CN101472170B - 水印嵌入方法及装置和水印认证方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水印嵌入方法及装置和认证方法及装置，涉及水印认证领域，嵌入方法包括：从图像信息中提取抗压缩的视频特征作为水印信息；利用鲁棒水印方法将所述水印信息嵌入所述图像信息中。认证时，从图像信息中提取抗压缩的特征值，作为重构水印信息；从所述图像信息中，提取嵌入水印信息；利用重构水印信息和嵌入水印信息，对所述图像信息进行认证。本发明实施例采用了抗压缩的视频内容特征作为水印信息并采用鲁棒的水印手法将水印信息嵌入到视频中，既可以实现水印认证时，又可以使压缩过程不影响对嵌入水印的视频图像进行水印重构与水印提取的操作，即嵌入水印信息的视频或图像内容可以抵抗二次压缩。
Description
技术领域
本发明涉及多媒体技术领域，尤其是一种抗压缩的水印嵌入方法及装置和水印认证方法及装置。
背景技术
随着多媒体技术以及因特网的普及与发展，大量的视频、图像、音频等数字媒体作品纷纷在网上传播，对其进行版权保护和内容认证已成为迫切需要解决的问题，数字水印技术是解决该问题的一种有效方法；并且，由于视频图像的信息量巨大，必须对其进行必要的压缩才能进行网络传输，所以，能够抗压缩的数字水印技术就变得颇为重要。
现有抗压缩的数字水印技术主要采用能量差水印算法，该方法在压缩过程中(即下文提到的一次压缩)将水印嵌入到视频图像中，具体步骤如下(以任一帧视频图像为例进行说明)：首先对一帧图像的所有宏块进行DCT(DiscreteCosine Transform：离散余弦变换)变换，得到n个DCT组块(通常n取8)，从中提取组块A和组块B。
利用组块A和组块B构造水印信息。方法为：分别确定组块A和组块B的低频部分能量EA和EB的差值，若EA大于EB，水印信息为1；若EA小于EB，水印信息为0。
将水印信息嵌入到低频能量低的组块的高频部分。方法为：当嵌入的水印信息为1时，组块B的低频部分能量低，高频系数置零；当嵌入的水印信息为0时，组块A的低频部分能量低，将组块A的高频系数置零。
这样，对视频流中的每一帧视频图像进行相同的处理，水印信息就被嵌入到压缩过的视频图像中。
在对该处理过的视频图像解压缩的过程中进行水印认证。水印认证的过程包括三个步骤：重构的水印信息的步骤；提取水印信息的步骤；将重构的水印信息与提取的水印信息进行比较认证的步骤；下面分别进行介绍。
重构的水印信息的步骤具体为：对视频图像的所有宏块进行DCT变换，从中提取组块A和组块B，这时组块A和组块B的低频部分能量分别为E′A和E′B，确定E′A和E′B的差值，用上述同样的方法重构水印信息1或0。
提取水印信息的步骤具体为：从组块A和组块B提取水印，水印提取方法为：如果组块B的高频能量大于组块A的高频能量，则水印信息为0；如果组块B的高频能量小于组块A的高频能量，则水印信息为1。将重构的水印信息与提取的水印信息进行比较，如果两者一致，则认为图像内容是真实的，否则认为该图像内容被篡改了。
综上所述，现有的数字水印技术就是将组块两两之间的低频能量差关系提取出来，作为水印信息；并将该水印信息(能量差关系)嵌入在低频能量低的一个组块的高频部分。认证时，将组块两两之间的水印信息(能量差关系)提取出来，与重构的水印信息进行比较认证。
在实现上述抗压缩数字水印技术的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的数字水印技术，通过将DCT组块的高频系数全部置零，实现了水印信息的嵌入。造成解压缩后的视频图像失真度大，峰值信噪比(PSNR)低，视频流的码率低。
在现有的一些视频压缩标准中，对视频图像进行压缩时，宏块编码模式并不是采用一个固定的模式，而是根据率失真代价确定宏块的编码模式。采用现有的数字水印技术，在一次压缩和解压缩的过程中，视频图像的宏块编码模式不变，可以进行正常的水印提取，现有技术能够抵抗一次压缩。如果，将进行一次压缩后嵌入有水印信息的视频图像用上述视频压缩标准再进行压缩(即二次压缩)，由于嵌入的水印造成了图像的失真，改变了视频图像的率失真代价，相应地，这时的宏块编码模式也发生了变化，从而无法根据宏块的低频能量差关系正确重构水印信息，无法进行水印认证。
发明内容
本发明实施例目的在于提供一种水印嵌入、认证的方法及装置，能够抵抗二次压缩同时又实现水印认证的目的。
一方面，本发明实施例提供一种水印嵌入方法。
本发明实施例水印嵌入方法，包括如下步骤：
从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系作为水印信息；
对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中；
其中，每一帧图像被任意分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，所述水印宏块为所述水印提取域内的任意宏块，所述嵌入宏块为所述水印嵌入域内的任意宏块。
另一方面，本发明实施例还提供一种水印认证方法。
一种水印认证方法，包括如下步骤：
从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系，作为重构水印信息，其中，根据在水印嵌入过程中记录的位置或按照与嵌入端相应的规则在当前帧中提取所述两个水印宏块；
从所述图像信息中，提取嵌入水印信息；
利用重构水印信息和嵌入水印信息，对所述图像信息进行认证；
其中，水印嵌入端将每一帧图像分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，在水印提取域内任取两个宏块，确定为水印宏块，确定两个水印宏块的能量关系，将该关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息，在水印嵌入域内任取一个宏块，确定为嵌入宏块，通过对嵌入宏块进行频域变换将水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者，将水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中。
另一方面，本发明实施例提供一种水印嵌入装置。
本发明实施例水印嵌入装置，包括：
水印提取单元，用于从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系作为水印信息；
水印嵌入单元，用于对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中；
其中，每一帧图像被任意分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，所述水印宏块为所述水印提取域内的任意宏块，所述嵌入宏块为所述水印嵌入域内的任意宏块。
另一方面，本发明实施例还提供一种水印认证装置。
本发明实施例提供的水印认证装置，包括：
水印信息重构单元，用于从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系，作为重构水印信息，其中，根据在水印嵌入过程中记录的位置或按照与嵌入端相应的规则在当前帧中提取所述两个水印宏块；
嵌入水印信息提取单元，用于从所述图像信息中提取嵌入水印信息；
认证单元，用于利用重构水印信息和嵌入水印信息对所述图像信息进行认证；
其中，水印嵌入端将每一帧图像分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，在水印提取域内任取两个宏块，确定为水印宏块，确定两个水印宏块的能量关系，将该关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息，在水印嵌入域内任取一个宏块，确定为嵌入宏块，通过对嵌入宏块进行频域变换将水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者，将水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中。
本发明的实施例中的对原始的视频图像进行水印信息的提取，水印信息是从视频图像内容中提取的抗压缩的特征指，再利用鲁棒水印算法将水印信息嵌入到视频图像中。由于选取的特征值在压缩前后，不会改变，因此即使视频图像经过二次压缩后嵌入的水印信息不会变。从而，在后续的视频认证过程中，压缩前后视频图像的宏块编码模式不会改变。压缩过程不影响对水印重构与水印提取的操作。所以本发明的实施例水印嵌入方法能够抵抗对视频或图像的一二次压缩或转码。
附图说明
图1为本发明实施例水印嵌入方法的流程图；
图2为本发明实施例水印认证方法的流程图；
图3为本发明实施例构造水印信息的流程图；
图4为本发明实施例构造水印信息时的区域划分示意图；
图5为本发明实施例将水印信息嵌入到视频图像的流程图；
图6为本发明实施例水印嵌入装置结构示意图；
图7为本发明实施例水印嵌入装置中水印提取单元与水印嵌入单元的结构示意图；
图8为本发明实施例水印认证装置结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中的水印认证技术不能抵抗有损压缩的问题，本发明实施例提供了一种水印嵌入方法和水印认证方法。如图1所示，该水印嵌入方法包括如下步骤：
101.从图像信息中提取抗压缩的特征值作为水印信息；本发明利用宏块之间的能量关系，构造视频内容的抗压缩的特征值。
102.利用鲁棒水印方法将所述水印信息嵌入所述图像信息中。
如图2所示，该水印认证方法包括如下步骤：
201.从图像信息中提取抗压缩的特征值，作为重构水印信息；
202.从所述图像信息中，提取嵌入水印信息；
203.利用重构水印信息和嵌入水印信息，对所述图像信息进行认证。
下面分别对水印嵌入方法和水印认证方法进行介绍。
水印嵌入方法
现有技术在压缩的过程中将水印嵌入到视频图像中；本发明是从图像信息中提取抗压缩的视频特征作为水印信息，并利用鲁棒水印方法将该水印信息嵌入到视频图像中，然后再对图像进行压缩。
101、从图像信息中提取抗压缩的视频特征作为水印信息的步骤如图3所示，包括如下：
301、将每一帧图像任意分成至少两个区域，包括水印提取域和水印嵌入域；
视频图像包括若干帧，将每帧图像任意分成两个区域，分别为水印提取域和水印嵌入域，这两个区域可以被划分成任意的形状，但是，划分后的两个区域互不重叠。本发明实施例中，如图4所示，本实施例水印提取域和水印嵌入域的面积比为2∶1。
302、在水印提取域内任取两个宏块，确定为水印宏块
在水印提取域内任取两个宏块1、2，作为水印宏块。可以记录两个水印宏块在当前帧中的位置；在认证时，根据该位置记录可以找到宏块1、2，将其提取出来；认证端也可以按照与嵌入端的规则提取水印宏块。
303、确定两个水印宏块的能量关系，将该关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息；
此处抗压缩的视频特征可以为宏块的能量关系。分别确定宏块1、2的能量信息E1和E2，进行比较；所述能量信息可以为水印宏块的能量的1-范数或2-范数。
若E1大于E2，则将该能量关系量化为水印信息1；
若E1小于E2，则将该能量关系量化为水印信息0；
至此，水印信息构造完成。
102.利用鲁棒水印方法将所述水印信息嵌入所述图像信息中的步骤的具体过程如下：如图5所示：
501、在水印嵌入域内任取一个宏块，作为嵌入宏块
在水印嵌入域内任取一个宏块C，作为嵌入宏块。
502、记录该嵌入宏块在当前帧中的位置；
可以记录宏块C在当前帧中的位置。在认证时，根据该位置记录可以找到宏块C，将其提取出来。
503、通过鲁棒水印算法将所述水印信息嵌入到嵌入宏块。
通过鲁棒水印算法将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的的方法包括以下两种：第一种方法是对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数；第二种情况是将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中。下面分别对其进行介绍：
第一种情况：
对嵌入宏块进行频域变换。所述频域变换可以为余弦变换、傅立叶变换或其他任意频域变换；
对变换后的嵌入宏块的中高频系数进行一维化扫描，得到一维序列C(n)。在本发明实施例中，在一个宏块中中高频部分占该宏块的一半。宏块的一半包括128个频域变换系数值，所以在一维序列C(n)中，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127。其中，所述一维化扫描可以采用之字形扫描或其他任意形式的一维化扫描；
生成两个P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127；
所述水印信息可以通过不同的公式，嵌入到嵌入宏块的中高频系数。下面分别对其进行介绍：
1)当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p1(n))，C(n))实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p0(n))，C(n))实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维中高频系数序列，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的中高频系数序列，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号附给x。
通过另一个公式将所述水印信息，嵌入到嵌入宏块的中高频系数的步骤如下：
2)当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p1(n)，C(n))实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p0(n)，C(n))实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维中高频系数序列，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的中高频系数序列，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号附给x。
第二种情况：
对嵌入宏块的像素值进行一维化扫描，得到一维序列C(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255，其中，所述一维化扫描可以采用之字形扫描或其他任意形式的一维化扫描；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255；
所述水印信息可以通过不同的公式，嵌入到嵌入宏块像素值中。下面分别对其进行介绍：
1)当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p1(n))，C(n))实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p0(n))，C(n))实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维像素值序列，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的像素值序列，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号附给x。
通过另一个公式，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块像素值的步骤如下：
2)当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p1(n)，C(n))实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p0(n)，C(n))实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维像素值序列，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的像素值序列，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号附给x。
水印信息嵌入过程完成。
在水印嵌入时，可以将水印提取域内所有宏块确定的水印信息，嵌入到水印嵌入域所有宏块中。也可以将水印提取域的部分宏块确定的水印信息，嵌入到水印嵌入域部分宏块中。
本发明的实施例中通过提取原始视频图像的抗压缩的视频内容特征先进行水印构造，采用鲁棒水印手法将该水印嵌入到视频图像。嵌入水印后的视频图可以进行压缩，以便于网络传输或存储等。若视频图像经过压缩，则在解码端将该压缩后的视频图像进行解压缩，可以得到嵌入水印的视频图像。从而，在后续的视频认证过程中，使压缩过程不影响水印重构与提取的操作。由于本发明实施例压缩前与解压缩后的视频图像的宏块的编码模式不会改变，所以能够利用宏块的能量差关系进行水印重构以及利用鲁棒水印手法提取水印，从而使本发明实施例的水印嵌入与认证方法能够抵抗二次压缩。
由于在实际应用中，会经常遇到转码的情况。所谓转码是指：对一次压缩后嵌入水印的视频图像再进行压缩，两次的压缩方式可相同也可不相同。本发明实施例的能够抵抗转码，即经过转码之后，在解压时原来嵌入的水印还可以用于实现认证的目的。
由于在本发明的实施例中，对嵌入宏块进行频域变换后，通过些微修正变换块的中高频系数，将水印信息嵌入到嵌入宏块；或者直接将水印信息嵌入在嵌入宏块的像素值上，解决了现有技术通过将高频系数置零嵌入水印信息，图像失真较大的问题。达到了图像的失真小，峰值信噪比高，视频码率高的效果。
水印认证方法
如图6所示，本发明的实施例认证过程包括：从图像信息中提取抗压缩的视频特征作为重构水印信息、从图像信息中提取嵌入水印信息和根据重构水印信息和提取的嵌入水印信息对图像进行认证三个步骤。下面分别对其进行介绍：
从图像信息中提取嵌入的水印信息；首先，根据记录的位置或与嵌入端相应的规则在当前帧中提取嵌入宏块C；
在嵌入过程中将水印嵌入的位置进行了记录，在认证时，可以根据该记录的位置将嵌入宏块提取出来。
然后从嵌入宏块C中提取嵌入的水印信息；
从嵌入宏块中提取水印信息的情况分为两种：第一种情况是对嵌入宏块进行频域变换，从嵌入宏块的中高频系数提取水印信息；第二种情况是从嵌入宏块的像素值中提取水印信息。下面分别对其进行介绍：
第一种情况
对嵌入宏块进行频域变换，其中，所述频域变换可以为余弦变换、傅立叶变换或其他任意频域变换；
对变换后的嵌入宏块的中高频系数进行一维化扫描，得到一维序列D(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127，其中，所述一维化扫描可以采用之字形扫描或其他任意形式的一维化扫描；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至127；
一维序列D(n)与P0(n)的相关性Cor0为：Cor0＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p0(n))
一维序列D(n)与P1(n)的相关性Cor1为：Cor1＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p1(n))
比较Cor0与Cor1的大小：
若Cor0大于Cor1，则提取的水印信息为0；
若Cor0小于Cor1，则提取的水印信息为1。
第二种情况
对嵌入宏块的像素值进行一维化扫描，得到一维序列D(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255，其中，所述一维化扫描可以采用之字形扫描或其他任意形式的一维化扫描；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数，n的取值为0至255；
一维序列D(n)与P0(n)的相关性Cor0为：Cor0＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p0(n))
一维序列D(n)与P1(n)的相关性Cor1为：Cor1＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p1(n))
比较Cor0与Cor1的大小：
若Cor0大于Cor1，则提取的水印信息为0；
若Cor0小于Cor1，则提取的水印信息为1。
重构水印信息
根据记录的位置或按照于嵌入端相应的规则在当前帧中提取水印宏块1、2；
若在嵌入过程中将宏块1、2的位置进行了记录，在认证时，可以根据该记录的位置将宏块1、2提取出来。
确定水印宏块1、2的能量关系；
分别确定宏块1、2的能量信息E1和E2，进行比较；所述能量信息可以为水印宏块的能量的1-范数或2-范数。
若E1大于E2，则将该能量关系量化为水印信息1；
若E1小于E2，则将该能量关系量化为水印信息0；
根据重构水印信息和提取的嵌入水印信息对图像内容进行认证
将重构的水印信息与提取的嵌入水印信息进行比较，如果一致，则认证成功；否则，认证失败。
由于本发明实施例采用了抗压缩的视频特征作为水印信息并采用鲁棒的水印手法将水印信息嵌入到视频中，所以对已压缩的嵌入水印的视频图像，进行水印认证时，其压缩过程不影响对嵌入水印的视频图像进行水印重构与水印提取的操作。
本发明实施例压缩前与压缩后视频图像的宏块编码模式并不改变，所以，能够利用宏块的能量关系进行水印重构并利用鲁棒水印手法对宏块进行水印信号提取，实现正确的水印认证。
本发明实施例对二次压缩后的视频图像，也能实现正确的水印认证。当有人对图像进行恶意篡改，视频图像的内容会发生相应变化，该视频图像中宏块的能量也随之发生变化。在进行水印认证时，就无法根据宏块的能量关系正确提取出水印信息，所以，本发明实施例可以识别出对图像的恶意篡改。
另外，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流程，是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
本发明的实施例还提供了一种水印嵌入装置。如图6所示，该装置包括：
水印提取单元601，用于从图像信息中提取抗压缩的视频特征作为水印信息；
水印嵌入单元602，用于将所述水印信息嵌入到图像信息中。
如图7所示，所述水印提取单元601包括：
区域划分单元701，用于将每一帧图像任意分成至少两个区域，包括水印提取域和水印嵌入域；
水印宏块选取单元702，在水印提取域内任取两个宏块，作为水印宏块；
可选地，包括水印宏块位置记录单元703，用于记录两个水印宏块在当前帧中的位置；
水印信息获取单元704，用于确定两个水印宏块的能量关系，将该能量关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息；
如图7所示，所述水印嵌入单元602包括：
嵌入宏块选取单元705，在水印嵌入域内任取一个宏块，作为嵌入宏块；
可选地，包括嵌入宏块位置记录单元706，用于记录该嵌入宏块在当前帧中的位置；
嵌入单元707，用于将所述水印信息嵌入到嵌入宏块。
所述水印信息获取单元包括：
能量确定单元，用于确定两个水印宏块的能量信息E1和E2；
能量比较单元，用于比较两个水印宏块的能量信息E1和E2；
水印信息量化单元，用于在E1大于等于E2时，将该能量关系量化为水印信息1；
在E1小于E2时，则将该能量关系量化为水印信息0；
本发明的实施例还提供了一种水印认证装置，如图8所示，该装置包括：
水印信息重构单元810，用于从图像信息中提取抗压缩的特征值，作为重构水印信息；
嵌入水印信息提取单元820，用于从所述图像信息中提取嵌入水印信息；
认证单元830，利用重构水印信息和嵌入水印信息对所述图像信息进行认证。
水印信息重构单810元包括：
能量确定单元811，用于确定两个水印宏块的能量信息E1和E2；
能量比较单元812，用于比较两个水印宏块的能量信息E1和E2；
水印信息量化单元813，用于在E1大于等于E2时，则将该能量关系量化为水印信息1；或
在E1小于E2时，则将该能量关系量化为水印信息0。
所述嵌入水印信息提取单元820包括：
嵌入宏块确定单元，根据记录的位置在当前帧中确定嵌入宏块；
水印信息提取单元，用于从嵌入宏块中提取所述嵌入水印信息。
由于本发明的实施例水印嵌入装置采用了抗压缩的视频特征作为水印信息并采用鲁棒的水印手法在视频图像中嵌入所述水印信息，可以抗攻击，在认证装置进行认证时，实现水印认证；同时可以抵抗二次压缩，即嵌入水印信息的视频或图像经过一次或转码后，压缩过程不影响对嵌入水印的视频图像进行水印重构与水印提取的操作，能够抵抗二次压缩。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (23)
1.一种水印嵌入的方法，其特征在于，包括：
从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系作为水印信息；
对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中；
其中，每一帧图像被任意分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，所述水印宏块为所述水印提取域内的任意宏块，所述嵌入宏块为所述水印嵌入域内的任意宏块。
2.根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系作为水印信息包括：
确定两个水印宏块的能量关系，将所述能量关系量化得到两个水印宏块对应的水印信息。
3.根据权利要求2所述的水印嵌入方法，其特征在于，在所述对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中之前，还包括：
记录所述嵌入宏块在当前帧中的位置。
4.根据权利要求2所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述确定两个水印宏块的能量关系，将所述能量关系量化得到两个水印宏块对应的水印信息包括：
分别获取两个水印宏块各自的能量信息E1和E2；
若E1大于等于E2，则将该能量关系量化为水印信息1；
若E1小于E2，则将该能量关系量化为水印信息0。
5.根据权利要求4所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述能量信息为水印宏块的能量的1-范数或2-范数。
6.根据权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数包括：
对所述嵌入宏块进行频域变换；
对变换后的所述嵌入宏块的中高频系数进行一维化扫描，得到一维序列C(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)；
当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p1(n))，C(n))，实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p0(n))，C(n))，实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维中高频系数序列，n表示伪随机序列中的序列位数，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的中高频系数序列，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号赋给x。
7.根据权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数包括：
对所述嵌入宏块进行频域变换；
对变换后的所述嵌入宏块的中高频系数进行一维化扫描，得到一维序列C(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)；
当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p1(n)，C(n))，实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p0(n)，C(n))，实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维中高频系数序列，n表示伪随机序列中的序 列位数，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的中高频系数序列，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号赋给x。
8.根据权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中包括：
对嵌入宏块的像素值进行一维化扫描，得到一维序列C(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)；
当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p1(n))，C(n))，实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))*(1+α*p0(n))，C(n))，实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维像素值序列，n表示伪随机序列中的序列位数，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的像素值序列，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号赋给x。
9.根据权利要求3所述的水印嵌入方法，其特征在于，所述将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中包括：
对所述嵌入宏块的像素值进行一维化扫描，得到一维序列C(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)；
当水印信息为1时，用伪随机序列P1(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p1(n)，C(n))，实现水印信息1的嵌入；
当水印信息为0时，用伪随机序列P0(n)修正一维序列C(n)：
C′(n)＝sign(fabs(C(n))+α*p0(n)，C(n))，实现水印信息0的嵌入；
其中，C(n)为嵌入宏块的一维像素值序列，n表示伪随机序列中的序列位数，C′(n)为嵌入水印后的嵌入宏块的像素值序列，α表示嵌入强度，sign(x，y)表示将y的符号赋给x。
10.一种水印认证方法，其特征在于，包括如下步骤：
从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系，作为重构水印信息，其中，根据在水印嵌入过程中记录的位置或按照与嵌入端相应的规则在当前帧中提取所述两个水印宏块；
从所述图像信息中，提取嵌入水印信息；
利用重构水印信息和嵌入水印信息，对所述图像信息进行认证；
其中，水印嵌入端将每一帧图像分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，在水印提取域内任取两个宏块，确定为水印宏块，确定两个水印宏块的能量关系，将该关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息，在水印嵌入域内任取一个宏块，确定为嵌入宏块，通过对嵌入宏块进行频域变换将水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者，将水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中。
11.根据权利要求10所述的水印认证方法，其特征在于，所述从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系，作为重构水印信息的步骤包括：
确定两个水印宏块的能量关系，将所述能量关系量化得到两个水印宏块对应的重构水印信息。
12.根据权利要求11所述的水印认证方法，其特征在于，所述确定两个宏块的能量关系，将所述能量关系量化得到两个水印宏块对应的重构水印信息的 步骤包括：
分别获取两个水印宏块各自的能量信息E1和E2；
若E1大于等于E2，则将该能量关系量化为重构水印信息1；
若E1小于E2，则将该能量关系量化为重构水印信息0。
13.根据权利要求10所述的水印认证方法，其特征在于，从所述图像信息中，提取嵌入水印信息的步骤包括：
根据记录的位置在当前帧中确定嵌入宏块；
从嵌入宏块中提取所述嵌入水印信息。
14.根据权利要求13所述的水印认证方法，其特征在于，从嵌入宏块中提取所述嵌入水印信息的步骤包括：
对嵌入宏块进行频域变换；
对变换后的嵌入宏块的中高频系数进行一维化扫描，得到一维序列D(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
一维序列D(n)与P0(n)的相关性Cor0为：Cor0＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p0(n))
一维序列D(n)与P1(n)的相关性Cor1为：Cor1＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p1(n))
比较Cor0与Cor1的大小：
若Cor0大于Cor1，则提取的嵌入水印信息为0；
若Cor0小于Cor1，则提取的嵌入水印信息为1。
15.根据权利要求13所述的水印认证方法，其特征在于，从嵌入宏块中提取所述嵌入水印信息的步骤包括：
对嵌入宏块的像素值进行一维化扫描，得到一维序列D(n)，n表示伪随机序 列中的序列位数；
生成两个伪随机序列P0(n)和P1(n)，满足P0(n)＝-P1(n)，n表示伪随机序列中的序列位数；
一维序列D(n)与P0(n)的相关性Cor0为：Cor0＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p0(n))
一维序列D(n)与P1(n)的相关性Cor1为：Cor1＝Correlation(log(fabs(D(n)))，p1(n))
比较Cor0与Cor1的大小：
若Cor0大于Cor1，则提取的嵌入水印信息为0；
若Cor0小于Cor1，则提取的嵌入水印信息为1。
16.根据权利要求12、14或15所述的水印认证方法，其特征在于，利用重构水印信息和嵌入水印信息对所述图像信息进行认证的步骤包括：
比较重构水印信息与嵌入水印信息是否一致；
如果一致，则认证成功；否则认证失败。
17.一种水印嵌入装置，其特征在于，包括：
水印提取单元，用于从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系作为水印信息；
水印嵌入单元，用于对嵌入宏块进行频域变换，将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者将所述水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中；
其中，每一帧图像被任意分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，所述水印宏块为所述水印提取域内的任意宏块，所述嵌入宏块为所述水印嵌入域内的任意宏块。
18.根据权利要求17所述的水印嵌入装置，其特征在于，所述水印提取单元包括：
区域划分单元，用于将每一帧图像任意分成至少两个区域，包括水印提取域和水印嵌入域；
水印宏块选取单元，在水印提取域内任取两个宏块，作为水印宏块；
水印宏块位置记录单元，用于记录两个水印宏块在当前帧中的位置；
水印信息获取单元，用于确定两个水印宏块的能量关系，将所述能量关系量化得到两个水印宏块对应的水印信息；
19.根据权利要求17所述的水印嵌入装置，其特征在于，还包括：
嵌入宏块选取单元，在水印嵌入域内任取一个宏块，作为嵌入宏块；
嵌入宏块位置记录单元，用于记录该嵌入宏块在当前帧中的位置。
20.根据权利要求18所述的水印嵌入装置，其特征在于，所述水印信息获取单元包括：
能量确定单元，用于确定两个水印宏块各自的能量信息E1和E2；
能量比较单元，用于比较两个水印宏块的能量信息E1和E2；
水印信息量化单元，用于在E1大于E2时，则将该能量关系量化为水印信息1；或在E1小于E2时，则将该能量关系量化为水印信息0。
21.一种水印认证装置，包括：
水印信息重构单元，用于从图像信息中提取两个水印宏块之间的能量关系，作为重构水印信息，其中，根据在水印嵌入过程中记录的位置或按照与嵌入端相应的规则在当前帧中提取所述两个水印宏块；
嵌入水印信息提取单元，用于从所述图像信息中提取嵌入水印信息；
认证单元，用于利用重构水印信息和嵌入水印信息对所述图像信息进行认证；
其中，水印嵌入端将每一帧图像分成包括水印提取域和水印嵌入域的至少两个区域，在水印提取域内任取两个宏块，确定为水印宏块，确定两个水印宏块的能量关系，将该关系量化得到这两个水印宏块对应的水印信息，在水印嵌入域内任取一个宏块，确定为嵌入宏块，通过对嵌入宏块进行频域变换将水印 信息嵌入到嵌入宏块的中高频系数，或者，将水印信息嵌入到嵌入宏块的像素值中。
22.根据权利要求21所述的水印认证装置，其特征在于，水印信息重构单元包括：
能量确定单元，用于确定两个水印宏块的能量信息E1和E2；
能量比较单元，用于比较两个水印宏块的能量信息E1和E2；
水印信息量化单元，用于在E1大于等于E2时，则将该能量关系量化为水印信息1；或
在E1小于E2时，则将该能量关系量化为水印信息0。
23.根据权利要求21所述的水印认证装置，其特征在于，所述嵌入水印信息提取单元包括：
嵌入宏块确定单元，根据记录的位置在当前帧中确定嵌入宏块；
水印信息提取单元，用于从嵌入宏块中提取所述嵌入水印信息。
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