CN103324873B - 版权管理水印发布系统以及水印嵌入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了版权管理水印发布系统以及水印嵌入方法，本方案采用一种基于灰度值和像素位置的随机可逆信息隐藏方法，可在图像中通过对于图像中出特定像素的灰度值进行相应的边缘位移处理以及对比差值,将额外的数据隐藏于其中，即使在非编中静态观察水印帧肉眼也很难发现，再加上几十帧才插入一帧水印的帧频，人体视觉极限无法感知。通过图像质量检测系统PQA300测试、转码、上下变换、改变帧频等测试，图像质量和健壮性令人满意。

Description

版权管理水印发布系统以及水印嵌入方法

技术领域

本发明涉及用于影视发行的版权管理方案，具体涉及利用水印技术进行版权管理的方案。

背景技术

随着技术的发展，越来越多的影视作品以数字视频的方式出现。而随着宽带的普及，通过网络分发、获取影视作品也日益普遍。如何维护影视作品的版权、内容安全成为大家关注的一个问题。数字水印技术时近年来发展起来的一项新技术，它通过一定的算法吧数字水印嵌入到作品的原始数据当中，但是不会影响作品的使用和欣赏，同样也会被使用者察觉。

数字水印（DigitalWatermarking）技术是将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体当中（包括多媒体、文档、软件等）或是间接表示（修改特定区域的结构），且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是实现版权保护的有效办法，是信息隐藏技术研究领域的重要分支和研究方向。

但是现有用于版权管理的水印技术，其实现过程中操作过于复杂，使用不便，且会影响图像质量和图像的健壮性。

发明内容

本发明针对现有影视发行所采用的版权管理方案所存在的缺陷，而提供一种版权管理水印发布系统以及相应的水印嵌入方法。本发明提供的方案能够将额外的数据隐藏于其中，即使在非编中静态观察水印帧肉眼也很难发现，对嵌入水印的图像通过图像质量检测系统PQA300测试、转码、上下变换、改变帧频等测试，图像质量和健壮性令人满意。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

版权管理水印发布系统，所述发布系统包括：

水印发布设备，所述水印发布设备对待发布视频嵌入水印，并进行发布；

中央数据服务器，所述中央数据服务器与水印发布设备数据相接，存储管理发布对象；

水印分析设备，所述水印分析设备与中央数据服务器数据相接，分析中央数据服务器中可疑发布对象。

在发布系统的优选实例中，所述水印发布设备包括发布对象模块、发布参数模块以及水印嵌入模块，所述水印嵌入模块从发布对象模块和布参数模块中获取相应的发布对象信息和发布信息，并将这些信息以水印形式嵌入到待发布视频中。

进一步的，所述水印嵌入模块由明码水印嵌入模块和暗码水印嵌入模块组成。

作为本发明的第二目的，版权管理水印嵌入方法，其基于灰度值和像素位置的随机可逆信息隐藏方法，对图像中特定像素的灰度值进行相应的边缘位移处理以及对比差值，将额外的数据隐藏于其中。

进一步的，所述嵌入方法的具体步骤如下：

对于分上下场的隔行扫描视频，首先查找一帧上场和下场相似度高于98%的视频帧，再在该帧的上场通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图，若设定的插入帧频内没有相似度高于98%的视频帧，则取相似度最高的帧插入；

对于逐行扫描视频，首先，查找相似度高于98%的连续2帧，再在第一帧内通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图，若设定的插入帧频内没有相似度高于98%的视频帧，则取相似度最高的帧插入。

进一步的，所述嵌入水印信息隐藏3层发布信息。

本发明提供的方案具有优点：

1、嵌入水印的图像质量高、不可见性好；

2、嵌入水印的图像抗转码、上下变换、帧频速率改变，鲁棒性好；

3、帧内、帧间嵌入随机分布抗水印消除；

4、实现多级发布信息，记录发布轨迹。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中版权管理水印发布系统的系统框图；

图2为本发明中嵌入水印信息中隐藏的发布信息示意图；

图3为本发明实际应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，其所示为版权管理水印发布系统的系统框图。整个发布系统100主要包括水印发布设备101、中央数据服务器102以及水印分析设备103三部分。

其中，水印发布设备101用于对待发布视频（如相应的视频文件）进行管理，嵌入相应的用于版权管理的水印信息，并对嵌入水印信息的发布对象对外进行发布。

整个发布设备101主要由发布对象模块101a、发布参数模块101b以及水印嵌入模块101c组成。

发布对象模块101a，用于对发布对象的管理，即用来管理将待发布视频发布给谁。例如，一部电影可以发布给优酷、上海电视台、XX视频网等。该发布对象模块101a将为每个发布对象建立一张特定的发布对象图片，该发布对象图片在嵌入时，该发布对象模块101a会自动将其转化成黑白2色的位图，并通过算法进行置乱。

发布参数模块101b，用于对发布参数的管理。在发布时发布参数模块101b设定发布对象（发布给XX电视台）、发布视频的使用期限（可在2013-5月到2015-6月间播出）、视频用途（用于播出）、发布视频的码率（120Mbps）、插入水印的帧频（比如每50帧插入一次水印）等参数信息。

水印嵌入模块101c由明码水印嵌入模块和暗码水印嵌入模块组成。水印嵌入模块101c将发布对象模块101a和发布参数模块101b中给出的发布对象信息和发布参数信息作为发布信息以明码水印或暗码水印的形式嵌入到待发布视频中。

在具体实现过程中，由发布对象模块101a为每个电视台或单位（即发布对象）生成一个包含台标或用户信息的图片，该图片可自行定义。当发布给某个单位时，由发布对象模块101a选择需要发布的对象，并将该发布对象所对应的图片会被转化成黑白2色的位图；同时再由发布参数模块101b输入相应的发布参数；最后由水印嵌入模块101c按照发布时设定的规则（码率、帧频等）嵌入到视频中。

该水印嵌入模块101c在水印嵌入操作时，基于灰度值和像素位置的随机性，通过对场间或帧间相同的像素点的灰度值进行修改，实现信息的可逆隐藏。

由于影像上下场、以及前后帧一般高度相似，据统计影像上下场的相似度平均高达95%以上，而连续2帧之间的平均相似度也同样高达93%以上，本方案对场间或帧间相同的像素点的灰度值做出修改，既可达隐藏信息的目的。

基于上述原理，其具体的嵌入方案如下：

对于50i-60i等分上下场的隔行扫描视频，水印嵌入模块101c通过算法查找一帧上场和下场相似度高于98%的视频帧，在该帧的上场通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图（即前面经发布对象模块101a处理的位图），由于图像经过置乱处理，且RGB色值仅有极小的改变故视觉上差异极小不易被发现。若设定的插入帧频内没有相似度高于98%的视频帧，则取相似度最高的帧插入。

对于25P-30P等逐行扫描视频，水印嵌入模块101c通过算法查找相似度高于98%的连续2帧，在第一帧内通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图（同上），由于图像经过置乱处理，且RGB色值仅有极小的改变故视觉上差异极小不易被发现。若设定的插入帧频内没有相似度高于98%的视频帧，则取相似度最高的帧插入。

本方案在具体实施时所采用的具体算法基于LSB和Patchwork算法的综合应用，并在其基础上加入了小波变化的部分优化，形成了一种鲁棒性和隐蔽性极好的改良型数字水印方法。

同时，本发明采用的水印嵌入方案虽然可设置水印插入的频率，例如：每50帧插入一帧水印，但插入位置并非固定，而是在50帧内随机插入到任意帧，水印安全性大大提高。帧内水印信息也通过特殊算法加入到随机位置，和传统的添加到固定位置对比更难消除。由此构成效果极佳的防破解机制，

最后，本发明采用的水印嵌入方案，嵌入的水印信息可隐藏3层发布信息（如图2所示），且不会因为多层信息影响发布质量；由此通过水印分析功能可清楚的看到视频的发行轨迹，从而实现记录发行轨迹。

从视觉的角度来说如果将灰度值分为256个等级，肉眼对于2个等级的灰度改变几乎无法发现，本方案仅需改变一帧图像中1-2个等级的灰度值，且在多帧视频中仅仅抽取少数帧进行插入。例如每隔50帧插入一次水印信息，超过了人眼能察觉的极限，故此对视频质量几乎没有影响。

根据上述方案得到的水印发布设备101可支持多种形式的视频导入方式，文件、光盘、录像带等，支持大部分常用格式文件导入如：XDCAM、P2、MPEG2、MPEG4、DvcPro、H.264、Mov等。发行文件格式为Mpeg2IBP,码率1-180Mbps可选。可直接通过SDI输出，可直接刻录到蓝光盘或输出到硬盘。支持为数字院线添加版权信息。

发布系统100中的中央数据服务器102用于存储水印发布设备101发布的发布对象。该中央数据服务器102主要由中央数据库102a、版权管理模块102b以及发布对象管理模块102c组成。

中央数据库102a与存储水印发布设备101数据相接，用于存储其发布的内容。

版权管理模块102b和发布对象管理模块102c分别与中央数据库102a数据相接，实现对其存储的发布内容进行管理。

发布系统100中的水印分析设备103用于对可以的发布对象进行水印分析操作。其与中央数据服务器102数据相接对导入可疑录像或文件，进行水印分析。

水印分析设备103在进行水印分析提取时，水印分析设备103会自动对比上场合下场(50i,60i)或前后场的差异。如果没有水印嵌入上下场的相似度应该极小，但嵌入水印的帧前后差异会非常明显，通过相应的算法还原就能提取出被嵌入的置乱位图，再通过反置乱还原成我们嵌入的图片，以供追责。

整个系统中，可根据用户的实际需要，将水印发布设备和分析设备可多台协同工作。

由上可知，本系统通过对上下场和前后帧相同的像素进行一定程度的灰度值调整就能很好的达到隐藏水印数据的目的。而再者，帧内隐藏的信息位置随机生成，没有传统明码水印方式容易被覆盖的缺点。服务器记录帧信息，以备追责使用。当需要读取水印是，通过对比相同部位的像素间的差异即可还原水印信息。

基于上述方案形成的版权管理水印发布系统，具体的实施过程如下：

首先，通过该系统中的水印发布设备对发行对象进行管理，主要添加、删除、修改相应的授权用户信息。根据实际情况选择将要授权的电视台和单位。

接着，选择嵌入水印的方式：用户可选择明码水印，将选定的图案或输入的文字附加到视频的任意指定位置；用户可选择暗码水印，其是指将版权信息，发行轨迹等水印信息隐藏到视频中，以后可通过水印分析功能读取水印信息，追溯视频来源。

再接着，根据选择嵌入水印的方式，选择水印的帧频、码率、和授权的时间范围等发布参数。

最后，选择发行方式：发行方式，可选择硬盘直接发行为文件、选光盘刻录发行蓝光盘，选择SDI则可输出到录像机等设备。若选择发行到硬盘，直接在设备上设定相应的保存路径既可；如选择发行方式为SDI，则点击发行可自动倒带，录制并按发行要求在片头加入彩条黑场；如选择发行为光盘则开始刻录光盘，可刻录多份，刻录完成后，可打印光盘封面，封面可按用户需求定义不同的Logo。

当有侵权行为的可疑视频取证可能是录像带形式也可能是视频文件形式，如果是录像带需通过高清蓝光录播机的SDI接口进行检测，如果是文件则直接通过检测程序打开即可获取视频的授权性息以便找到责任者。

如果可疑视频是本系统制作的发行Copy，系统将会通过水印里隐藏的信息自动匹配出影片信息，否则影片信息为空。

上述系统在实际使用中具有好的优异效果：

使用专业的图像质量检测仪PQA300对嵌入水印前后进行了对比测试，即使是低码率600kbps时其PQR值也小于2，PSNR大于35，在高清180Mbps时PQR值更是小于1.5，PQNR大于40。其中，PQR为亮度和色度分析，当PQR值小于1时，一般观察者觉察不出图像的损伤；当PQR值小于3时，图像质量优良；PSNR为峰值信噪比：20-30dB差，30-40dB质量好，40dB以上几乎没有差异。

对嵌入水印的视频进行了低码率转码、上下变换、改变帧频速率等，水印健壮性良好，识别清晰快速：

1.高清转标清，标清转高清，均可识别。

2.PAL制式和NTSC互转，50fps和59.94互转，均可识别。

3.高码转低码180Mbps转1000kbps均可识别，500kbps大部分可识别。

参见图3，在实际的应用，本实例提供的版权管理水印发布系统还可与相应的高清蓝光存储备份系统以及样片发布平台等系统无缝结合，组成一套存储管理、样片发布、客户检索、版权水印、到发行的完整系统。

该完整系统在运行时，所有影片可通过蓝光存储备份系统进行备份和离线管理，低码率可直接发布到样片平台。

通过样片平台发送给所有客户，国内外客户可通过互联网检索查看所有的影片。

添加明码和暗码水印版权保护，发行给客户。如有盗版或盗播可做追责证据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.版权管理水印嵌入方法，其特征在于，所述嵌入方法基于灰度值和像素位置的随机可逆信息隐藏方法，对图像中特定像素的灰度值进行相应的边缘位移处理以及对比差值，将额外的数据隐藏于其中；

所述嵌入方法的具体步骤如下：

对于分上下场的隔行扫描视频，首先查找一帧上场和下场相似度高于98％的视频帧，再在该帧的上场通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图，若设定的插入帧频内没有相似度高于98％的视频帧，则取相似度最高的帧插入；

对于逐行扫描视频，首先，查找相似度高于98％的连续2帧，再在第一帧内通过轻微改变图像RGB色值插入置乱后的位图，若设定的插入帧频内没有相似度高于98％的视频帧，则取相似度最高的帧插入。

2.根据权利要求1所述的版权管理水印嵌入方法，其特征在于，所述嵌入水印信息隐藏3层发布信息。

3.一种实现权利要求1所述的版权管理水印嵌入方法的版权管理水印发布系统，其特征在于，所述版权管理水印发布系统包括：

水印发布设备，所述水印发布设备对待发布视频嵌入水印，并进行发布；中央数据服务器，所述中央数据服务器与水印发布设备数据相接，存储管理发布对象；

水印分析设备，所述水印分析设备与中央数据服务器数据相接，分析中央数据服务器中可疑发布对象。

4.根据权利要求3所述的版权管理水印发布系统，其特征在于，所述水印发布设备包括发布对象模块、发布参数模块以及水印嵌入模块，所述水印嵌入模块从发布对象模块和布参数模块中获取相应的发布对象信息和发布参数信息，并将这些信息以水印形式嵌入到待发布视频中。

5.根据权利要求4所述的版权管理水印发布系统，其特征在于，所述水印嵌入模块由明码水印嵌入模块和暗码水印嵌入模块组成。