CN101389009A - 一种水印信息的嵌入、检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种水印信息的嵌入方法，包括：按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；从所述关键数据中生成水印信息；将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中。此外，本发明实施例还公开了一种水印信息的检测方法及装置。本发明能够按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或者图像中的数据分成关键数据和非关键数据，并通过将关键数据产生的水印信息嵌入到非关键数据中，不仅扩大了水印信息的保护范围，提高了水印信息对视频或图像的保护能力，而且还能够有效的降低水印信息对视频或图像的视觉影响。
Description
技术领域
本发明涉及数字图像处理及信息安全技术领域，尤其涉及一种水印信息的嵌入、检测方法及装置。
背景技术
数字水印技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体内容中嵌入标识信号(即水印信息)，以便通过提取这些标识信号，并比较所提取的标识信号与嵌入的标识信号是否一致，来实现对多媒体内容的版权追踪、版权声明和内容防篡改等目的。因此，在数字化多媒体技术发展迅猛的时代，为了防止数字视频内容被非法篡改，或者由于数据化媒体的可移植性特点而被盗版翻制，数字水印技术具有不可忽视的作用。
现有技术中的一种基于数字水印的视频认证方法是:首先，在数字水印的嵌入端，从I帧中生成水印信号，然后在进行可变长度编码(VLC，VariableLength Code)时，将该水印信号嵌入到所述I帧中。在数字水印的认证端，从I帧中生成水印信息，然后再和从该I帧中提取的水印信息相比较，来进一步验证接收的视频码流是否被篡改。
然而，在进行本发明创造过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题:
由于现有技术将水印信息嵌入到I帧中，只对I帧进行了保护，而无法保护P帧和B帧，因此水印信息的保护范围较小；同时，由于I帧在编码时会对P帧和B帧产生影响，因此，将水印信息嵌入到I帧中会影响整个视频内容的视觉质量，而若为了保证视觉质量，只能缩小水印信息保护范围。
可见，由于水印信息的嵌入对视频内容的影响，与水印信息嵌入的保护范围是矛盾的，如果嵌入水印信息过多，将会影响视频内容的正常显示；而如果嵌入的水印信息过少，又会降低视频内容的安全性。而目前还没有方法既能保证水印信息保护范围，同时又能保证视频或图像的视觉质量。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种水印信息的嵌入、检测方法及装置，能够在保证水印信息对原始视频或图像内容的保护范围足够大的前提下，减小原始视频或图像的失真。
本发明实施例提供了一种水印信息的嵌入方法，包括:
按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；
从所述关键数据中生成水印信息；
将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中。
基于上述技术方案，本发明实施例还公开了一种水印信息的检测方法，包括:
按照对视频或图像的内容的影响程度，将收到的图像中或视频的同一个图组中的数据分流成与嵌入端相同的关键数据和非关键数据；
从所述关键数据中生成第一水印信息；
从所述非关键数据中提取第二水印信息；
判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到所述视频或图像无篡改；否则判断得到所述视频或图像被篡改。
基于上述技术方案，本发明实施例还公开了一种水印信息的嵌入装置，包括:
分流单元，按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；
水印信息生成单元，用于从所述分流单元得到的关键数据中生成水印信息；
嵌入单元，用于将所述水印信息生成单元中的水印信息嵌入到所述关键数据中。
基于上述技术方案，本发明实施例还公开了一种水印信息的检测装置，包括:
分流单元，按照对视频或图像的内容的影响程度，将收到的图像中或视频的同一个图组中的数据分流成与嵌入时相同的关键数据和非关键数据；
第一水印信息单元，用于从所述分流单元得到的关键数据中生成第一水印信息；
第二水印信息单元，用于从所述分流单元得到的非关键数据中提取第二水印信息；
判断单元，用于判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到所述视频或图像无篡改；否则判断得到所述视频或图像被篡改。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点:
本发明实施例按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分成关键数据和非关键数据，由于水印信息是从关键数据中产生，并嵌入到了非关键数据中，因此，扩大了水印信息的保护范围的同时，又保证了视频或图像的质量，降低了视频或图像的视觉影响，从而实现了对视频或图像内容的无缝保护。
附图说明
图1(a)为现有技术中水印信息的嵌入过程示意图；
图1(b)为现有技术中水印信息的检测过程示意图；
图2为本发明实施例水印信息的嵌入方法流程框图；
图3为本发明实施例视频编码与水印信息的嵌入过程示意图；
图4为图3中水印信息的生成和嵌入过程的流程示意图；
图5为同一个图组中各帧参考关系示意图；
图6为本发明实施例水印信息的检测方法流程框图；
图7为本发明实施例视频解码与视频认证过程示意图；
图8为图7中水印信息的检测过程的流程示意图；
图9为本发明一种水印信息的嵌入装置实施例的结构框图；
图10本发明另一种水印信息的嵌入装置实施例的结构框图；
图11本发明另一种水印信息的嵌入装置实施例的结构框图；
图12本发明一种水印信息的检测装置实施例的结构框图；
图13本发明另一种水印信息的检测装置实施例的结构框图。
具体实施方式
本发明公开的一种水印信息的嵌入方法包括:按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；从所述关键数据中生成水印信息嵌入到所述非关键数据中。
其中，对于视频码流，可按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
对于图像，可按照不同频率对图像的内容的影响程度，将图像中相对高频的数据分流成非关键数据，将相对低频的数据分流成关键数据。
下面结合附图对本发明实施例的具体实施方式做进一步的详细阐述。
如图2所示，为本发明水印信息的嵌入方法，该方法将从视频码流的关键帧中生成的水印信息嵌入到非关键帧中，由该方法嵌入水印信息后，能够在认证端还原出原始视频码流。为方便理解，可同时结合图3和图4所示的水印信息的生成和嵌入流程示意图。所述方法包括以下步骤:
步骤201:将同一个图组(GOP，Group of Pictures)中的原始视频码流按照预设的分流规则分流得到关键帧和非关键帧。
其中，所述关键帧和非关键帧可根据编码时对其他数据帧的影响程度判断，例如图5中，在视频码流的一个图组中，包括I帧、P帧和B帧。所述I帧为帧内编码帧，其编码不依赖于已经编码的图像数据。P帧为前向预测帧，B帧为双向预测帧，编码时P帧需要参考I帧，而B帧需要同时参考I帧和P帧或者两个P帧。可见，I帧变化，将直接影响到随后的P帧和B帧；而P帧变化时，将影响到前后的B帧编码。因此，I帧对于P帧和B帧是关键帧；而P帧对于B帧是关键帧。
在本实施例中，以I帧为关键帧，P帧和B帧作为非关键帧为例，进行说明。
步骤202:提取所述关键帧I帧中的各宏块(Macro Block)的帧内预测残差的量化系数。
其中，所述帧内预测残差可根据帧内预测模式通过帧内预测得到，再经整数变换及量化后得到所述帧内预测残差的量化系数。
步骤203:将从所述步骤202中提取到的所述I帧中的各宏块的帧内预测残差的量化系数，经过处理后生成水印信息(简称为wm_signal)。
其中，可以按照下述方法生成水印信息:
方法一:比较所述I帧中相邻两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小，并根据比较结果得到0或1，例如，当比较结果为大于时，得到1，反之，得到0。然后可再通过诸如杂凑函数(即Hash函数)等加密处理进而得到水印信息。
其中，比较所述I帧中两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小，可以按照下面方法实现但不限于此，例如:首先，从所述I帧中随机选取一个宏块MBr和一个宏块MBc组成宏块对，分别从这两个宏块的每个分块的帧内预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数。其中，所述分块可以为8×8分块，可以包括色度分块。
然后，分别计算每个宏块中所选取的非零交流系数之和。
最后，比较这两个宏块的非零交流系数和的大小，将比较结果量化成0或1的二值序列。例如:如果宏块MBr大于MBc，则将比较结果量化成0，反之，量化成1。
或者，也可不比较相邻两个宏块中帧内预测残差的量化系数的大小，而直接将所述I帧中各宏块的帧内预测残差的量化系数通过诸如杂凑函数等加密处理得到水印信息。
方法二:将待嵌入的数据帧的序号信息转化成二进制数，再与所述步骤202中提取的所述I帧的帧内预测残差的量化系数，逐位进行模2相加处理，得到的结果即为水印信息。
本发明水印信息的生成方法不限于上述几种方法，但凡根据所述I帧中各宏块的帧内预测残差的量化系数生成的水印信息都不影响本发明的实现。
步骤204:提取该图组中所有非关键帧(本实施例为P帧和B帧)中的各宏块中每个分块的帧间预测残差的量化系数(简称为Coef)。其中，所述帧间预测可通过运动估计、运动补偿实现，得到的帧间预测残差再经整数变换及量化后得到帧间预测残差的量化系数，由于属于本领域公知常识，因此不再赘述。
步骤205:从所述每个分块的帧间预测残差的Coef中提取非零交流系数(简称为CoefAC)作为候选嵌入域。
步骤206:利用用户密码(Key)在所述CoefAC中选择出非零交流系数作为嵌入域。
其中，选择非零交流系数的具体方法例如，可将所述用户密码转换成二进制数，所述二进制数与当前分块中CoefAC的位数相应。根据所述二进制中每一位数值，选择数值为1所对应的CoefAC中的相应位作为嵌入域。例如，如果所述二进制中的第5位数值为1，则选择所述CoefAC中的第5位作为嵌入域。
当然，所述选择方法还可采用其他等同变换的方法实现，例如，还可采用十进制，选择数值为偶数所对应的CoefAC中的相应位作为嵌入域。
步骤207:按照上述步骤206中所选的CoefAC所在宏块的位置，提取所述I帧相应宏块中相应位置的wm_signal，并将所提取的wm_signal嵌入到所述步骤206中所选的CoefAC中的最低有效位上。之后再经过编码得到含水印信息的视频码流。
其中，将所述wm_signal嵌入到所述CoefAC中的最低有效位上的方法可按照公式(1)实现，即将所述CoefAC取绝对值后乘以2(即左移一位)，以留出最低位供wm_signal嵌入，然后，再将所述wm_signal嵌入到所述最低位上，最后，再将嵌入后的数值赋上与嵌入前该CoefAC相同的正负符号。
CoefACwm[Blk][i]＝sign(abs(CoefAC[Blk][i])<<Key[i]+wm_signal[i]Key[i]，CoefAC[Blk][i])(1)
其中，所述公式(1)中sign(x，y)是将y的正负符号赋给x，Blk为分块在宏块中的序号，i为系数在分块中的序号，<<表示左移一位。
上述实施例可通过将所述关键帧I帧中生成的水印信息，嵌入到与所述I帧同一个图组中的所有非关键帧中，使得视频码流中除了关键帧外的所有数据帧都嵌入了水印信息，因此，不仅扩大了水印信息的保护范围，提高了水印信息对视频码流的保护能力，而且，还能够有效地降低水印信息对视频的视觉影响，从而实现了对视频内容的无缝保护。
其次，由于本发明利用用户密码来控制水印信息的嵌入位置，因此，在提取认证时，也需要利用相同的用户密码提取相应位置的水印信息，因此进一步增加了视频码流的安全性，而且能够对篡改的宏块级进行定位。
而且，本发明实施例中水印信息的嵌入是在扫描之后，熵编码之前完成，即在编码环之外完成，因此水印信息的嵌入不会对视频内容产生影响，进一步保证了视频质量。
再次，本发明实施例在嵌入前，可先将待嵌入的CoefAC取绝对值后左移一位，然后再将水印信息嵌入到最低位。使得在认证端，可以提取出水印信息后，还能恢复到原始视频流，从而能够将水印信息嵌入所引起的对原始视频的失真降到最低。
此外，如果所述宏块中有的分块没有非零交流系数，则上述方法实施例中在执行所述步骤205之前，还需要从所述宏块中选择该宏块中具有非零交流系数的分块作为待嵌入水印信息的分块，然后在执行所述步骤205，来从所选择的待嵌入水印信息的分块中选择候选嵌入域。
其中，从所述宏块中选择待嵌入水印信息的分块的方法例如:可根据所述步骤206中的用户密码在所述宏块中选择具有非零交流系数的亮度8×8分块作为待嵌入水印信息的分块。所述选择方法可以为:计算用户密码与具有非零交流系数的亮度分块个数的余数，余数加1的结果即为待嵌入水印分块在所述宏块的所有非零交流系数的亮度分块中的位置。
此外，为了达到认证帧调换，宏块调换以及防止码流色度信息篡改的目的，还可以在上述步骤206中将所述用户密码调整为与色度信息相关的密码，例如:计算用户密码、当前帧编码、当前宏块编号、以及选取的色度U和V分块的非零交流系数的异或值(即XOR值)得到调整后的密码。
其中，可通过计算用户密码与色度U和V分块中非零交流系数个数的余数，余数加1得到的结果即为所选取的非零交流系数在色度U和V分块中的位置，所述色度U和V分块的非零交流系数即从色度U和V分块中该位置处选择得到。
这样，步骤206中选取嵌入域的方法还可以:计算调整后的密码与所述待嵌入水印分块的非零交流系数个数的余数，余数加1后的结果即为嵌入域。
此外，为了能够同时保护到所述CoefAC中的高位信息，在上述步骤207中，当提取出所述I帧相应宏块中相应位置的wm_signal后，还可以再计算所述wm_signal与所述步骤206中所选CoefAC中高位数值的异或值。然后，将计算得到的结果嵌入到所述步骤206中所选的CoefAC中的最低有效位上。之后再经过编码得到含水印信息的视频码流。
此外，在上述实施例步骤202中，如果所述I帧没有采用帧内预测技术，则可直接提取所述I帧中的各宏块的量化系数，即直接将所述I帧的各宏块中的像素值经过整数变换，得到系数，然后对所述系数进行量化，得到各宏块的量化系数。然后在所述步骤203中，可使用所述I帧中各宏块的量化系数进行处理以得到水印信息。而且，在所述步骤205中，并不只限于提取非零交流系数作为候选嵌入域，其他系数也同样适用于本发明实施例。
如图6所示，为本发明水印信息的检测方法，该方法将从视频码流的关键帧中生成第一水印信息，然后再和非关键帧中提取的第二水印信息相比较，以判定当前视频码流是否被篡改。其中，所述关键帧和非关键帧根据与嵌入端相同的分流规则分流得到。为方便理解，同时可结合图7和图8所示的水印信息的提取和检测流程示意图，所述方法包括:
步骤601:将收到的含水印信息的视频码流经熵解码后，按照与嵌入端相同的分流规则分流得到关键帧和非关键帧。
在本实施例可按照上述图2所示实施例中的分流规则，同一个图组中以I帧为关键帧，P帧和B帧作为非关键帧为例，进行说明。
步骤602:提取所述关键帧(即I帧)中的各宏块的帧内预测残差的量化系数。
步骤603:采用与嵌入端相同的水印信息生成方法，将从所述步骤602中提取到的所述I帧中的各宏块的帧内预测残差的量化系数，经过处理后生成第一水印信息(本实施例简称为wm_signal’)。
例如，如果在嵌入端采用方法一生成水印信息，那么该步骤也采用所述方法一生成第一水印信息，即:先从所述I帧中随机选取两个宏块，分别从这两个宏块的每个分块的帧内预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数，并分别计算每个宏块中所选取的非零交流系数之和，然后比较这两个宏块非零交流系数之和的大小。
步骤604:提取该图组中所有非关键帧(本实施例为P帧和B帧)中的各宏块中每个分块的帧间预测残差的量化系数(简称为Coef)。
步骤605:从步骤604中所述每个分块的帧间预测残差的Coef中提取非零交流系数(简称为CoefAC’)。
步骤606:利用用户密码(Key)采用与嵌入端相同的选择方法，在所述CoefAC’中选择出非零交流系数以提取第二水印信息。其中，所述用户密码与嵌入端的用户密码相同，因此，在本实施例中，将所述用户密码转换成二进制数，根据所述二进制中每一位的数值，选择数值为1所对应的CoefAC’中的相应位进行第二水印信息的提取。例如，如果所述二进制中的第5位数值为1，则从所述CoefAC中的第5位上提取第二水印信息。
步骤607:从所选择的CoefAC’中的最低有效位上，提取第二水印信息(本实施例简称为wm_signal)。
其中，所述水印信息的提取方法可按照公式(2)实现，即将所选的CoefAC’取绝对值后，对2取模，得到的余数即为第二水印信息。
if Key[i]＝＝1 wm_extract＝abs(CofAC′)％2 (2)
步骤608:计算同一宏块中相应分块的wm_signal’与wm_extract的相关值，得到相关结果，判断所述相关结果是否大于等于预置的门限值，若是，则输出“所述视频码流无篡改”；否则，可输出“所述视频码流被篡改”。
例如，可按照公式(3)计算所述wm_signal’与wm_extract的相关值，若相关值为1，则输出“所述视频码流无篡改”；若相关值小于1，则输出“所述视频码流被篡改”。
cor＝corr2(wm_signal′，wm_extract) (3)
此外，由于所述第二水印信息是根据用户密码从各宏块中特定位置上提取的，因此，可通过各宏块的水印信息判断该宏块是否被篡改，当某个宏块被篡改，还可输出“×帧×个宏块被篡改”。此外，还可以在视频显示时将被篡改的宏块中的像素全部改为255，以标识篡改区域。
此外，如果所述宏块中有的分块没有非零交流系数，则上述方法实施例中在执行所述步骤605之前，还需要从所述宏块中选择该宏块中具有非零交流系数的分块作为待接测水印信息的分块，然后在执行所述步骤605，来从所选择的待检测水印信息的分块中选择候选检测域。
其中，从所述宏块中选择待检测水印信息的分块的方法例如:可根据所述步骤606中的用户密码在所述宏块中选择具有非零交流系数的亮度8×8分块作为待检测水印信息的分块。所述选择方法可以为:计算用户密码与具有非零交流系数的亮度分块个数的余数，余数加1的结果即为待检测水印分块在所述宏块的所有非零交流系数的亮度分块中的位置。
此外，如果在嵌入端步骤206中采用的是调整后的密码选择检测域，那么在上述步骤606中，同样需要使用调整后的密码在所述CoefAC’中选择出非零交流系数，其密码调整的方法以及根据调整后的密码选择非零交流系数方法和嵌入端的雷同，例如:按照与嵌入端相同的方法将预置的用户密码调整为与色度信息相关的密码，然后将所述调整后的密码与非关键帧的各宏块中待检测水印信息分块的非零系数个数求余后加1，得到的结果即为待检测的非零交流系数所处的位置。
此外，如果嵌入端嵌入的水印信息是从I帧相应宏块中提取出的的wm_signal与所选待嵌CoefAC中高位数值的异或值时，那么在上述步骤603中当生成第一水印信息wm_signal’之后，还需要计算所述wm_signal’与所述步骤605中所选CoefAC’中高位数值的异或值。
然后，在所述步骤608中，计算同一宏块中相应分块的所述异或值与wm_extract的相关值，得到相关结果，以此判断所述相关结果是否大于等于预置的门限值。
上述实施例由于对应的嵌入端是采用的可逆水印的嵌入方法，即将非关键帧中各宏块的待嵌入的CoefAC取绝对值后左移一位，再在最低位嵌入水印信息。因此在认证端可以将收到的视频码流还原出原始像素。
具体方法例如，可以按照公式(4)，先将所述步骤607中提取完第二水印信息的CoefAC’取绝对值后，右移一位，最后，再将右移后的数值赋上与取绝对值前该CoefAC’相同的正负符号，则得到原始像素。
CoefAC[Blk][i]＝sign(abs(CoefAC′[Blk][i])>>Key[i]，CoefAC′[Blk][i]) (4)
其中，所述公式(4)中sign(x，y)是将y的正负符号赋给x，Blk为分块在宏块中的序号，i为系数在分块中的序号，>>表示右移一位。
首先，上述实施例的视频码流中除了关键帧外的所有数据帧都嵌入了水印信息，而且所述水印信息是从所述关键数据中产生，因此，不仅扩大了水印信息的保护范围，提高了水印信息对视频码流的保护能力，而且，还能够有效地降低水印信息对视频的视觉影响，从而实现了对视频内容的无缝保护。
其次，由于本发明需要使用与嵌入端相同的用户密码才能提取到相应位置的水印信息，因此能够进一步增加了视频码流的安全性，而且能够对篡改的宏块级进行定位。
而且本发明实施例中CoefAC’在提取出第二水印信息后，通过右移可恢复成原始视频，因此能够将水印信息嵌入所引起的对原始视频的失真降到最低。
上述实施例都是将I帧作为关键帧，将P帧和B帧作为非关键帧。此外，还可以将I帧和P帧作为关键帧，将B帧作为非关键帧；或者，还可以将I帧和部分P帧作为关键帧，将另一部分P帧和B帧作为非关键帧；或者将I帧作为关键帧，只将P帧作为非关键帧；或者，其他组合等，可根据图组中的数据帧的种类按照实际情况设置。基于I帧对于P帧和B帧是关键帧。P帧对于B帧是关键帧原则的任意组合，都适用本发明。
需要说明的是，当将I帧和P帧作为关键帧，将B帧作为非关键帧时，水印信息可分别通过比较I帧两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小得到，以及通过比较P帧两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小得到。例如，A分块中的某个帧内预测残差的量化系数大于B分块中的相应系数，则将当前水印信息位定为1，否则定为0；其中，所述水印信息的位数可根据分块大小和安全要求确定，如H.264的分块大小为4×4，可将每个宏块的水印信息的位数定为6位；AVS的分块大小为8×8，则可将每个宏块的水印信息的位数定为16位。其中，比较所述P帧两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小方法和图2所示方法实施例的步骤203中比较I帧中两个宏块中相应分块的帧间内预测残差的量化系数的大小方法雷同，例如:先从所述P帧中随机选取两个宏块，分别从这两个宏块的每个分块的帧间预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数；其中，所述分块可以为8×8分块，可以包括色度分块。
然后，分别计算每个宏块中所选取的非零交流系数之和。再比较这两个宏块的非零交流系数和的大小，将比较结果量化成0或1的二值序列。
此外，在上述实施例中，由于在同一个GOP中从I帧和P帧中产生了多个水印信息，因此，还可按照如下方法嵌入:将B帧编码时需参考的两个参考帧所产生的水印信息，通过按位模2相加等处理，得到一个水印信息，然后，将所得到的水印信息嵌入到所述B帧中。
当I帧和部分P帧作为关键帧，将另一部分P帧作为非关键帧时，水印信息可通过比较I帧两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小得到，以及对于作为关键帧的部分P帧，通过比较该帧中两个宏块的相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小得到。其中，取多少个P帧作为关键帧，可视实际情况定，如可取同一个GOP中前一半P帧作为关键帧，后一半P帧作为非关键帧。
然后，将得到的水印信息按顺序嵌入到随后的非关键帧P帧中；或者，还可以将得到的水印信息进行如按位模2相加等简单运算，得到一个水印信息。然后，将所得到的水印信息嵌入到随后的非关键帧P帧中。采用第二种方法能够减少内存的存储量。
此外，上述实施例都是基于视频码流的水印信息的嵌入和检测方法做的示例，然而本发明实施例还可以应用在静态图像中，在嵌入端的嵌入水印信息的方法包括:按照不同频率对图像的内容的影响程度，将图像中相对高频的数据分流成非关键数据，将相对低频的数据分流成关键数据；从关键数据中生成水印信息，在非关键数据的量化系数中的非零交流系数中，根据预置的用户密码选择出待嵌入的非零交流系数；将所述水印信息嵌入到所选择的非零交流系数中的最低位上。
在认证端，所述水印信息的检测方法包括:按照与嵌入端相同的分流规则，将图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；从关键数据中生成水印信息，在所述非关键数据量化系数中的非零交流系数中，采用与嵌入端相同的用户密码选择出待检测的非零交流系数；从所选择的非零交流系数中的最低位上提取第二水印信息；最后，再判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到无篡改；否则判断得到被篡改。
其中，在嵌入端水印信息的生成及嵌入方法，以及在认证端第一水印信息的生成方法、第二水印信息的提取方法及判断方法与上述视频码流的实施例雷同，不再赘述。
此外，需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成的，所述程序可以存储在一个计算机可读取存储介质中，同时，该程序对应的软件还可作为独立的产品销售或使用。其中，所述存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
基于上述技术方案，本发明实施例还公开了一种水印信息的嵌入装置，如图9所示，所述装置包括:分流单元901、水印信息生成单元902、嵌入单元903，
所述分流单元901，用于按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；
所述水印信息生成单元902，用于从所述分流单元901得到的关键数据中生成水印信息；
所述嵌入单元903，用于将所述水印信息生成单元902中生成的水印信息嵌入到所述非关键数据中。
上述实施例通过所述分流单元901将视频的同一个图组中或图像中的数据按照对视频或图像的内容的影响程度，分流成关键数据和非关键数据。然后通过所述嵌入单元903将从关键数据中生成的水印信息嵌入到除关键数据外的其他非关键数据中，不仅扩大了水印信息的保护范围，提高了水印信息对视频或图像的保护能力，而且，能够有效的降低水印信息对视频或图像的视觉影响，保证了视频或图像的质量，从而实现了对视频或图像内容的无缝保护。
此外，本发明实施例还公开了一种水印信息的嵌入装置，如图10所示，在上述装置实施例的基础上，所述分流单元901包括:
视频分流单元9011，用于按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
其中，所述装置还包括:
选择单元1001，用于根据预置的用户密码在由所述视频分流单元9011得到的非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，选择出待嵌入的非零交流系数；
所述嵌入单元903中包括:第一嵌入单元9031，用于将所述水印信息嵌入到由所述选择单元1201选出的非零交流系数的最低位上。
上述实施例所述嵌入单元903将所述水印信息嵌入到由所述选择单元1001根据用户密码所选择出的非零交流系数的最低位上。不仅能够进一步降低了在嵌入时对视频或图像内容产生的影响，而且由于利用用户密码来控制水印信息的嵌入位置，因此进一步增加了视频码流的安全性，而且能够对篡改的宏块级进行定位。
此外，本发明实施例还公开了一种水印信息的嵌入装置，如图11所示，在上述图10所示装置实施例的基础上，所述装置还包括:
非零交流系数处理单元1101，用于将所述选择单元1001选出的非零交流系数取绝对值后乘以2，再通知所述第一嵌入单元9031将所述水印信息嵌入到处理后的系数的最低位上。
当水印信息不止一个时，所述装置还可包括:水印信息处理单元1102，用于将多个水印信息经过模2相加处理得到一个水印信息，再通知所述第一嵌入单元9031使用所得到的水印信息进行嵌入。
上述实施例通过所述非零交流系数处理单元1101将所选出的非零交流系数取绝对值后乘以2，即左移一位，然后再将水印信息嵌入到处理后的系数的最低位上。使得在认证端，在提取出水印信息后，还可采用与嵌入时对应的方法恢复成原始视频，从而能够将水印信息嵌入所引起的对原始视频的失真降到最低。
基于上述技术方案，本发明实施例还公开了一种水印信息的检测装置，如图12所示，所述装置包括:分流单元1201、第一水印信息单元1202、第二水印信息单元1203、判断单元1204，其中，
所述分流单元1201，采用与嵌入端相同的分流规则，按照对视频或图像的内容的影响程度，将收到的图像中或视频的同一个图组中的数据分流成关键数据和非关键数据；
所述第一水印信息单元1202，用于从所述分流单元1201得到的关键数据中生成第一水印信息；
所述第二水印信息单元1203，用于从所述分流单元1201得到的非关键数据中提取第二水印信息；
所述判断单元1204，用于判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到所述视频或图像无篡改；否则判断得到所述视频或图像被篡改。
上述实施例通过所述分流单元1201将视频的同一个图组中或图像中的数据按照对视频或图像的内容的影响程度，分流成关键数据和非关键数据。由于水印信息是从关键数据中产生，并嵌入到了非关键数据中，因此，不仅扩大了水印信息的保护范围，提高了水印信息对视频或图像的保护能力，而且，还能够有效地降低水印信息对视频或图像的视觉影响，保证了视频或图像的质量，从而实现了对视频或图像内容的无缝保护。
此外，本发明实施例还公开了一种水印信息的检验装置，如图13所示，在上述图12所示装置实施例的基础上，所述分流单元1201包括:
视频分流单元12011，用于按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
所述装置还包括:
选择单元1301，用于在由所述视频分流单元12011得到的非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，采用与嵌入端相同的用户密码选择待嵌入的非零交流系数；
所述第二水印信息单元1203包括:
第二水印信息子单元12031，用于从所述选择单元1301选出的非零交流系数中的最低位上提取第二水印信息。
上述实施例由于水印信息位于由所述选择单元1301根据用户密码所选择出的非零交流系数的最低位上。不仅能够进一步降低了水印信息对视频或图像内容产生的影响，而且由于所述选择单元1301需要采用与嵌入端相同的用户密码来选择水印信息的提取位置，因此能够进一步增加了视频码流的安全性，而且能够对篡改的宏块级进行定位。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (31)
1、一种水印信息的嵌入方法，其特征在于，包括：
按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；
从所述关键数据中生成水印信息；
将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中。
2、如权利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，所述分流包括：
按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
3、如权利要求2所述的嵌入方法，其特征在于，还包括：
在非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，根据预置的用户密码选择出待嵌入的非零交流系数；
所述将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中包括：
将所述水印信息嵌入到所选择的非零交流系数中的最低位上。
4、如权利要求3所述的嵌入方法，其特征在于，所述根据预置的用户密码选择出待嵌入的非零交流系数具体包括：
将预置的用户密码调整为与色度信息相关的密码；
将所述调整后的密码与非关键帧的各宏块中待嵌入水印信息分块的非零系数个数求余后加1，得到的结果即为供选择的待嵌入的非零交流系数的位置。
5、如权利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，所述分流包括：
按照不同频率对图像的内容的影响程度，将图像中相对高频的数据分流成非关键数据，将相对低频的数据分流成关键数据；
所述方法还包括：
在所述非关键数据的量化系数中的非零交流系数中，根据预置的用户密码选择出待嵌入的非零交流系数；
所述将水印信息嵌入到所述非关键数据中包括：
将所述水印信息嵌入到所选择的非零交流系数中的最低位上。
6、如权利要求3至5中任一项所述的嵌入方法，其特征在于，在所述将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中之前还包括：
将所述非零交流系数取绝对值后乘以2；
在所述将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中之后还包括：
将嵌入了水印信息的非零交流系数赋予与嵌入前该非零交流系数相同的正负属性。
7、如权利要求3所述的嵌入方法，其特征在于，当所述关键帧为I帧时，从所述关键帧中生成水印信息包括：
比较所述I帧中两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小，并将比较结果通过加密处理生成水印信息。
8、如权利要求7所述的嵌入方法，其特征在于，比较所述I帧中两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小具体包括：
从所述I帧中随机选取两个宏块，分别从所述两个宏块中各个分块的帧内预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数；
分别计算所述两个宏块中选取的非零交流系数之和，然后比较这两个宏块非零交流系数之和的大小。
9、如权利要求3所述的嵌入方法，其特征在于，当所述关键帧为P帧时，从所述关键帧中生成水印信息包括：
比较所述P帧中两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小，并将比较结果通过加密处理生成水印信息。
10、如权利要求9所述的嵌入方法，其特征在于，比较所述P帧中两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小具体包括：
从所述P帧中随机选取两个宏块，分别从所述两个宏块中各个分块的帧间预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数；
分别计算所述两个宏块中选取的非零交流系数之和，然后比较这两个宏块非零交流系数之和的大小。
11、如权利要求7-10中任一项所述的嵌入方法，其特征在于，还包括：
计算所生成的水印信息与所选择的待嵌入的非零交流系数中高位数值的异或值；
所述将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中包括：
将计算得到的结果嵌入到所述待嵌入的非零交流系数中的最低位上。
12、如权利要求2所述的嵌入方法，其特征在于，当水印信息不止一个时，将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中具体包括：
将多个水印信息经过模2相加处理得到处理后的水印信息，将所述处理后的水印信息嵌入到所述非关键数据中。
13、如权利要求2所述的嵌入方法，其特征在于，当水印信息不止一个时，将所述水印信息嵌入到所述非关键数据中具体包括：
将多个水印信息按顺序分别嵌入到与其对应的非关键帧中。
14、一种水印信息的检测方法，其特征在于，包括：
按照对视频或图像的内容的影响程度，将收到的图像中或视频的同一个图组中的数据分流成与嵌入端相同的关键数据和非关键数据；
从所述关键数据中生成第一水印信息；
从所述非关键数据中提取第二水印信息；
判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到所述视频或图像无篡改；否则判断得到所述视频或图像被篡改。
15、如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述分流包括：
按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
16、如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，还包括：
在非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，采用与嵌入端相同的用户密码选择出待检测的非零交流系数；
所述提取第二水印信息包括：
从所选择的非零交流系数中的最低位上提取第二水印信息。
17、如权利要求16所述的检测方法，其特征在于，所述选择出待检测的非零交流系数具体包括：
将预置的用户密码调整为与色度信息相关的密码；
将所述调整后的密码与非关键帧的各宏块中待检测水印信息分块的非零系数个数求余后加1，得到的结果即为供选择的待检测的非零交流系数的位置。
18、如权利要求15所述的检测方法，其特征在于，所述分流包括：
按照不同频率对图像的内容的影响程度，将图像中相对高频的数据分流成非关键数据，将相对低频的数据分流成关键数据；
所述方法还包括：
在所述非关键数据量化系数中的非零交流系数中，采用与嵌入端相同的用户密码选择出待检测的非零交流系数；
所述提取第二水印信息包括：
从所选择的非零交流系数中的最低位上提取第二水印信息。
19、如权利要求17所述的检测方法，其特征在于，当所述关键帧为I帧时，从所述关键帧中生成水印信息包括：
比较所述I帧中两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小，并将比较结果通过加密处理生成水印信息。
20、如权利要求19所述的检测方法，其特征在于，比较所述I帧中两个宏块中相应分块的帧内预测残差的量化系数的大小具体包括：
从所述I帧中随机选取两个宏块，分别从所述两个宏块中各个分块的帧内预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数；
分别计算所述两个宏块中选取的非零交流系数之和，然后比较这两个宏块非零交流系数之和的大小。
21、如权利要求17所述的检测方法，其特征在于，当所述关键帧为P帧时，从所述关键帧中生成水印信息包括：
比较所述P帧中两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小，并将比较结果通过加密处理生成水印信息。
22、如权利要求21所述的检测方法，其特征在于，比较所述P帧中两个宏块中相应分块的帧间预测残差的量化系数的大小具体包括：
从所述P帧中随机选取两个宏块，分别从所述两个宏块中各个分块的帧间预测残差的量化系数中随机选取一个非零交流系数；
分别计算所述两个宏块中选取的非零交流系数之和，然后比较这两个宏块非零交流系数之和的大小。
23、如权利要求19-22中任一项所述的检测方法，其特征在于，还包括：
计算所生成的第一水印信息与所选择的待嵌入的非零交流系数中高位数值的异或值，得到计算结果；
所述判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性包括：
判断所述计算结果与所述第二水印信息的相关性。
24、一种水印信息的嵌入装置，其特征在于，包括：
分流单元，按照对视频或图像的内容的影响程度，将视频的同一个图组中或图像中的数据分流成关键数据和非关键数据；
水印信息生成单元，用于从所述分流单元得到的关键数据中生成水印信息；
嵌入单元，用于将所述水印信息生成单元中的水印信息嵌入到所述关键数据中。
25、如权利要求24所述的嵌入装置，其特征在于，所述分流单元包括：
视频分流单元，用于按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
26、如权利要求25所述的嵌入装置，其特征在于，还包括：
选择单元，用于在由所述视频分流单元得到的非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，根据预置的用户密码选择待嵌入的非零交流系数；
所述嵌入单元包括：
第一嵌入单元，用于将所述水印信息嵌入到由所述选择单元选出的非零交流系数的最低位上。
27、如权利要求26所述的嵌入装置，其特征在于，还包括：
非零交流系数处理单元，用于将所述选择单元选出的非零交流系数取绝对值后乘以2，再通知所述第一嵌入单元在处理结果中嵌入水印信息。
28、如权利要求25所述的嵌入装置，其特征在于，当水印信息不止一个时，所述装置还包括：
水印信息处理单元，用于将多个水印信息经过模2相加处理得到一个水印信息，再通知所述第一嵌入单元使用所得到的水印信息进行嵌入。
29、一种水印信息的检测装置，其特征在于，包括：
分流单元，按照对视频或图像的内容的影响程度，将收到的图像中或视频的同一个图组中的数据分流成与嵌入端相同的关键数据和非关键数据；
第一水印信息单元，用于从所述分流单元得到的关键数据中生成第一水印信息；
第二水印信息单元，用于从所述分流单元得到的非关键数据中提取第二水印信息；
判断单元，用于判断所述第一水印信息与所述第二水印信息的相关性是否满足预置的门限值，若满足，则判断得到所述视频或图像无篡改；否则判断得到所述视频或图像被篡改。
30、如权利要求29所述的检测装置，其特征在于，所述分流单元包括：
视频分流单元，用于按照编码时对其他数据帧的影响程度，将视频的同一个图组中的帧分流成关键帧和非关键帧，其中，所述关键帧中的数据为关键数据，所述非关键帧中的数据为非关键数据。
31、如权利要求30所述的检测装置，其特征在于，还包括：
选择单元，用于在由所述视频分流单元得到的非关键帧中各宏块的帧间预测残差的量化系数中的非零交流系数中，采用与嵌入端相同的用户密码选择待嵌入的非零交流系数；
所述第二水印信息单元包括：
第二水印信息子单元，用于从所述选择单元选出的非零交流系数中的最低位上提取第二水印信息。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |