CN101246722B - 基于数字水印的avs光盘复制控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，包括有如下阶段：(A)将视频信源通过视频水印嵌入系统嵌入固定水印和可变水印，并刻录AVS光盘；(B)在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态；(C)在可变水印修改系统中修改可变水印信息；(D)复制刻录AVS光盘。本发明依据人眼视觉特性引入图像局部活动性因子，提高了图像的主观质量和峰值信噪比。在获得较高的嵌入率的同时，码流的比特率没有发生变化，对视频的主客观质量没有造成影响。并提高了水印信息的检测精度。可变水印信息嵌入器针对AVS视频标准提出了一种基于哥伦布码字调制的码流域水印嵌入算法，实现对视频码流信息的完整性保护并用于复制控制。

Description

基于数字水印的AVS光盘复制控制方法

技术领域

本发明涉及一种光盘视频数据复制控制的版权保护系统。特别是涉及一种向符合AVS视频标准(GB/T 20090.2)的光盘视频数据中加入固定和可变水印，进行视频数据版权保护和认证，并防止视频数据被非法复制的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法。

背景技术

AVS视频标准是数字音视频编解码技术标准工作组(AVS工作组)制定的数字音视频编码标准，为数字电视等音视频产业和相关芯片产业提供跨越发展的技术支持。随着AVS的产业化发展，针对AVS的数字版权保护系统需求日益迫切。然而，基于AVS的数字水印技术尚处在起步阶段，因此，逐步开发和完善相应的数字水印、版权保护系统成了当务之急。

数字水印技术在多媒体信息的版权保护与完整性认证方面取得了迅猛的发展。这是一种将特制的不可见的标记，利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用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。同时通过对水印的探测和分析保证数字信息的完整性和可靠性，从而成为保护作者权益的有效手段。

根据在实际应用中水印信息对处理或攻击的敏感性将数字水印分成脆弱性水印(Fragile Watermark)和鲁棒性水印(Robust Watermark)两类。鲁棒性水印技术将特定信息嵌入到载体信息内部，在满足感知不易察觉特性的同时，又具有鲁棒性和抗攻击能力，在经历一系列的信号处理或攻击后，仍能够准确地提取和识别，因此该技术多用于强调特定信息存在性的版权保护，数字指纹等应用系统。而脆弱性水印技术虽然同样具有感知不易察觉特性，但它对载体信息所经历的信号处理和攻击很敏感，多用于进行真实性和完整性检测的认证系统。

针对数字水印在视频版权保护中的应用特点，DVD论坛里的版权保护工作组CPTWG(Copy Protection Technical Working Group)通过DHSG组(Data Hiding SubGroup)总结提出了一些系统建议，包括水印信息嵌入、基本重放控制、基本录制控制以及一代复制控制等。其中，最具特色的功能是一代复制控制(Generational Copy Control forOne Copy)机制，一代复制是指刻录系统应允许用户利用标有“一代复制”水印信息的信源载体(例如光盘或视频码流)进行一次复制刻录，而经刻录设备输出的视频码流中的水印信息将被调整为“禁止复制”状态，如果试图再利用这种嵌有“禁止复制”信息的信源载体进行复制，复制刻录系统将拒绝刻录，从而达到禁止个人进行复制盗版的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种视频数据版权认证和控制视频数据复制的系统，该系统在视频数据中加入固定和可变水印，并通过视频水印检测系统产生控制视频数据复制的控制信息和以及进行版权认证的版权信息，进行版权认证和防止非法复制视频数据的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，包括有如下阶段：(A)将视频信源通过视频水印嵌入系统嵌入固定水印和可变水印，并刻录AVS光盘；(B)在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态；(C)在可变水印修改系统中修改可变水印信息；(D)复制刻录AVS光盘，所述的将固定水印和可变水印嵌入视频水印嵌入系统，包括如下过程：(A1)提供视频信源；(A2)通过固定水印嵌入器在视频信源中嵌入固定水印；(A3)使用AVS核心编码器对嵌入了固定水印的视频数据进行压缩编码；(A4)使用可变水印嵌入器对编码后的数据嵌入可变水印；(A5)通过刻录设备将经过固定和可变复合水印嵌入的视频数据刻录AVS光盘，所述的嵌入固定水印，包括如下过程：(A21)将代表固定水印信息的8比特固定水印信息经过扩频、调制，形成与原始视频图像尺寸相同的水印信息图像；(A22)对来自视频信源的原始图像信息，针对其每个像素点计算活动性因子；(A23)将原始视频图像与水印信息图像进行自适应水印叠加调制，所述的活动性因子定义为：当前像素3×3邻域内9个像素值间差异的函数。

所述的可变水印嵌入，包括如下过程：(A41)从AVS编码器中已经过AVS压缩编码成型的视频码流中提取所需基于码流内容的特征信息；(A42)将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器的成型码流中；

(A43)将嵌入水印信息后的压缩编码流提供给刻录设备进行随后的刻录处理；

其中，所述的将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器的成型码流中，是通过如下步骤实现：设N表示嵌入过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始嵌入过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“嵌入点必须位于中高频区域内”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)嵌入w，如果该码字正好映射为w，则不需要进行对码调制即可实现嵌入；否则，根据对码调制算法，将该码字改为它对应的码字；

(7)嵌入结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束嵌入过程，否则，转步骤(2)。

所述的在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态，包括有，首先，将含有水印信息的AVS视频测试码流进行解码，同时提取信息；然后，分别对固定水印和可变水印进行如下过程：

(一)固定水印

(B11)进行可信度估测：(B12)将可信度估测的结果进行水印相关检测；(B13)得到固定水印信息；(B14)根据得到的固定水印信息进行版权认证，结束；

(二)可变水印

(B21)进行可变水印提取；(B22)判断是否为一代复制，是则进入到可变水印修改系统，修改可变水印信息，复制刻录AVS光盘，否则结束。

所述的可变水印提取，是通过如下步骤实现：

设N表示提取过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始检测过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“第二个嵌入点条件”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)比较该哥伦布码字的映射数值与待嵌入水印w，如果一致，则该嵌入点复制控制信息yi为“1”，否则yi为“0”，转步骤(2)；

(7)提取结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束提取过程，否则，转步骤(2)。

所述的修改可变水印信息，是如果检测结果为“一代复制”，则在可变水印修改系统中对视频码流进行加扰，修改可变水印信息，使其可复制状态从“一代复制”变为“不允许复制”。

本发明的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，相对传统视频水印复制控制系统而言具有显著进步，包括：

(1)隐蔽性：固定水印信息嵌入器采用了一种新颖的空域自适应视频水印嵌入算法，依据人眼视觉特性引入图像局部活动性因子，依此控制水印嵌入幅度，提高了图像的主观质量和峰值信噪比。基于哥伦布码字调制的码流域水印嵌入器，对水印信息的嵌入点进行了限制，在获得较高的嵌入率的同时，码流的比特率没有发生变化，基本上对视频的主客观质量没有造成影响。

(2)鲁棒性：固定水印信息嵌入器中，空域自适应视频水印嵌入算法能够在保证相同的主观质量同时提高高频区的水印嵌入量，提高了水印信息的检测精度。

(3)新颖性：固定水印信息嵌入器采用了一种空间域自适应水印嵌入算法，提出了一种新颖的图像局部活动性因子计算方法，依次控制水印嵌入幅度。可变水印信息嵌入器针对AVS视频标准提出了一种基于哥伦布码字调制的码流域水印嵌入算法，实现对视频码流信息的完整性保护并用于复制控制。

附图说明

图1是本发明的视频数据复制控制方法的流程图；

图2是本发明的复合水印嵌入方法的流程图；

图3是本发明的固定水印嵌入方法的流程图；

图4是图像像素点3×3邻域的示意图；

图5是本发明的可变水印嵌入方法的流程图；

图6是8×8整数变换域中的中高频区域示意图；

图7是本发明的复合水印检测方法和视频数据复制控制的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，包括有如下阶段：(A)将视频信源通过视频水印嵌入系统嵌入固定水印和可变水印，并刻录AVS光盘；(B)在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态；(C)在可变水印修改系统中修改可变水印信息；(D)复制刻录AVS光盘。

如图2所示，所述的将固定水印和可变水印嵌入视频水印嵌入系统，包括如下过程：(A1)提供视频信源，所述的视频信源包括有用于重放或记录(刻录)的信源；(A2)通过固定水印嵌入器在视频信源中嵌入固定水印，固定水印可以用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权等信息；(A3)使用AVS核心编码器对嵌入了固定水印的视频数据进行压缩编码，将编码后的数据提供给可变水印嵌入器；(A4)使用可变水印嵌入器对经压缩编码后的数据嵌入表示视频数据的复制信息的可变信息即可变水印，然后将经过固定和可变复合水印嵌入的视频数据提供给刻录设备；(A5)通过刻录设备将经过固定和可变复合水印嵌入的视频数据刻录AVS光盘。

如图3所示，所述的嵌入固定水印，包括如下过程：(A21)将代表固定水印信息的8比特固定水印信息经过扩频、调制，形成与原始视频图像尺寸相同的水印信息图像；(A22)对来自视频信源的原始图像信息经过基于视觉的分析算法，针对其每个像素点计算活动性因子，根据活动性因子控制嵌入幅度；(A23)将原始视频图像与水印信息图像输入到水印信息调制器，进行自适应水印叠加调制，形成含有特定水印信息的视频图像，并输入到AVS编码器A3中进行视频压缩编码。

水印信息的嵌入必然带来视频图像质量的变化，为了满足人眼视觉不易感知的基本要求，水印信息嵌入强度应随图像中各区域内容等因素不同而进行自适应变化，根据人眼视觉特性，本发明定义了一种图像局部活动性的因子，根据活动性因子的大小，控制嵌入幅度。考虑到邻近像素间彼此的差异在相当程度上反映着该图像局部的活动性，将活动性因子定义为当前像素3×3邻域内9个像素值间差异的函数，活动性函数的定义：

l＝f(y_i-y_j)，i，j∈DN，DN＝{0，1，2，…，8}    (1)

式中l表示活动性因子，y_i，y_j表示以当前像素为中心的3×3邻域内的各点的像素值，如图4所示。图像中活动性因子较小的区域(图像中的低频区)占据很大的面积，为了不影响视觉效果，在这些区域应将嵌入量降至最低，反之，对应于图像中的纹理、边界等活动性因子较大的区域(图像中的高频区)，可以适当提高嵌入量，增加检测精度，提高算法的鲁棒性。

如图5所示，所述的可变水印嵌入，包括如下过程：(A41)从AVS编码器中已经过AVS压缩编码成型的视频码流中提取所需基于码流内容的特性信息；(A42)将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器A3的成型码流中；(A43)将嵌入水印信息后的压缩编码流提供给刻录设备进行随后的刻录处理。

所述的将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器A3的成型码流中，包括：如果特征信息数值为奇数，将1比特水印信息“1”直接在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器A3的成型码流中；如果特征信息数值为偶数，将1比特水印信息“0”在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器A3的成型码流之中。嵌入水印信息后的压缩编码流可以提供给刻录设备进行随后的刻录处理。

由于可变水印信息的嵌入过程位于AVS编码之后，因此水印的嵌入过程应尽量减少对已成型码流的影响。本文采用等码长对码调制嵌入算法，将水印嵌入到码流中。所谓对码调制算法，是指从AVS视频标准的哥伦布码表中选择若干个满足一定条件的对码，用一组对码中的两个哥伦布码来表示水印信息中的1比特信息。设A，A’组成一对对码，在做对码调制时，若A映射为“1”，则A’映射为“0”。

并非任何一对哥伦布码都可以组成对码，它们必须满足一定的约束条件。首先是游程长度约束，最佳选择是游程长度相同的哥伦布码构成对码，因为游程长度的变化会直接造成码率变化，导致其后像块编码需要重新调整，其复杂度较高，并可能影响码流结构。其次是整数变换系数幅度约束，水印嵌入必然会导致图像数据变化，如何控制嵌入调制过程中整数变换系数幅度的变化，将是保证重建视频图像主观质量的关键。经大量视频序列进行主观实验分析，一般信息嵌入导致的量化后的整数变换系数幅度调制不宜大于2，而低频区不宜大于1，否则将有可能影响重建视频图像主观质量。此外，根据哥伦布编码中特殊的映射表选择方法，组成对码的哥伦布码的RefAbsLevel(GB/T 20090.2)必须相同，这样才不会对其后码字的编码造成影响。最后是哥伦布码字长度的约束，对于已经成型的视频数据，其数据结构对码长变化极为敏感。如果嵌入水印信息后，对码字调整导致该点码字长度变化，则可能使整个像块编码长度增加，而视频码流语法以及包结构都对数据长度具有一定局限性，一旦破坏则无法进行正常解码。

基于对AVS码流的分析，并考虑了上述约束条件，本算法提出的对码选择的基本条件如下：

设Code1(RUN1，LEVEL1)，Code2(RUN2，LEVEL2)为AVS视频码流中表示图像信号或其帧内、帧间运动补偿差值信号量化后的整数变换系数的两个哥伦布码，其中RUNn表示“0”游程长度，LEVELn为“0”游程后的非“0”幅值。若哥伦布码Code1，Code2满足式(2)-(5)，则Code1，Code2形成一对对码。

RUN1＝RUN2                                        (2)

|LEVEL1-LEVEL2|＝1                                (3)

LENGTH(Code1)＝LENGTH(Code2)                      (4)

RefAbsLevel(Code1)＝RefAbsLevel(Code2)            (5)

其中，LENGTH()表示码长。

考虑到在视频编码系统中I、P、B帧编码数据特性有所不同，对重建视频图像质量以及复制控制的重要性不同，针对不同的图像编码帧采取了不同的水印嵌入和检测技术。

由于在AVS视频压缩编码系统中，I帧中的宏块只进行帧内预测编码模式，相对于其它两种编码帧，I帧对系统视频解码重建图像质量影响最为重要，并且I帧是数字视频码流进行播放剪辑以及录制的可控点，因此对于I帧中水印信息的检测对于实现一代复制控制至关重要。

AVS视频编码对图像亮度信号的最小处理单元为8×8的像素块，经过整数变换后，绝大部分能量集中分布在直流系数和少数低频系数上，经zig-zag扫描、游程编码和熵编码后以指数哥伦布码的形式映射成二进制比特流。为了不影响重建视频图像质量，在8×8像素块编码的码流中进行水印嵌入的时候，必须对水印信息的嵌入点进行限制。由上述分析可知，图像的能量大部分集中在直流和低频区，对中频和高频区域进行水印嵌入往往不会对重建视频图像质量造成较大的主客观失真，因此，本文选择中频和高频区域作为数据嵌入区。如图6所示，图中zig-zag扫描28至63的区域表示可嵌入中高频区域，而直流和低频区将不进行嵌入。

水印信息的嵌入采用对码调制算法。嵌入点的选择必须满足两个条件，一、嵌入点的哥伦布码字必须符合对码条件；二、嵌入点必须位于中高频区域内。在选择特征数据的问题上，一方面应注重提取特征信息的稳定性，另一方面则须考虑特征信息提取的复杂度。本文选择码流中当前嵌入点和上一个嵌入点之间的区域作为当前嵌入点的数据提取区，计算提取区内所有I帧编码块亮度系数哥伦布码字数据位串中“1”的个数的奇偶性，作为1比特特征信息。

所述的将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器A3的成型码流中，是通过如下步骤实现：设N表示嵌入过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始嵌入过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“嵌入点必须位于中高频区域内”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)嵌入w，如果该码字正好映射为w，则不需要进行对码调制即可实现嵌入；否则，根据对码调制算法，将其改为它对应的码字；

(7)嵌入结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束嵌入过程，否则，转步骤(2)。

水印嵌入过程仅在码流中进行比较、判断和累加操作，没有大量的运算，具有复杂度低和速度快的特点。

由于P、B帧采用帧间编码模式，P、B帧的宏块需要进行帧内预测或帧间预测，采用帧内预测的宏块往往处在图像的运动区域，这部分区域对于视频图像重建质量的影响相比要高于采用帧间预测模式的宏块，因此码流中对应这部分宏块的编码区域将不进行水印嵌入。因此，P、B帧水印嵌入点的选择必须满足三个条件，一、嵌入点哥伦布码字必须符合对码条件；二、嵌入点哥伦布码字必须属于帧间编码块亮度系数的哥伦布码；三、嵌入点必须位于中高频区域内。其嵌入过程与I帧水印嵌入过程相类似，通过调制可嵌入点的哥伦布码字，使该码字映射为待嵌入的特征信息比特w。

水印嵌入过程仅在码流中进行比较、判断和累加操作，没有大量的运算，具有复杂度低和速度快的特点。

由于P、B帧采用帧间编码模式，P、B帧的宏块需要进行帧内预测或帧间预测，采用帧内预测的宏块往往处在图像的运动区域，这部分区域对于视频图像重建质量的影响相比要高于采用帧间预测模式的宏块，因此码流中对应这部分宏块的编码区域将不进行水印嵌入。因此，P、B帧水印嵌入点的选择必须满足三个条件，一、嵌入点哥伦布码字必须符合对码条件；二、嵌入点哥伦布码字必须属于帧间编码块亮度系数的哥伦布码；三、嵌入点必须位于中高频区域内。其嵌入过程与I帧水印嵌入过程相类似，通过调制可嵌入点的哥伦布码字，使该码字映射为待嵌入的特征信息比特w。

如图7所示，所述的在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态，包括有，首先，将含有水印信息的AVS视频测试码流经过标准视频解码器进行正常解码，同时提取一些辅助信息，如量化因子、编码模式等，为计算水印信息检测的可信度因子做准备；然后，分别对固定水印和可变水印进行如下过程：

(一)固定水印

(B11)进行可信度估测：(B12)将可信度估测的结果进行水印相关检测；(B13)得到固定水印信息；(B14)根据得到的固定水印信息进行版权认证，结束；

对于I帧水印信息检测，可直接由视频解码系统提取该帧图象量化因子分布信息，构造各像素点检测可信度因子γ。I帧水印检测可信度因子γ计算如式(6)：

${\mathrm{\&gamma;}}_I(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1& Q(i,j)<10\\ a_1-b_1[Q(i,j)-10]& 10\&le;Q(i,j)\&le;30\\ 0.6& Q(i,j)>30\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，γ_I(i，j)为帧内编码帧图象中(i，j)点处的可信度因子，Q(i，j)为该点处图象编码块的量化因子。当量化因子小于10时，认为水印信息基本无损失，可信度因子为1；当量化因子数值在[10，30]区间，可信度将随量化因子的增加而逐渐减小，一般取a1＝0.9，b1＝0.01；当量化因子大于30时，认为水印信息已大部分损失，可信度因子为0.6。

对于采用各帧嵌入相同水印信息构造模式，P、B帧的编码数据是当前编码帧与其参考帧的帧差信号，嵌入其中的水印信息主要能量将由I帧进行传递，因此P、B帧中各点水印信息检测的可信度因子将由其同一图象组(GOP)中对应参考帧的可信度因子γ_R(i，j)经过适当调整而得到。以第一个P帧为例，其参考帧可信度因子γ_R(i，j)＝γ_I(i，j)。

P、B帧可信度修正算法只是针对两类编码块：一类是P、B帧中的帧内编码块。这类编码块往往是图象中内容发生快速变化，如移动、形变，视频编码系统中运动估值无法进行较好的预测而造成的，作为帧内编码块它们包含当前水印信息，其可信度因子将由当前编码块量化因子所决定。另一类是当前量化因子小于参考帧对应量化因子的编码块，由于相对量化因子减小使得作为帧差信号的编码块往往还带有部分水印信息，其可信度因子将由参考帧可信度因子修正而得到。对于其它帧间编码块，一部分无运动矢量编码块因帧差运算已不含水印信息，而另一部分有运动矢量的编码块则因当前量化因子较大，在量化过程中水印信息也大部分损失了，再经水印检测前的高通滤波处理后，对水印信息检测无太大贡献，因此对于这些编码块，算法则直接利用其参考帧对应可信度因子作为当前的可信度因子。具体调整如式(7)-式(9)。

对于P、B帧中的帧内编码块，可信度因子γ_P，B(i，j)为：

${\mathrm{\&gamma;}}_{P,B}(i,j)={\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{P,B}(i,j)---\left(7\right)$

对于P、B帧中的帧间编码块，可信度因子γ_P，B(i，j)为：

${\mathrm{\&gamma;}}_{P,B}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&gamma;}}_R(i,j)& Q_{P,B}(i,j)>Q_R(i,j)\\ ({\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{P,B}(i,j)+{\mathrm{\&gamma;}}_R(i,j))/2& Q_{P,B}(i,j)\&le;Q_R(i,j)\end{array}\right.---\left(8\right)$

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{P,B}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1& Q_{P,B}(i,j)<10\\ a_2-b_2[Q_{P,B}(i,j)-10]& 10\&le;Q_{P,B}(i,j)\&le;30\\ 0.6& Q_{P,B}(i,j)>30\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，Q_P，B(i，j)和Q_R(i，j)分别表示当前块量化因子和参考帧对应量化因子，而常量参数a2＝0.9，b2＝0.01。

水印提取和检测过程与基本检测算法相类似，如式(10)-(13)，只是在相关累加统计中引入可信度因子γ_i，针对重建图象中各区域不同的可信度形成加权累加统计，提高水印信息检测精度，如式(13)。

$s_j={\mathrm{\&Sigma;}}_1+{\mathrm{\&Sigma;}}_2\&ap;\underset{i=j\&CenterDot;\mathrm{cr}}{\overset{(j+1)\&CenterDot;\mathrm{cr}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i^2\&CenterDot;a_i\&CenterDot;b_i=a_j\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_p^2\&CenterDot;\mathrm{cr}\&CenterDot;\mathrm{mean}\left({\mathrm{\&alpha;}}_i\right)---\left(11\right)$

$s_j=\underset{i=j\&CenterDot;\mathrm{cr}}{\overset{(j+1)\&CenterDot;\mathrm{cr}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i\&CenterDot;{\stackrel{\stackrel{\&OverBar;}{~}}{v}}_i\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_i---\left(13\right)$

(二)可变水印

(B21)进行可变水印提取；(B22)判断是否为一代复制，是则进入到可变水印修改系统，修改可变水印信息，复制刻录AVS光盘，否则结束。

可变水印信息检测系统简单快速，不需要完整的视频解码，也不必提供原始媒体信息，提取算法与嵌入算法相对应，

所述的可变水印提取，是通过如下步骤实现：(以I帧为例)：

设N表示提取过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始检测过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“嵌入点条件二”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)比较该哥伦布码字的映射数值与待嵌入水印w，如果一致，则该嵌入点复制控制信息yi为“1”，否则yi为“0”，转步骤(2)；

(7)提取结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束提取过程，否则，转步骤(2)。

依次完成整图区域复制控制信息提取后，计算整图区域复制控制信息数值Y，如式(14)：

$Y=\underset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}{y}_i=\mathrm{\&beta;}\&times;m---\left(14\right)$

其中，m表示该图嵌入点个数，而β值为检测正确率，其位于[0，1]之间。水印完整性判决将根据β值是否超过一个预定门限值T来判决该帧复制控制信息数值。如果超过门限值，则判定该帧图像复制控制信息为“允许复制”；否则该帧图像的复制控制信息为“禁止复制”。预定门限值T的选择将视整体性能需求而定，这里针对AVS光盘复制控制，检测门限T设置为0.98。

在刻录系统内设置的水印提取环节通过检测视频码流中的水印信息的完整性，来确定码流的可复制状态，如果检测的水印信息不完整，即码流被改动则表示的信息将是“禁止复制”或者“禁止再次复制”，刻录系统将禁止对该视频信源进行刻录复制。而当水印检测显示水印信息完整，即码流完整，则表示的信息为“一代复制”，可以进行刻录复制。如果为“一代复制”，则启动码流加扰算法C，码流加扰算法C实际上是对视频码流中水印信息进行的一种自主攻击，破坏其完整性，从而达到改变码流中水印信息状态为“禁止再次复制”的目的。算法直接作用于压缩成型后的视频码流，通过轻微调整视频图像数据破坏原有水印信息，但不影响重建视频图像质量以及码流的正常解码。加扰算法与检测算法相结合，在检测的同时引入加扰信号，这样将有利于减少运算量。加扰算法与水印检测算法相同，进行顺序搜索，改变搜索到的每一个符合嵌入点条件的哥伦布码字，利用对码调制算法，将其改为它对应的码字，从而改变水印信息，将“一代复制”改为“禁止再次复制”。这样的算法设计，主要考虑到两个原则：一、降低信息加扰对重建图像质量的影响；二、尽可能降低信息加扰对整个码流结构和码流平稳性的影响。由前述的对码约束条件可知，这样的码字替换几乎不会影响图像主观质量和其后的码字编码。由于采用的是等码长调制，加扰算法也不会改变码流的结构。

所述的修改可变水印信息，是如果检测结果为“一代复制”，则在可变水印修改系统中对视频码流进行加扰，修改可变水印信息，使其可复制状态从“一代复制”变为“不允许复制”。

Claims (6)

1.一种基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，包括有如下阶段：(A)将视频信源通过视频水印嵌入系统嵌入固定水印和可变水印，并刻录AVS光盘；(B)在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态；(C)在可变水印修改系统中修改可变水印信息；(D)复制刻录AVS光盘，所述的将固定水印和可变水印嵌入视频水印嵌入系统，包括如下过程：(A1)提供视频信源；(A2)通过固定水印嵌入器在视频信源中嵌入固定水印；(A3)使用AVS核心编码器对嵌入了固定水印的视频数据进行压缩编码；(A4)使用可变水印嵌入器对编码后的数据嵌入可变水印；(A5)通过刻录设备将经过固定和可变复合水印嵌入的视频数据刻录AVS光盘，所述的嵌入固定水印，包括如下过程：(A21)将代表固定水印信息的8比特固定水印信息经过扩频、调制，形成与原始视频图像尺寸相同的水印信息图像；(A22)对来自视频信源的原始图像信息，针对其每个像素点计算活动性因子；(A23)将原始视频图像与水印信息图像进行自适应水印叠加调制，其特征在于，所述的活动性因子定义为：当前像素3×3邻域内9个像素值间差异的函数。

2.根据权利要求1所述的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，其特征在于，所述的可变水印嵌入，包括如下过程：(A41)从AVS编码器中已经过AVS压缩编码成型的视频码流中提取所需基于码流内容的特征信息；(A42)将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器的成型码流中；

(A43)将嵌入水印信息后的压缩编码流提供给刻录设备进行随后的刻录处理；

其中，所述的将特征信息在脆弱水印嵌入器中嵌入来自AVS核心编码器的成型码流中，是通过如下步骤实现：设N表示嵌入过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始嵌入过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“嵌入点必须位于中高频区域内”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)嵌入w，如果该码字正好映射为w，则不需要进行对码调制即可实现嵌入；否则，根据对码调制算法，将该码字改为它对应的码字；

(7)嵌入结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束嵌入过程，否则，转步骤(2)。

3.根据权利要求1所述的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，其特征在于，所述的在视频水印提取检测系统中进行视频水印检测，确定视频数据的可复制状态，包括

0.有，首先，将含有水印信息的AVS视频测试码流进行解码，同时提取信息；然后，分别对固定水印和可变水印进行如下过程：

(一)固定水印

(B11)进行可信度估测：(B12)将可信度估测的结果进行水印相关检测；(B13)得到固定水印信息；(B14)根据得到的固定水印信息进行版权认证，结束；

(二)可变水印

(B21)进行可变水印提取；(B22)判断是否为一代复制，是则进入到可变水印修改系统，修改可变水印信息，复制刻录AVS光盘，否则结束。

9.根据权利要求3所述的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，其特征在于，所述的可变水印提取，是通过如下步骤实现：

设N表示提取过程中累加的哥伦布码字数据位串中“1”的个数，

(1)开始检测过程，在码流中顺序搜索找到第一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码，转步骤(3)；

(2)在码流中，顺序搜索找到下一个I帧编码块亮度系数的哥伦布码；

(3)判断该码字是否符合对码条件，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(4)判断当前码字是否符合“第二个嵌入点条件”，如果满足，则继续进行下一步；否则，统计该码字数据位串中“1”的个数，累加到N中，转步骤(2)；

(5)计算N的奇偶性，如果是奇数，待嵌入水印信息w等于1，反之，等于0；

(6)比较该哥伦布码字的映射数值与待嵌入水印w，如果一致，则该嵌入点复制控制信息yi为“1”，否则yi为“0”，转步骤(2)；

(7)提取结束，判断是否到达码流末端，如果是，结束提取过程，否则，转步骤(2)。

10.根据权利要求1或3所述的基于数字水印的AVS光盘复制控制方法，其特征在于，所述的修改可变水印信息，是如果检测结果为“一代复制”，则在可变水印修改系统中对视频码流进行加扰，修改可变水印信息，使其可复制状态从“一代复制”变为“不允许复制”。

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