CN102523440B - 融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法,本发明将监控场景中摄像头采集的视频图像的场景信息通过数字水印编解码技术直接加入到视频图像中,方便决策人员根据视频图像及自身携带的场景信息做出决策;本发明基于二次规划优化的水印编码方法对剪切、噪声、滤波和有损数据压缩等攻击具有较强的稳健性,使加入的场景信息能够抵御对视频图像的一般性修改;本发明采用傅里叶变换的解卷积定位同步点的方法,提高了方法的运行速度,使方法能够在PC平台上进行实时的水印编解码流程。
Description
技术领域
本发明涉及数字水印技术领域,尤其涉及一种适用于图像和视频媒体的版权保护和防伪融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法。
背景技术
数字水印技术是将一些标识信息直接嵌入数字媒体中,在不影响源媒体使用价值的基础上,实现对数字媒体的保护。相比传统的密码保护,数字水印具有隐蔽性,因此被广泛应用于标识媒体内容创建者、确认媒体接受者、传送隐秘信息和判断媒体是否被篡改等目的。数字水印的应用范围覆盖了版权保护和隐秘通信等领域,这些都是经济和军事活动的重要组成部分。
良好的数字水印技术应具有鲁棒性,即经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整并能被准确的鉴别出来。这些信号处理过程,通常被称为对数字水印的攻击。常见的攻击手段有:噪声、滤波、重采样、有损数据压缩、旋转、位移和缩放等。
现存的数字水印方法能够对抗上述攻击中的一种或多种,但在具体的应用中,时常会面对剪切攻击,即把媒体的一部分剪切下来,并与另外的媒体拼接,构成新的媒体。这样的攻击手段常见于图像制作、CAD设计等领域。剪切攻击会损坏源媒体与水印媒体的同步结构,影响水印信号的精准对齐,从而达到破坏水印获取的目的。传统的水印方法不能有效的抵抗此类攻击。其原因在于大多数水印方法是基于媒体全局,将水印加到整个媒体当中,所以一旦媒体的一部分被剪切,要么整个水印遭到破坏,至少也会使一部分水印遭到破坏。
总之,剪切攻击非常普遍,开发能抵抗此类攻击的数字水印技术显得尤为重要。但由于受到目前方法上的种种限制,开发运行时间短,同时对剪切攻击和其他攻击具有良好鲁棒性的方法仍然存在较多困难。
发明内容
针对目前图像数字水印领域内现有技术的不足,提出了一种融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法。
为实现上述技术目的,本发明采用的技术方案如下:一种融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法,其特征在于,该方法包括水印信息的编码和解码过程;其中,水印信息的编码过程包含以下步骤:
(1)视频采集:在可见光条件下采集监控场景中的视频图像,并对采集的图像进行初期处理,包括配准、降噪和均衡;
(2)数据传输:将初期处理后的视频图像通过H.264视频编码协议进行编码后传输至PC平台;
(3)场景信息编码:将场景信息进行有效编码后获得水印比特,加入到视频图像中;场景信息包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述(如场景的时间、天气、温度等);所有的信息采用GBK汉字编码转换为水印比特,按照每帧64比特的速率均匀加入视频图像帧中;
(4)水印编码流程:采用PC机作为水印编码平台,水印编码包含如下子步骤:
(4.1)彩色图像转换为灰度图像:水印编码流程针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间;然后,只对其中的Y分量进行水印编码流程;
(4.4)DCT反变换:水印编码后的图像进行DCT反变换,最终得到水印图像;如果是彩色图像,需要将改变后的Y分量由YUV空间变换回RGB空间;
(5)存储加入水印后的视频图像;
水印信息的解码过程包含以下步骤:
(1)解码水印比特:水印解码仍然采用PC平台作为数据处理系统,包括以下子步骤;
(1.1)彩色图像转换为灰度图像:水印解码针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间;然后,只对其中的Y分量进行解码;
(2)终端获取场景信息:通过解码得出的水印比特,利用GBK汉字解码,最终获得场景信息,包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述,使视频图像自身携带了获取该视频图像的场景信息。
本发明的有益效果是:(1)将监控场景中摄像头采集的视频图像的场景信息通过数字水印编解码技术直接加入到视频图像中,方便决策人员根据视频图像及自身携带的场景信息做出决策。(2)基于二次规划优化的水印编码方法对剪切、噪声、滤波和有损数据压缩等攻击具有较强的稳健性,使加入的场景信息能够抵御对视频图像的一般性修改。(3)采用傅里叶变换的解卷积定位同步点的方法,提高了方法的运行速度,使方法能够在PC平台上进行实时的水印编解码流程。
附图说明
图1为本发明中视频图像编码的流程图;
图2为本发明中视频图像解码的流程图;
图3为硬件实施样例的系统示意图。
具体实施方式
本发明适用于图像和视频媒体的版权保护和防伪,为一种融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法,包括水印信息的编码和解码过程。其中,水印信息的编码过程包含以下步骤:
1、视频采集:本发明采用CMOS摄像机阵列作为视频采集系统,在可见光条件下采集监控场景中的视频图像。平均每台CMOS摄像机控制范围为10平方米左右的场景。每台摄像机与一台DSP处理器相连。DSP处理器的作用是对摄像机采集的图像进行初期处理,包括配准、降噪和均衡。
2、数据传输:DSP处理器带有图像编码系统,将初期处理后的视频图像通过H.264视频编码协议进行编码后传输至PC平台。DSP处理器采用千兆网作为数据交换和传输的媒介,最低传输速率不低于采集视频图像的码率。在H.264编码环境下,按照24帧/秒对CMOS摄像机采集的图像进行高精度编码,每台摄像机需要的带宽约为100M/秒。
3、场景信息编码:将场景信息进行有效编码后获得水印比特,加入到视频图像中。场景信息包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述(如场景的时间、天气、温度等)。所有的信息采用GBK汉字编码转换为水印比特,按照每帧64比特的速率均匀加入视频图像帧中。
4、水印编码流程:采用PC机作为水印编码平台。水印编码包含如下步骤:
4.1彩色图像转换为灰度图像:水印编码流程针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间。然后,只对其中的Y分量进行水印编码流程。
两个线性约束分别为:
4.4 DCT反变换。水印编码后的图像进行DCT反变换,最终得到水印图像。如果是彩色图像,需要将改变后的Y分量由YUV空间变换回RGB空间。
5. 存储加入水印后的视频图像。采用PC平台的硬盘系统作为加入水印后视频图像的存储系统。存储的硬盘容量应大于视频图像的容量。
本发明一种适用于图像和视频媒体的版权保护和防伪融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法,包括水印信息的编码和解码过程。其中,水印信息的解码过程包含以下步骤:
1. 解码水印比特。水印解码仍然采用PC平台作为数据处理系统。
1.1 彩色图像转换为灰度图像:水印解码针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间。然后,只对其中的Y分量进行解码。
1.2 搜索同步点。利用加入的同步信息,搜索水印图像中的同步点,从而产生与源图像同样的矩形块分割:假设水印图像用表示,这里是水印图像经过了剪切、噪声等攻击后得到的图像。读取水印比特第一步,是利用同步信息,找到水印图像的同步点。将同步模板沿长宽方向延拓,使之和水印图像大小相同,大小不匹配时,后面的行和列补零,假设这样得到的延拓矩阵为。设和都是行列的矩阵,那么可用和的卷积求得同步信息矩阵:
公式(10)可由快速傅里叶变换获得:
; (12)
通过这样的方式,可以得出同步后新的水印图像。
2. 终端获取场景信息:通过解码得出的水印比特,利用GBK汉字解码,最终获得场景信息,包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述。使视频图像自身携带了获取该视频图像的场景信息,方便决策人员根据视频图像及自身携带的场景信息做出决策。
图3表示本发明的硬件实施样例的系统示意图。在本实施样例中,采用三台CMOS摄像机作为视频采集系统,每台摄像机与一台DSP处理器相连。DSP处理器的作用是对摄像机采集的图像进行初期处理,包括配准、降噪和均衡。DSP处理器采用千兆网作为数据交换和传输的媒介,使用PC平台作为数据处理系统。
1)水印编码流程。如果场景图像为彩色,第一步是将彩色图像转化为灰度图像,将图像从RGB空间转化为YUV空间,取其中的Y分量作为水印加入的图像。
同步信息的加入:将源图像分成大小相同的矩形块(对应于参数)。同时,构造的同步矩阵。规定为这样的稀疏矩阵,该矩阵中有500个元素值为+1,有500个元素值为-1,其他元素值都为0。对于每个矩形块,按照公式(1)加入同步信息。选取同步信息强度参数。
每一块中水印信息的加入:对源图像进行的小块DCT变换,计算DCT参数的视觉阈值。然后,我们准备加入128个水印比特到图像中。
2)水印解码流程。如果场景图像为彩色,第一步将水印图像从RGB空间变换到YUV空间,取Y分量作为水印图像。然后利用加入的同步信息,寻找水印图像中的同步点,过程如公式(10)-(13)所示。下一步对每一个块分别进行水印解码,然后运用投票机制产生最终的解码结果。
Claims (1)
1.一种融合视觉模型可对抗剪切攻击的盲数字水印编解码方法,其特征在于,该方法包括水印信息的编码和解码过程;其中,水印信息的编码过程包含以下步骤:
(1)视频采集:在可见光条件下采集监控场景中的视频图像,并对采集的图像进行初期处理,包括配准、降噪和均衡;
(2)数据传输:将初期处理后的视频图像通过H.264视频编码协议进行编码后传输至PC平台;
(3)场景信息编码:将场景信息进行有效编码后获得水印比特,加入到视频图像中;场景信息包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述,所述场景文字描述包括场景的时间、天气、温度;所有的信息采用GBK汉字编码转换为水印比特,按照每帧64比特的速率均匀加入视频图像帧中;
(4)水印编码流程:采用PC机作为水印编码平台,水印编码包含如下子步骤:
(4.1)彩色图像转换为灰度图像:水印编码流程针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间;然后,只对其中的Y分量进行水印编码流程;
(4.4)DCT反变换:水印编码后的图像进行DCT反变换,最终得到水印图像;如果是彩色图像,需要将改变后的Y分量由YUV空间变换回RGB空间;
(5)存储加入水印后的视频图像;
水印信息的解码过程包含以下步骤:
(1)解码水印比特:水印解码仍然采用PC平台作为数据处理系统,包括以下子步骤;
(1.1)彩色图像转换为灰度图像:水印解码针对的图像包括彩色图像和灰度图像,如果源图像为彩色图像,需要将图像从RGB空间转化为YUV空间;然后,只对其中的Y分量进行解码;
(2)终端获取场景信息:通过解码得出的水印比特,利用GBK汉字解码,最终获得场景信息,包括摄像头编号、场景位置和场景文字描述,使视频图像自身携带了获取该视频图像的场景信息。
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基于视觉特征的视频水印技术;吴国民等;《计算机辅助设计与图形学学报》;20060520;第18卷(第05期);715-721 * |
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