[发明专利]一种基于时间轴扩频的抗几何攻击鲁棒视频水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鲁棒视频数字水印方法，特别涉及一种可抵抗几何攻击的水印方法。

背景技术

众所周知，数字多媒体已经取代了传统的模拟形式，借助互联网通信技术的不断发展，数字多媒体可以方便快捷的复制与传播，而由此引发的盗版问题和版权纷争也成为日益严重的社会问题。据美国唱片业协会估计，全世界每年因盗版而造成的经济损失高达50亿美元，美国电影行业协会估计，盗版使美国电影业的年收入减少了25亿美元。

传统的版权保护手段是密码认证技术，密码技术可以保证数字作品从发送者到接受者的传播过程中的信息安全，但是一旦数字作品被解密，密码技术就不再具有保护作用，盗版者可以任意的复制传播。

为了弥补密码技术在版权保护领域的不足，一种新的版权保护手段——数字水印技术得到了关注与发展。数字水印可以将代表作品版权的相关信息不可感知的嵌入到数字媒体（图像、声音、文档、视频）中，它可以证明原创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，同时可以通过对水印的检测和分析保证数字作品的完整性，因而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。

视频作为人们广泛使用的多媒体形式，在日常生活中有重要作用，其版权保护的重要性不言而喻，鲁棒性是视频水印需要满足的重要条件，而针对几何攻击的鲁棒性一直是视频水印的研究重点，本方法是在充分研究现有各种可抵抗几何攻击的视频水印方法的基础上，结合计算机视觉、信号处理等领域的先进技术，所提出的新颖的能有效抵抗以几何攻击为主的各种攻击的鲁棒视频水印方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种性能优良的可抵抗诸如几何攻击等常见攻击的鲁棒视频水印方法，以更好地保护数字视频的版权。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于时间轴扩频的可抵抗几何攻击的鲁棒视频水印方法，包括水印嵌入过程和水印提取过程两部分，嵌入的水印信息为二值图片，利用视频帧图像的时间轴数据通过盲扩频水印技术保存水印信息，利用视频帧图像不同颜色分量的三层DWT变换系数之间的不同保存嵌入和提取水印所需的伪随机信息。

几何攻击也就是如旋转、缩放、剪切等规则或非规则的几何变换，会对视频帧图像与水印之间的空间同步造成破坏，传统的水印嵌入技术一般都不能有效抵抗几何攻击对水印提取所造成的不利影响，由于相邻的视频帧在遭受几何攻击时会经历同样的变换，这样在时域也就是每一帧的同一位置处所构成的时间轴像素序列的同步关系就不会受到几何攻击的影响，然后利用时间轴的像素序列采用扩频水印技术保存水印信息，就可以将几何攻击对视频帧的影响传递给水印信息，也就是说水印信息会与视频帧经历同样的几何变换，如果采用二值图片作为水印信息，就可以依靠人眼对图片的信息识别能力消除几何攻击的影响。

由于视频所需存储空间较大、传输困难等特点，一般需要视频水印具有盲检测特性，所以需要利用盲扩频水印技术保存水印信息，虽然视频是三维信号，原始的盲扩频水印技术处理时将视频看作一维信号，嵌入过程首先要将水印信息扩频，其转换公式如下：

w'_i＝w_j,j×cr≤i＜(j+1)×cr,i∈N

其中w_j表示原始水印信息，w_j∈{-1,1},j∈N，N为自然数，cr为扩频系数，w'_i为扩频后的水印信息。扩频完成后，将水印信息嵌入到像素值上，其计算公式如下：

p′_i＝p_i+α×r_i×w_i

其中p_i为原始像素值，α为放大系数，r_i为伪随机序列，r_i∈{-1,1}，w'_i为扩频后的水印信息，p'_i为嵌入水印后的像素值,i∈N，N为自然数。

提取过程中首先计算相关和，其计算过程如下：