CN105208462A - 视频数字水印处理方法及执行该方法的视频数字水印系统 - Google Patents

视频数字水印处理方法及执行该方法的视频数字水印系统 Download PDF

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CN105208462A CN201510613359.0A CN201510613359A CN105208462A CN 105208462 A CN105208462 A CN 105208462A CN 201510613359 A CN201510613359 A CN 201510613359A CN 105208462 A CN105208462 A CN 105208462A
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Abstract

本发明公开了一种视频数字水印处理方法及用于执行该方法的视频数字水印系统，该方法包括向视频中嵌入水印和提取水印的方法，在嵌入和提取过程中，都通过判断水印信息字符与中频系数之间的关系是否满足要求来选择相应的方法和步骤，并且在计算时，都采用空域水印数据与原始空域的载体图像数据直接相加的方式，节约了大量的计算过程，缩短了水印嵌入时间。

Description

视频数字水印处理方法及执行该方法的视频数字水印系统
技术领域
本发明涉及视频数字水印技术，具体涉及一种视频数字水印处理方法及采用该方法的视频数字水印系统。
背景技术
随着互联网的发展，数字产品的传播速度变得越来越快，极大地方便了人们的日常生活，所有的互联网用户都可以通过网络来传播和共享多媒体信息，享受多媒体信息带来的乐趣。然而互联网在极大的方便了人们的生活的同时，也使盗版者能以极低廉的成本拷贝和传播未获得授权的数字产品，给版权方带来了很大的损害。因此，数字水印技术作为版权保护的重要手段，已经引起了国际学术界、企业界和政府有关部门的广泛关注。
数字水印技术是当前用于对多媒体信息进行版权保护的发展最快最热的技术之一，用来在现代网络环境中维护数字产品的完整性和安全性。数字水印技术是指利用信息处理技术，将一些可以用来标识版权的信息嵌入到数字载体中，且不影响该数字产品的原始使用价值。当发现该数字产品发生侵权问题时，嵌入的数字水印可以被检测并提取出来，从而达到版权保护和保护内容完整性的目的。
然而，频域水印的嵌入，需要经过DCT，IDCT两次变换，所以计算速度较慢难以满足使用需求，而且嵌入的水印容易被攻击破坏，在受到攻击破坏以后往往会丢失信息，难以还原，同时，也不能做到篡改定位，从而无法达到确定版权归属的目的。
由于上述原因，本发明人对现有的数字水印技术做了深入研究，以便设计出能够解决上述问题的新的数字水印方法及系统。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了研究，设计出一种视频数字水印处理方法及用于执行该方法的视频数字水印系统，该方法包括向视频中嵌入水印和提取水印的方法，在嵌入和提取过程中，都通过判断水印信息字符与中频系数之间的关系是否满足要求来选择相应的方法和步骤，并且在计算时，都采用空域水印数据与原始空域的载体图像数据直接相加的方式，节约了大量的计算过程，缩短了水印嵌入时间，从而完成本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供一种视频数字水印处理方法，其特征在于，该方法包括向视频文件中嵌入水印和/或从视频文件中提取水印，其中，所述水印为鲁棒性水印和/或半脆弱水印。
其中，所述向视频文件中嵌入水印的方法包括如下步骤：
步骤1：读取待嵌入的水印信息，将水印信息解析为二进制数据，并对其做置乱操作和扩频操作，得到待嵌入的水印信息字符串；
步骤2：解码视频文件得到多个视频帧，
当向视频文件中嵌入鲁棒性水印时，依次判断解码得到的每个视频帧是否为I帧，当判断该视频帧为I帧时，对该帧视频进行水印嵌入处理；和/或
当向视频文件中嵌入半脆弱水印时，将解码得到的视频帧按照解码顺序排列，并从其中每间隔12个视频帧选出一个作为待嵌入处理的视频帧，并对选出的视频帧进行水印嵌入处理；
步骤3：将要进行水印嵌入处理的视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，并对其做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，并判断B[3,5]和B[4,2]的大小关系；
步骤4：进行嵌入处理，当待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]>B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理；或者，当待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]<B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理其中，优选地，步骤2中所述预定数量的视频帧的数量为5～15个。
其中，步骤1中所述的水印信息是任意输入的信息或是通过如下方法构造的：
将视频帧分成台标区、副台标区、字幕区三个部分，并分别对所述台标区、副台标区、字幕区按预定的大小分块，统计每一分块的Y分量总和以及分块中Y分量的个数，进而计算出每一分块中Y分量的平均值，纵向比较相邻分块的Y分量平均值大小，如果相邻两个分块中后一个分块的Y分量平均值大于前一个分块的Y分量平均值，则水印信息字符设为1，否则为0。
其中，在步骤4中，当待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]≤B[4,2]时，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]>B[4,2]，则已完成水印嵌入处理；或者当待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]≥B[4,2]时，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]<B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理。
其中，在调整B[3,5]和B[4,2]时，计算比较命令值diff，根据比较命令值diff，以及待嵌入水印是鲁棒性水印或半脆弱水印，嵌入水印，所述比较命令值是中频系数B[3,5]和B[4,2]的差的绝对值。
其中，(1)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值大于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值大于50时；
自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝diff，tempblock[4][2]＝-diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-diff，tempblock[4][2]＝diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；
(2)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值小于或等于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值小于或等于50时；
自定义矩阵block1[8][8]＝0，并使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝diff，block1[4][2]＝-diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为A[256][64]，
再使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝-diff，block1[4][2]＝diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为B[256][64]；
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与A[diff][64]相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与B[diff][64]相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息。
其中，在向视频帧中嵌入水印信息字符串以前，先向视频帧中嵌入100位1。
其中，从视频中提取水印的方法包括：
解码视频文件得到视频帧，
将该视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，对其做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，若B[3,5]>B[4,2]，则提取水印信息字符为1；若B[3,5]<B[4,2]或B[3,5]＝B[4,2]，则提取水印信息字符为0。
其中，当视频帧中提取水印时，先从视频帧中提取100个水印信息字符，判断所述提取出的100个水印信息字符中1的个数，如果1的个数大于或等于60，表明该帧有水印嵌入。
本发明中还提供一种视频数字水印系统，其特征在于，该系统用于执行上述的视频数字水印处理方法，
优选地，所示数字水印系统包括：
用于向视频文件中嵌入鲁棒性水印的鲁棒性水印嵌入模块，
用于从视频文件中提取鲁棒性水印的鲁棒性水印提取模块，
用于向视频文件中嵌入半脆弱水印的半脆弱水印嵌入模块，和/或
用于从视频文件中提取半脆弱水印的半脆弱水印提取模块。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)根据本发明提供的视频数字水印处理方法，通过频域水印在空域实现算法降低频域水印的时间复杂度，提高了嵌入水印的速度；
(2)根据本发明提供的视频数字水印处理方法，通过嵌入的半脆弱水印，使得数字水印系统能够找到视频文件被篡改的位置。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的视频数字水印嵌入流程；
图2示出根据本发明一种优选实施方式的视频数字水印提取流程。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
根据本发明提供的视频数字水印处理方法，所述处理方法包括向视频文件中嵌入水印和/或从视频文件中提取水印，其中，所述水印为鲁棒性水印和/或半脆弱水印，本发明提供的数字水印处理方法可以向视频文件中嵌入鲁棒性水印，也可以向视频文件中嵌入半脆弱水印，还可以向视频文件中同时嵌入鲁棒性水印和半脆弱水印，本发明中所述鲁棒性水印和半脆弱水印主要是通过水印的功能来区分的，所述鲁棒性水印是一种不仅能抵抗非故意的攻击，而且能抵抗一定失真内的恶意攻击的水印，并且数据处理带有水印的视频文件对提取该水印没有影响，所述半脆弱水印是一种能够抵抗一定程度的攻击，并且能够检测到对图像的恶意改动的水印。
本发明提供的视频数字水印处理方法能够极大地缩短计算时间，其主要计算原理是原始图像数据经过DCT和IDCT变换在频域嵌入加性水印，等价于原始空域的载体图像数据加上经过IDCT变换得到的空域的水印数据。因此，对于变换域水印，只要事先计算出空域的水印数据，即经过IDCT变换后的频域的水印数据，就可以直接在原始图像上施加空域的水印数据，其水印性能是等价的，从而省略了两次DCT变换运算，所以能够在保证水印精度的情况下大大节约了计算时间。
在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述向视频文件中嵌入水印的方法包括如下步骤：
步骤1：读取待嵌入的水印信息，将水印信息解析为二进制数据，并对其做置乱操作和扩频操作，得到待嵌入的水印信息字符串；具体来说，水印信息是txt格式的文件，已经存储在预定的位置，所述扩频操作是指将二进制数据的每一位复制指定的次数，本发明中一般扩频的次数为10次，所述置乱操作是指对数据进行Arnold变换加密；
步骤2：解码视频文件，当向视频文件中嵌入鲁棒性水印时，通过解码视频文件得到多个视频帧并依次判断解码得到的视频帧是否为I帧，如果是判断该视频帧为I帧，对该帧视频做水印嵌入处理；所述视频文件具有三种帧类型，分别是I帧、P帧和B帧，具体来说，I帧是关键帧，属于帧内压缩，解码时单独的该帧就可完成解码，P帧是向前预测编码帧，即P帧解码时需要参考前面相关帧的信息才能解码，B帧是双向预测编码帧，解码时既需要参考前面已有的帧又需要参考后面待解码的帧，随着视频文件的逐步解码，每解出一个视频帧，都立刻判断该帧是否是I帧，如果是，则进入到下述步骤进行水印嵌入处理，如果该帧不是I帧，则跳过该帧，不做处理，继续判断下一帧。
当向视频文件中嵌入半脆弱水印时，将解码得到的视频帧按照解码顺序排列，并从中每间隔预定数量的视频帧选出一个作为待嵌入处理的视频帧，并对选出的视频帧进行水印嵌入处理；优选地，步骤2中所述预定数量的视频帧的数量为5～15个，更为优选地为12个，即每隔12个视频帧选出一个并嵌入水印，具体地，当上述预定数量为12时，根据解码得到视频帧的顺序，依次检查各个视频帧并记录检测的个数，当发现视频帧是第12个时，向该视频帧中嵌入水印，继续检查视频帧，当发现视频帧是第24个时，向该视频帧中嵌入水印，然后是第36个，依此类推，直至完成整个视频文件的水印嵌入
步骤3：将要进行水印嵌入处理的视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，并对8*8大小的分块做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，并判断B[3,5]和B[4,2]的大小关系；其中，本发明中所述的DCT变换是指离散余弦变换，对于鲁棒性水印来说，所述嵌入处理的视频帧即为步骤2中解码出的I帧，对于半脆弱水印来说，所述嵌入处理的视频帧可以是I帧、P帧或B帧，只看其所在的位置是否满足每间隔12帧取一的选取规律。
步骤4：进行嵌入处理，当待嵌入的水印信息字符为1时，保证B[3,5]>B[4,2]；当待嵌入的水印信息字符为0时，保证B[3,5]<B[4,2]，具体来说，经过判断，如果发现当待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]>B[4,2]时，则不必进行其它操作，可以认为水印已经嵌入完成；如果发现当待嵌入的水印信息字符为0，且[3,5]<B[4,2]时，则同样不必进行其它操作，可以认为水印已经嵌入完成；如果经过判断，不能满足上述情况时，则需要采用其他方式进行水印的嵌入。
在一个优选的实施方式中，步骤1中所述的水印信息是任意输入的信息或是通过如下方法构造的：对于鲁棒性水印可以是任意输入的也可以是通过下述方法构造的，对于半脆弱水印则是通过下述方法构造的，所述的构造方法为：根据视频的标志位，每隔预定数量帧数构造一次水印，然后在下一帧嵌入水印，即每个嵌入的水印信息都是根据嵌入帧前面那一帧构造的出来的，若半脆弱水印每隔12帧嵌入一次，相应地，水印也是每隔12帧构造一次，以便于和嵌入帧对应。具体来说，将视频帧分成台标区、副台标区、字幕区三个部分，并分别对所述台标区、副台标区、字幕区按预定的大小分块，统计每一分块的Y分量总和以及分块中Y分量的个数，进而计算出每一分块中Y分量的平均值，纵向比较相邻分块的Y分量平均值大小，如果相邻两个分块中后一个分块的Y分量平均值大于前一个分块的Y分量平均值，则水印信息字符为1，否则为0，本发明中所述的预定的大小一般是指72*72，上述方法构造的水印包含的字符个数为跟选定的字幕区、台标区、副台标区域大小有关。
在一个优选的实施方式中，步骤4中待嵌入的水印信息字符与中频系数B[3,5]、B[4,2]不满足需保证的关系时，即其关系如下时：
待嵌入的水印信息字符为1，且所述B[3,5]<B[4,2]或者B[3,5]＝B[4,2]，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]>B[4,2]，则已完成水印嵌入处理，
和/或
待嵌入的水印信息字符为0，且所述B[3,5]>B[4,2]或者B[3,5]＝B[4,2]，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]<B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理，
在进一步优选的实施方式中，在调整B[3,5]和B[4,2]时，计算比较命令值diff，并根据所述比较命令值diff以及待嵌入水印是鲁棒性水印或半脆弱水印来嵌入水印，所述比较命令值diff是空域转换成频域后，中频系数B[3,5]和B[4,2]的差的绝对值，范围是0～255；本发明中各个位置出现的diff都是根据相应的中频系数计算出的，其具体指代的数值一般是不同的，具体来说，
(1)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值大于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值大于50时，
自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝diff，tempblock[4][2]＝-diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换(反离散余弦变换)到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息，即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+tempblock空；其中，block原表示原始空域的载体图像数据，即为待嵌入处理的视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-diff，tempblock[4][2]＝diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+tempblock空；
(2)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值小于或等于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值小于或等于50时，
自定义矩阵block1[8][8]＝0，并使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝diff，block1[4][2]＝-diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为A[256][64]，
再使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝-diff，block1[4][2]＝diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为B[256][64]；其中，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}和自定义矩阵block1[8][8]＝0实质上是相同的矩阵，另外，本发明中优选地，上述自定义的矩阵，即根据该自定义的矩阵计算得到的A[256][64]和B[256][64]可以是预先计算好的，并将计算好的数据存储在相应系统中，在计算是根据需要调用，以节约计算时间，上述自定义矩阵的计算过程中多次用到diff值，该值并不是一成不变的，应该根据具体情况选择相关数值。
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与A[diff][64]相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+A[diff][64]；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与B[diff][64]相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+B[diff][64]；
即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+A[diff][64]；
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；即，嵌入水印的计算公式为block原＝block原+tempblock空；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息，即，嵌入水印的计算公式block原＝block原+tempblock；
在进一步优选的实施方式中，为了能够在提取水印时判断该帧是否嵌有水印，嵌入水印前向视频帧中嵌入多位位1，用以判断该视频帧中是否含有水印，本发明中优选地可以嵌入100位1。
在一个优选的实施方式中，如图2中所示，从视频中提取水印的方法包括如下步骤：
解码视频文件得到多个视频帧，
将视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，对所述不重叠的8*8大小的分块做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，并通过判断上述两个中频吸系数的大小来判断水印为是1还是0，具体来说，若B[3,5]>B[4,2]，则提取水印信息字符为1；若B[3,5]<B[4,2]或B[3,5]＝B[4,2]时，则提取水印信息字符为0。其中，若提取鲁棒性水印，则在提取前，需要判断解码得到的每个视频帧是否为I帧，并对I帧时做水印提取作业。
在一个优选的实施方式中，从视频帧中提取水印之前先从视频帧中提取100个水印信息字符，判断所述提取出的100个水印信息字符中1的个数，如果水印信息字符1的个数大于或等于60，表明该帧有水印嵌入，进入水印提取程序，上述给定的数值100和60都是根据嵌入的1的具体数量确定的，可以根据具体情况调整。
在一个优选的实施方式中，当嵌入半脆弱水印时，除了嵌入构造水印信息外，还在最后嵌入了1～256顺序取值的帧序号，帧序号是嵌入帧的序号，而不是所有帧的序号，例如：半脆弱水印在第12帧嵌入第一次，嵌入的序号信息为1，在第24帧嵌入第二次，则嵌入序号为2，依此类推，当序号达到最大值256后，下一个序号从1开始；与之相对应地，当提取水印时，尤其是提取半脆弱水印时，通过比较嵌入的帧序号和当前的帧序号的差值，判断帧序列的缺失，通过比较提取得到的水印信息，和提取水印帧的前一帧的构造水印间的不同，判断篡改区域。
根据本发明提供的视频数字水印系统是用于执行上述视频数字水印处理方法的系统，该系统包括用于向视频中嵌入鲁棒性水印的鲁棒性水印嵌入模块、从视频中提取鲁棒性水印的鲁棒性水印提取模块、向视频中嵌入半脆弱水印的半脆弱水印嵌入模块和/或从视频中提取半脆弱水印的半脆弱水印提取模块，当然，上述四个模块还可以任意组合合并，只要能够实现相应的功能即可，所述四个模块都用于执行本发明中所述的数字水印处理方法。所述视频数字水印系统中还可以包括水印存储模块，其用于存储和/或构造水印，并且是采用上述水印的构造方法来构造水印。
在一个优选的实施方式中，所述鲁棒性水印嵌入模块通过如本发明中所述的向视频文件中嵌入水印的方法来向视频文件中嵌入鲁棒性水印；
所述鲁棒性水印提取模块通过如本发明中所述的从视频文件中提取水印的方法从视频文件中提取鲁棒性水印；
所述半脆弱水印嵌入模块通过如本发明中所述的向视频文件中嵌入水印的方法向视频文件中嵌入半脆弱水印；
所述半脆弱水印提取模块通过如本发明中所述的从视频文件中提取水印的方法从视频文件中提取半脆弱水印。
试验例1
采用根据本发明提供的数字水印处理方法及数字水印系统，对视频文件做数字水印嵌入处理，其中，所述视频文件的基本情况为：播放时长为18秒，文件大小111.4M，文件格式MXF，清晰度1920*1080，嵌入的水印分别是鲁棒性水印和半脆弱水印，所述鲁棒性水印的字符大小是36字节，历时11.75秒完成了上述水印的嵌入。
试验例2
采用根据本发明提供的数字水印处理方法及数字水印系统，对试验例1得到的嵌入有水印的上述视频文件做水印提取处理，得到的鲁棒性水印与嵌入的水印之间相同度是96.42％；，根据半脆弱水印判断水印的篡改位置信息为能够判断帧序列的和视频帧的篡改位置。
试验例3
对试验例1得到的视频文件做压缩处理后，得到的鲁棒性水印与嵌入的水印之间相同度时91.23％，根据半脆弱水印判断水印的篡改位置信息时，能够判断帧序列的和视频帧的篡改位置。
对比例1
采用本领域中常规的数字水印处理方法，如中国专利2012105453954中给出的数字水印的处理方法及系统，对视频文件做数字水印嵌入处理，其中，所述视频文件的基本情况为：播放时长为18秒，文件大小111.4M，文件格式MXF，清晰度1920*1080，嵌入的水印分别是鲁棒性水印和半脆弱水印，所述鲁棒性水印的字符大小是36字节，历时20秒完成了上述水印的嵌入。
对比例2
采用本领域中常规的数字水印处理方法，如中国专利2012105453954中给出的数字水印的处理方法及系统，对对比例1得到的嵌入有水印的上述视频文件做水印提取处理，得到的鲁棒性水印与嵌入的水印之间相同度是90％，根据半脆弱水印判断水印的篡改位置信息为基本能够判断帧序列的和视频帧的篡改位置。
对比例3
对对比例1得到的视频文件做压缩处理后，对受到攻击后的视频文件做水印提取处理，得到的鲁棒性水印与嵌入的水印之间相同度是50％，根据半脆弱水印判断水印的篡改位置信息时，难以判断帧序列的和视频帧的篡改位置。
通过上述试验例和对比例可知，本发明提供的数字水印处理方法能够大大提高水印的处理效率，提高水印的抗攻击性能，提高水印的准确率。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种视频数字水印处理方法，其特征在于，该方法包括向视频文件中嵌入水印和/或从视频文件中提取水印，其中，所述水印为鲁棒性水印和/或半脆弱水印。
2.根据权利要求1所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，所述向视频文件中嵌入水印的方法包括如下步骤：
步骤1：读取待嵌入的水印信息，将水印信息解析为二进制数据，并对其做置乱操作和扩频操作，得到待嵌入的水印信息字符串；
步骤2：解码视频文件得到多个视频帧，
当向视频文件中嵌入鲁棒性水印时，依次判断解码得到的每个视频帧是否为I帧，当判断该视频帧为I帧时，对该帧视频进行水印嵌入处理；和/或
当向视频文件中嵌入半脆弱水印时，将解码得到的视频帧按照解码顺序排列，并从其中每间隔预定数量的视频帧选出一个作为待嵌入处理的视频帧，并对选出的视频帧进行水印嵌入处理；
步骤3：将要进行水印嵌入处理的视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，并对其做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，并判断B[3,5]和B[4,2]的大小关系；
步骤4：进行嵌入处理，当待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]>B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理；或者，当待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]<B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理
其中，优选地，步骤2中所述预定数量的视频帧的数量为5～15个。
3.根据权利要求2所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，步骤1中所述的水印信息是任意输入的信息或是通过如下方法构造的：
将视频帧分成台标区、副台标区、字幕区三个部分，并分别对所述台标区、副台标区、字幕区按预定的大小分块，统计每一分块的Y分量总和以及分块中Y分量的个数，进而计算出每一分块中Y分量的平均值，纵向比较相邻分块的Y分量平均值大小，如果相邻两个分块中后一个分块的Y分量平均值大于前一个分块的Y分量平均值，则水印信息字符设为1，否则为0。
4.根据权利要求2所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，在步骤4中，当待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]≤B[4,2]时，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]>B[4,2]，则已完成水印嵌入处理；或者当待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]≥B[4,2]时，调整B[3,5]和B[4,2]，使得B[3,5]<B[4,2]时，则已完成水印嵌入处理。
5.根据权利要求4所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，在调整B[3,5]和B[4,2]时，计算比较命令值diff，根据比较命令值diff，以及待嵌入水印是鲁棒性水印或半脆弱水印，嵌入水印，所述比较命令值是中频系数B[3,5]和B[4,2]的差的绝对值。
6.根据权利要求5所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，
(1)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值大于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值大于50时；
自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝diff，tempblock[4][2]＝-diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-diff，tempblock[4][2]＝diff，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域水印数据tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；
(2)当嵌入的水印为鲁棒性水印并且所述比较命令值小于或等于70时，和/或
当嵌入的水印为半脆弱水印并且所述比较命令值小于或等于50时；
自定义矩阵block1[8][8]＝0，并使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝diff，block1[4][2]＝-diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为A[256][64]，
再使得所述自定义矩阵的block1[3][5]＝-diff，block1[4][2]＝diff，对自定义矩阵block1作IDCT变换到空域，得到空域矩阵block1空，计算出diff分别取值0～255时所对应的256个矩阵，记为B[256][64]；
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]<B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与A[diff][64]相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]>B[4,2]，通过原始空域的载体图像数据与B[diff][64]相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为1，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]>B[4,2]，从而嵌入水印信息；
若待嵌入的水印信息字符为0，且B[3,5]＝B[4,2]，自定义矩阵tempblock[8][8]＝{0}，使得所述自定义矩阵的tempblock[3][5]＝-5，并对自定义矩阵tempblock作IDCT变换到空域，得到空域矩阵tempblock空，最后通过空域水印数据tempblock空与原始空域的载体图像数据相加，使得B[3,5]<B[4,2]，从而嵌入水印信息。
7.根据权利要求2所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，在向视频帧中嵌入水印信息字符串以前，先向视频帧中嵌入100位1。
8.根据权利要求1所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，从视频中提取水印的方法包括：
解码视频文件得到视频帧，将该视频帧的亮度分量分成不重叠的8*8大小的分块，对其做DCT变换，取出经DCT变换得到的中频系数B[3,5]和B[4,2]，若B[3,5]>B[4,2]，则提取水印信息字符为1；若B[3,5]<B[4,2]或B[3,5]＝B[4,2]，则提取水印信息字符为0。
9.根据权利要求8所述的视频数字水印处理方法，其特征在于，
当视频帧中提取水印时先从视频帧中提取100个水印信息字符，判断所述提取出的100个水印信息字符中1的个数，如果1的个数大于或等于60，表明该帧有水印嵌入。
10.一种视频数字水印系统，其特征在于，该系统用于执行如权利要求1～9所述的视频数字水印处理方法，
优选地，所示数字水印系统包括：
用于向视频文件中嵌入鲁棒性水印的鲁棒性水印嵌入模块，
用于从视频文件中提取鲁棒性水印的鲁棒性水印提取模块，
用于向视频文件中嵌入半脆弱水印的半脆弱水印嵌入模块，和/或
用于从视频文件中提取半脆弱水印的半脆弱水印提取模块。
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