预测模式实现水印嵌入，嵌入位置由各块自身特点结合密钥确定，该方法具有较好的透明性和安全性，但鲁棒性差，不能抵抗针对视频的处理和攻击。

综上所述，现有的视频数字水印具有以下不足：1)视频水印方法应与具体的编码标准相结合，而现有的视频水印方法大都基于MPEG或H.26x系列压缩编码标准，目前适用于AVS标准的视频水印方法几乎处于空白。2)鲁棒性差，不能抵抗一些视频特有的攻击，例如：帧删除和帧重组等攻击；3)大多只利用了人眼静止掩蔽特性，没有考虑到视频特有的时间掩蔽效应。

发明内容

本发明目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于非负矩阵分解的AVS视频数字水印方法，以提高水印抵抗帧删除和帧重组视频特有的攻击能力，为AVS数字产品的版权提供可靠的保护。

实现本发明目的的技术关键是：在水印嵌入过程中，利用视频I帧的亮度特征生成基于内容的水印，利用非负矩阵分解提取出视频信号的运动特征，并结合视频的纹理和亮度特征，自适应的调整水印的嵌入强度和位置，将水印嵌入在I帧亮度块预测残差的中频DCT系数中。在水印验证过程中，只需解码I帧，通过比较提取的水印和验证水印的相似性，从而判断视频是否被嵌入水印。具体方案如下：

一、基于非负矩阵分解的AVS视频数字水印嵌入方法，包括如下过程：

(1)对原始视频序列依次进行分组、降维处理和非负矩阵分解处理，并根据非负矩阵分解的结果提取出I帧每个8×8亮度子块的运动特征；；