CN102271289B - 电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法，属于多媒体信息安全技术领域的方法。本发明的电视节目中鲁棒性水印的嵌入的方法：在电视节目发行之前，在视频X中添加某些符号S₀、S₁、S₂…；然后，使用嵌入算法在视频X中嵌入水印，水印嵌入算法包括像素域、变换域或压缩域中的嵌入算法；最后，发行嵌入水印的视频X’；鲁棒性水印的提取方法：首先，检测接受操作的视频X’’的符号，经过图片修正后，使用与嵌入算法相对应的提取算法，从视频X’中提取水印I。使用本发明的方法，电视台标志、时间标签或广告栏等符号能够被检测到，并且可以在提取水印之前修正图像/视频；该方法对旋转、缩放、移位等操作具有鲁棒性。

Description

电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法

技术领域

本发明涉及一种多媒体信息安全技术领域的方法、系统和设备，具体地说，它涉及一种电视节目中的鲁棒性数字水性的嵌入、提取的方法、系统和设备。

背景技术

鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定(结构，大小)的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。

对于那些想要提供IPTV或电视广播，同时希望保护自身版权的服务提供者来说，本发明提出的方法是非常具有吸引力的。在媒体发行之前，服务提供者通常会在媒体中嵌入水印(所有权信息、客户信息或认证信息)以及某些符号(电视台标志、时间标签、广告栏等)。已经发行的媒体也可能经过A/D或D/A转换、摄像头获取的降级和操作之后，重新发行。本发明提出的鲁棒性嵌入/提取方法能够确保能正确地从操作媒体中将水印提取出来。同时，经过水印提取的媒体还可以用于验证所有权、验证视频完整性或追查非法分销商。

现有技术中的公开出版物：1.METHOD FOR GENERATING AND VERIFYINGDEGITAL WATERMARKS AND FOR EXCHANGING DATA CONTAINING DIGITALWATERMARKS，HERRIGEL ALEXANDER，O′RUANAIDH JOSEPH J K，PUN THIERRY.，WO9917536，1999；2.Robust and stealthy video watermarking，MIHCAK M.KIVANC，VENKATESAN RAMARATHNAM.EP1253555，2002.

现有技术的不足在于：对于图像/视频水印来说，鲁棒水印提取是非常困难的。比如，从来自电视或电脑显示器的图像/视频中提取水印就很有难度。为解决这一问题提出了两种方法：嵌入同步模板或嵌入鲁棒性方法。上文现有技术文献1中，除了水印之外还嵌入了一类模板，用于水印的同步。不过，模板本身也是一类水印，因此在去同步化比如旋转、缩放、移动等条件下时，可能会较难检测。上文现有技术文献2中，是在对比如移位、旋转或转化等操作具有鲁棒性的参数中嵌入水印。然而，嵌入能力往往会受到鲁棒性参数数量的限制。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种鲁棒水印提取难度降低、较易检测的电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法。

2.技术方案

本发明的电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法，所述电视节目中鲁棒性水印的嵌入的方法如下：在电视节目发行之前，在视频X中添加某些符号S₀，S₁，S₂，...，同时还会将这些符号的参数水平角θ₀，宽度w₀，高度h₀，水平位置x₀以及垂直位置y₀存储起来；然后，使用嵌入算法在视频X中嵌入水印(所有者信息、客户信息或完整性信息)，所述的水印嵌入算法包括像素域、变换域或压缩域中的嵌入算法；最后，发行嵌入水印的视频X’；

所述电视节目中鲁棒性水印的提取方法如下：首先，检测接受操作的视频X”的符号，其中包括水平角θ₁，宽度w₁，高度h₁，水平位置x₁以及垂直位置y₁参数，新的参数，连同X原参数一起，用于修正视频，还原视频操作并获得嵌入水印的视频X’，经过图片修正后，使用与嵌入算法相对应的提取算法，从视频X’中提取水印I。

所述的视频修正步骤包括图片角度修正，图片比例修正以及图片位移修正。

所述的图片角度修正方法为从去同步化或经过操作的视频X”中检测符号水平角θ1，然后连同原水平角θ0一起，用于还原视频角度，即将视频顺时针旋转θ₁-θ₀的角度，这样经过修正的视频参数为θ₀，w₁，h₁，x₁，y₁。

所述的图片比例修正的方法为：检测符号的宽度w₁及高度h₁，连同原宽度w₀及原高度h₀一起，用于还原视频比例，即根据水平比例f_w及垂直比例 $f_h\left(\left\{\begin{array}{c}\end{array}\begin{array}{c}{f}_w=\frac{w_1}{w_0}\\ f_h=\frac{h_1}{h_0}\end{array}\right.\right)$ 对视频有升取样，此时，修正的视频参数为θ₀，w₀，h₀，x₁，y₁。

所述的图片位移修正方法为检测符号的水平位置x₁和垂直位置y₁，连同原水平位置x₀和原垂直位置y₀一起，用于还原视频位移，即向左移动视频Δx同时向上移动视频 $\mathrm{\Δy}\left(\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}=x_1-x_0\\ \mathrm{\Δy}=y_1-y_0\end{array}\right.\right).$ 此时，修正的视频参数为θ₀，w₀，h₀，x₀，y₀。

3.有益效果

本发明相比于现有技术的有益效果在于：

(1)在提出的方法中，嵌入算法是随意的.可以使用现有的鲁棒性水印嵌入算法；

(2)使用本发明的方法，诸如电视台标志、时间标签或广告栏等符号很容易能够被检测到，并且可以在提取水印之前用户修正图像/视频；修正之后，可以使用现有的提取算法很容易地提取水印；

(3)该方法对旋转、缩放、移位等操作具有鲁棒性；

(4)该方法不需要嵌入额外的同步模板，既保持了鲁棒性又保留了嵌入容量。

附图说明

图1为水印嵌入过程；

图2为水印提取过程；

图3为视频修正过程；

图4为汽车视频修正过程；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的描述。

实施例1

该发明的系统由两部分组成：水印嵌入过程和水印提取过程。

水印嵌入过程如图1(a)所示。在电视节目发行之前，服务提供者会在视频X中添加某些符号S₀，S₁，S₂，...，比如电视台标志、时间标签或广告栏等，如图1(b)所示，同时还会将这些符号的参数，比如水平角θ₀，宽度w₀，高度h₀，水平位置x₀以及垂直位置y₀等存储起来，如图1(c)所示。这些参数可以事先确定，并将被用于水印检测。然后，服务提供者会使用现有的嵌入算法在视频X中嵌入水印(所有者信息、客户信息或完整性信息)。这里的水印I指的是说有着信息、客户ID或某类认证信息，另外，涉及的水印嵌入算法包括像素域[1]、变换域[2]或压缩域[3]中的嵌入算法。最后，向客户发行嵌入水印的视频X’。

水印提取过程如图2(a)所示。众所周知，在发行过程中，嵌入水印的视频X’可能会经过移动、旋转、缩放等操作。这些操作产生了去同步化视频X”，其参数为θ₁，w₁，h₁，x₁，y₁，如图2(b)所示。这些去同步化操作常常使得直接从视频X”中提取水印变得很困难。在本发明提出的方法中，视频在提取水印之前先经过修正。首先，检测接受操作的视频X”的符号，其中包括水平角θ₁，宽度w₁，高度h₁，水平位置x₁以及垂直位置y₁等参数。新的参数，连同原参数一起，用于修正视频，还原视频操作并获得嵌入水印的视频X’。详细的修正过程如图3所示，同时也会在下面的段落中详细说明。经过图片修正后，使用语嵌入算法相对应的提取算法，从视频X’中提取水印I。所提取的水印可以被用于验证所有权、视频完整性或追踪非法分销商。

图片修正过程能检测对电视节目的操作，并将视频X”还原为视频X’。以旋转、缩放和移位操作为例，图片修正过程如图3(a)所示，相对应的例子如图3(b)所示。该过程可分为3步：图片角度修正、图片比例修正以及图片移位修正。具体描述如下：

步骤1，图片角度修正。从去同步化或经过操作的视频X”中检测符号水平角θ₁，然后连同原水平角θ₀一起，用于还原视频角度。也就是说，将视频顺时针旋转θ₁-θ₀的角度。如图3(b)所示，第1步是旋转视频，还原视频的水平角θ₀。此时，修正的视频参数为θ₀，w₁，h₁，x₁，y₁。

步骤2，图片比例修正。角度修正之后，检测符号的宽度w₁及高度h₁，连同原宽度w₀及原高度h₀一起，用于还原视频比例。如图3(b)所示，第2步将计算比例因子 $\left\{\begin{array}{c}{f}_w=\frac{w_1}{w_0}\\ f_h=\frac{h_1}{h_0}\end{array}\right.,$ 并根据水平比例f_w和垂直比例f_h对视频有升取样。有升取样算法可以是均匀算法或不均匀算法。此时，修正的视频参数为θ₀，w₀，h₀，x₁，y₁。

步骤3，图片移位修正。比例修正后，检测符号的水平位置x₁和垂直位置y₁，连同原水平位置x₀和原垂直位置y₀一起，用于还原视频位移。如图3(b)所示，第3步将计算移位距离 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}=x_1-x_0\\ \mathrm{\Δy}=y_1-y_0\end{array}\right.,$ 并向左移动视频Δx同时向上移动视频Δy。此时，修正的视频参数为θ₀，w₀，h₀，x₀，y₀。

基于汽车视频序列的一个例子如图4所示。实验中，原始视频(a)经历了水平方向3和垂直方向-3的移位，放大2倍，同时逆时针旋转3度。修正过程中，在经过操作的视频(b)中检测到了标签”DVC”，该标签能用于将视频从(b)依次修正为视频(c)、(d)和(e)。

根据与之前各种方法的比较，如表1所示，本发明提出的方法具有更好的性能。首先，该方法对例如旋转、缩放、移位等去同步化操作具有更好的鲁棒性。其次，嵌入方法是随意的，并且没有嵌入容量的限制。

表1 各种鲁棒性水印方法的性能比较

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.电视节目中鲁棒性水印的嵌入、提取的方法，其特征在于，所述电视节目中鲁棒性水印的嵌入的方法如下：在电视节目发行之前，在视频X中添加某些符号S₀，S₁，S₂...，其中，S₀为电视台标志，S₁为时间标签，S₂为广告栏，同时还会将这些符号的参数水平角θ₀，宽度w₀，高度h₀，水平位置x₀以及垂直位置y₀存储起来；然后，使用嵌入算法在视频X中嵌入水印，所述水印为所有者信息、客户信息或完整性信息，所述的水印嵌入算法包括像素域、变换域或压缩域中的嵌入算法；最后，发行嵌入水印的视频X’； 

所述电视节目中鲁棒性水印的提取方法如下：首先，检测接受操作的视频X”的符号，其中包括水平角θ₁，宽度w₁，高度h₁，水平位置x₁以及垂直位置y₁参数，新的参数，连同X原参数一起，用于修正视频，还原视频操作并获得嵌入水印的视频X’，经过图片修正后，使用与嵌入算法相对应的提取算法，从视频X’中提取水印I， 

其中，所述的视频修正步骤包括图片角度修正，图片比例修正以及图片位移修正； 

其中，所述的图片角度修正方法为从去同步化或经过操作的视频X”中检测符号水平角θ1，然后连同原水平角θ₀一起，用于还原视频角度，即将视频顺时针旋转θ₁-θ₀的角度，这样经过修正的视频参数为θ₀,w₁,h₁,x₁,y₁； 

其中，所述的图片比例修正的方法为：检测符号的宽度w₁及高度h₁，连同原宽度w₀及原高度h₀一起，用于还原视频比例，即根据水平比例f_w及垂直比例f_h对视频有升取样，其中，所述的水平比例f_w及垂直比例f_h分别为：

此时，修正的视频参数为θ₀,w₀,h₀,x₁,y₁； 

其中，所述的图片位移修正方法为检测符号的水平位置x₁和垂直位置y₁，连同原水平位置x₀和原垂直位置y₀一起，用于还原视频位移，即向左移动视频Δx同时向上移动视频Δy，其中所述的向左移动视频Δx和向上移动视频Δy分别为：

此时，修正的视频参数为θ₀,w₀,h₀,x₀,y₀。 

Images