CN101854546B - 一种基于h.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，属视频数字加解密技术，包括视频水印嵌入和提取两个过程，视频水印嵌入是将P帧作为嵌入目标，利用密钥生成一组伪随机序列，序列的取值是{0，1}；然后把密钥分组，每一组转化成十进制的一个数，代表了水印嵌入的P帧的序号；最后修改相应的P帧的运动矢量，视频水印嵌入完成；视频水印提取是在解码帧中找到P帧，统计该P帧中相应块的MV特性，满足条件的P帧含有水印，该帧号就是相应的水印值，所有含水印的P帧帧号转换成二进制就可以得到水印序列，视频水印提取完成。本发明提出了水印嵌入的另一种形式，增加了破坏水印的难度。

Description

一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法

所属技术领域

本发明涉及一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，属视频数字加解密技术领域。

背景技术

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，数据的分发越来越方便，在人们享受着高速网络和丰富的多媒体文件的同时，盗版活动也越来越猖獗。文件被恶意篡改的可能性越来越大，人们也无法证明多媒体文件的真正来源，这就打击了多媒体提供者的积极性，并且严重损害了已有多媒体文件的版权，引起更多的纠纷。

通过数字加密技术可以缓解盗版问题。通过在多媒体文件发布之前对其进行加密处理，在接受方通过相对应的解密算法还原原始文件，从而保证在整个文件的传播过程中不会被恶意篡改。但这种方法仅适合文件很小的情况下，随着文件大小的不断提升，加解密过程将变得异常复杂和漫长。

数字水印技术的出现很好的解决了这个问题。数字水印技术是通过一定的算法将版权信息嵌入到被保护的数字载体信号(如图像、音频、视频、文本等)中来证明版权归属的技术，从它出现到现在短短的十几年工夫，已经成为多媒体信号处理领域一个炙手可热的研究方向。数字水印技术的研究和应用对版权保护、数据认证和完整性检验都具有重要的实用价值；在广播监控，用户跟踪等方面也具有广泛的应用。

目前多媒体视频由于其原始视频文件庞大，需要先进行压缩才适合在网络中传播。压缩技术一般有MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.263、H.264技术等。其中H.264技术由于其压缩率高，处理速度快，因为很适合在网络中传输。根据H.264的压缩原理，在压缩视频的同时，实时进行水印的嵌入，从而在视频生成的同时，已经是含有版权人信息的文件，并且该文件基本对视频的影响忽略不计。当该文件受到恶意篡改时，可以利用提取算法提取出版权人信息，从而证明文件的真正所有人。

H.264编码过程中可嵌入水印的载体众多，方法也不一，可以在帧内进行嵌入，使用基于图像的算法，也可以在帧间进行嵌入，使用运动矢量作为载体。因为视频的时间长，运动矢量众多，所以在其中嵌入水印，既可以满足水印单位量小，并且重复周期多，嵌入位置不固定的优点。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，能够实现水印的秘密隐藏，和传统的水印嵌入算法相比，嵌入位置更加隐蔽，水印的形式也更加难以发现。

本发明方法是通过以下方案来实现的。

一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，包括视频水印嵌入和提取两个过程视频水印嵌入是将P帧作为嵌入目标，利用密钥生成一组伪随机序列，序列的取值是{0，1}；然后把密钥分组，每一组转化成十进制的一个数，代表了水印嵌入的P帧的序号；最后 修改相应的P帧的运动矢量，视频水印嵌入完成；视频水印提取是在解码帧中找到P帧，统计该P帧中相应块的MV特性，满足条件的P帧含有水印，该帧号就是相应的水印值，所有含水印的P帧帧号转换成二进制就可以得到水印序列，视频水印提取完成，其具体步骤如下：

视频水印嵌入

1)在原始视频编码成H.264视频的过程中，确定帧内编码出现的次数，两次帧内编码中间的部分即是帧间编码，也就是P帧；

2)确定水印生成算法，可以采用随机产生的方式，或者是有意义的水印，最终把水印按照一定的算法编码为二进制序列，也就是{0，1}序列；

3)把一维水印进行分组，分组方式为P帧的长度，如果P帧长度在大于2n且小于2n+1时，按照n对水印进行分组；还原每个分组的二进制变为十进制；

4)产生的序列就是水印嵌入的P帧号序列。对选取出的P帧进行分块，选取特定块(可以按照约定进行选取)，修改该块的运动矢量；

5)考虑到运动矢量的统计结果，0值较多，修改运动矢量的方法为：修改该运动矢量为奇数，使得统计结果不受到原始数据的影响；

6)将修改后的运动矢量保存，合并P帧分块，把嵌入水印的P帧替代原始的P帧；

7)得到的P帧序列就是含有水印的P帧序列，水印嵌入过程完成；

视频水印提取

8)对含有水印的视频进行解码；

9)在H.264视频解码为原始视频时，对每个经过解码器的P帧进行检测，检测方法是：对该P帧进行分块，选取出特定块；(选择方法和嵌入的方法一致)

10)对特定块进行运动矢量的奇偶性进行统计，如果奇数个数大于偶数个数，则该块含有水印；

11)同理，如果该P帧的最终统计结果超过了统计阀值，则确定该块为含水印帧，帧的序号就是水印信息；

12)把序号转换为二进制，生成的一维序列{0，1}序列就是水印信息；

13)将所有的水印信息都汇总，可以得到原始的数字水印。

本发明方法水印嵌入位置选择在P帧的运动矢量上，由于编码中一组I帧和P帧的重复性，导致了P帧的数目众多并且容量很小，所以我们把众多的P帧作为嵌入目标。水印提取算法是水印嵌入算法的逆过程，这个过程中需要相关检测的支持。首先把码流输入解码器，在解码帧中找到P帧，然后统计该P帧中相应块的MV特性，满足条件的说明该P帧含有水印，那么帧号就是相应的水印值，所有含水印的P帧帧号转换成二进制就可以得到水印序列。

本发明利用视频压缩过程中产生的众多运动矢量作为水印嵌入的载体，通过小范围的修改，在不影响视频质量的基础上，嵌入所需的信息。利用逆算法可以在需要的时候对其进行检测。

本发明把水印嵌在P帧上，利用相关检测，得到的P帧帧号作为水印信息，达到了水印嵌入不可见性的目的。

本发明解决了视频水印嵌入过程中实时性要求高，嵌入算法对编解码影响尽量小的问题，具有高实时性、嵌入位置隐蔽、水印信息独特的优点。

附图说明

图1是视频水印嵌入流程图。其中1-7表示该过程中的各个步骤。

图2是视频水印提取流程图。其中8-13表示该过程中的各个步骤。

具体实施方式：

实施例：

一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，包括视频水印嵌入和提取两个过程，视频水印嵌入是将P帧作为嵌入目标，利用密钥生成一组伪随机序列，序列的取值是{0，1}；然后把密钥分组，每一组转化成十进制的一个数，代表了水印嵌入的P帧的序号；最后修改相应的P帧的运动矢量，视频水印嵌入完成；视频水印提取是在解码帧中找到P帧，统计该P帧中相应块的MV特性，满足条件的P帧含有水印，该帧号就是相应的水印值，所有含水印的P帧帧号转换成二进制就可以得到水印序列，视频水印提取完成其具体步骤如下

视频水印嵌入，如图1所示，

1)在原始视频编码成H.264视频的过程中，确定帧内编码出现的次数，两次帧内编码中间的部分即是帧间编码，也就是P帧；

2)确定水印生成算法，可以采用随机产生的方式，或者是有意义的水印，最终把水印按照一定的算法编码为二进制序列，也就是{0，1}序列；

3)把一维水印进行分组，分组方式为P帧的长度，如果P帧长度在大于2ⁿ且小于2ⁿ⁺¹时，按照n对水印进行分组；还原每个分组的二进制变为十进制；

4)产生的序列就是水印嵌入的P帧号序列。对选取出的P帧进行分块，选取特定块(可以按照约定进行选取)，修改该块的运动矢量；

5)考虑到运动矢量的统计结果，0值较多，修改运动矢量的方法为：修改该运动矢量为奇数，使得统计结果不受到原始数据的影响；

6)将修改后的运动矢量保存，合并P帧分块，把嵌入水印的P帧替代原始的P帧；

7)得到的P帧序列就是含有水印的P帧序列，水印嵌入过程完成；

视频水印提取，如图2所示，

8)对含有水印的视频进行解码；

9)在H.264视频解码为原始视频时，对每个经过解码器的P帧进行检测，检测方法是：对该P帧进行分块，选取出特定块；(选择方法和嵌入的方法一致)

10)对特定块进行运动矢量的奇偶性进行统计，如果奇数个数大于偶数个数，则该块含有水印；

11)同理，如果该P帧的最终统计结果超过了统计阀值，则确定该块为含水印帧，帧的序号就是水印信息；

12)把序号转换为二进制，生成的一维序列{0，1}序列就是水印信息；

13)将所有的水印信息都汇总，可以得到原始的数字水印。

Claims (1)

1.一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法，包括视频水印嵌入和提取两个过程，视频水印嵌入是将P帧作为嵌入目标，利用密钥生成一组伪随机序列，序列的取值是{0，1}；然后把密钥分组，每一组转化成十进制的一个数，代表了水印嵌入的P帧的序号；最后修改相应的P帧的运动矢量，视频水印嵌入完成；视频水印提取是在解码帧中找到P帧，统计该P帧中相应块的MV特性，满足条件的P帧含有水印，该帧号就是相应的水印值，所有含水印的P帧帧号转换成二进制就可以得到水印序列，视频水印提取完成，其具体步骤如下：

视频水印嵌入

1)在原始视频编码成H.264视频的过程中，确定帧内编码出现的次数，两次帧内编码中间的部分即是帧间编码，也就是P帧；

2)确定水印生成算法，可以采用随机产生的方式，或者是有意义的水印，最终把水印按照一定的算法编码为二进制序列，也就是{0，1}序列；

3)把一维水印进行分组，分组方式为P帧的长度，如果P帧长度在大于2ⁿ且小于2ⁿ⁺¹时，按照n对水印进行分组；还原每个分组的二进制变为十进制；

4)产生的序列就是水印嵌入的P帧号序列，对选取出的P帧进行分块，选取特定块，修改该块的运动矢量；

5)考虑到运动矢量的统计结果，0值较多，修改运动矢量的方法为：修改该运动矢量为奇数，使得统计结果不受到原始数据的影响；

6)将修改后的运动矢量保存，合并P帧分块，把嵌入水印的P帧替代原始的P帧；

7)得到的P帧序列就是含有水印的P帧序列，水印嵌入过程完成；

视频水印提取

8)对含有水印的视频进行解码；

9)在H.264视频解码为原始视频时，对每个经过解码器的P帧进行检测，检测方法是：对该P帧进行分块，选取出特定块；

10)对特定块进行运动矢量的奇偶性进行统计，如果奇数个数大于偶数个数，则该块含有水印；

11)如果该P帧的最终统计结果超过了统计阀值，则确定该帧为含水印帧，帧的序号就是水印信息；

12)把序号转换为二进制，生成的一维序列{0，1}序列就是水印信息；

13)将所有的水印信息都汇总，可以得到原始的数字水印。 

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