CN105228031A - 一种视频中数字水印的生成与检测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频中数字水印的生成与检测的方法及系统，包括生成含数字水印的视频和视频中数字水印的检测步骤；含数字水印视频的生成包括：根据水印嵌入密钥生成伪随机序列，生成零矩阵，将零矩阵进行zigzag排序，将排序结果中连续的部分元素以伪随机序列中的元素替代，并根据替代后的排序结果得到新矩阵，新矩阵进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵；数字水印检测步骤包括：确定视频桶形畸变的畸变强度系数，根据该系数对视频进行枕形变换，根据变换后的视频得到一序列，根据该序列与根据水印嵌入密钥生成的伪随机序列的相关性来判断是否嵌入了数字水印。该方法及系统即使在视频发生桶形畸变后也能够检测出视频中是否嵌入了数字水印。

Description

一种视频中数字水印的生成与检测的方法及系统

技术领域

本发明涉及数字视频技术领域，具体涉及一种视频中数字水印的生成与检测的方法及系统。

背景技术

伴随着数字媒体、因特网等信息技术的迅猛发展以及廉价计算终端的快速普及，各种网络多媒体信息服务也得到了长足的发展。这些先进的信息技术为广大人民带来方便的同时，也给盗版者提供了便利，从而威胁版权所有者的合法权益。例如，任何人都可以通过网络轻而易举地无失真地得到他人的原始作品，尤其是数字化的图像、音乐、视频等，而且可以未经作者的同意而对原作品任意加以复制、修改、生产和再传输等，这些不法行为严重地侵害了作者的著作权，给版权所有者带来巨大的经济损失。作为数字版权保护的技术手段之一，数字水印技术引起了广泛关注。数字水印的基本手段是将版权信息、产品的标识码以及购买者的信息等(称为水印信号)嵌入到数字媒体中。嵌入的水印信号应当不降低原数据的质量、且在感觉上不易被察觉，能够经受一定的攻击而不被清除，需要时可以通过检测(提取)嵌入的水印信息来鉴别数字媒体的版权。

头戴式虚拟现实眼镜可以将人对外界的视觉封闭，使观看者产生一种自身沉浸于虚拟环境中的感觉。随着OculusRift、三星GearVR、索尼HMZ、暴风魔镜等产品的出现，头戴式虚拟现实眼镜已经走进了消费市场。为了使用较低的成本达到使使用者获得虚拟环境沉浸感的目的，头戴式虚拟现实眼镜会将广角的光学镜片放置在使用者的眼睛前使得图像、视频或游戏的画面聚焦。而广角镜片的使用会对画面产生枕形畸变从而影响观看的效果。因此，头戴式虚拟现实眼镜需要对播放的视频或游戏的画面进行预矫正处理，即对画面进行桶形变换，使得画面产生桶形畸变。这样，通过广角镜片使用者便可以看到无畸变的画面。头戴式虚拟现实眼镜的原理如图1所示。可见，头戴式虚拟现实眼镜里播放的视频文件是经过桶形变换的，这对原始视频中含有的水印是一种新型攻击，画面的畸变会导致原有水印系统的失败，使得水印提取者无法从被攻击的视频文件中检测出视频中是否嵌入了含有版权信息的数字水印。因此，迫切需要发明一种新型的可抵抗上述新型攻击的视频水印的检测方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种视频中数字水印的生成与检测的方法及系统，通过该方法能够检测出发生了桶形畸变的视频中是否嵌入了数字水印。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种视频中数字水印的生成与检测的方法，包括以下步骤：

(1)将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；在待处理视频的视频帧中嵌入数字水印的方式包括：

1.1)对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素，N为正整数；

1.2)生成数字水印，生成方式为：

①设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

②生成大小为N×N的零矩阵W₀；

③将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q的L个元素逐个替代，根据替代后排序结果得到矩阵W₁，其中，s≥0；

④将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

1.3)将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，得到含水印的视频帧I^W；

(2)对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印，包括：

2.1)确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

2.2)根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

2.3)判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印，判断方式为：

a.对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的待检测区域待检测区域的N×N个像素所构成的矩阵记为矩阵

b.将所述矩阵进行离散余弦变换得到矩阵

c.将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至s+L个元素构成序列

d.根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

e.根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，步骤2.1)中，确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k的方式为：

2.1.1)选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

2.1.2)确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

2.1.3)分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，步骤2.2)中，所述枕形变换的变换系数的计算公式为：

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，步骤1.2)中，伪随机序列Q＝{q₁,q₂,...,q_i,...,q_L}，q_i∈{-1,1}。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，步骤1.1)中，设视频帧I的大小为X×Y，N＝min(X,Y)。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，步骤1.2)中，N≤L≤N²/16，s＝N²/4。

本发明实施例中还提供了一种视频中数字水印的生成与检测的系统，包括水印嵌入子系统和水印检测子系统；

所述水印嵌入子系统，用于将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；水印嵌入子系统包括：

水印嵌入区域选取模块，用于选取视频帧的数字水印的嵌入区域，选取方式为：对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素，N为正整数；

水印生成模块，用于生成数字水印；水印生成模块包括：

第一伪随机序列生成单元，用于设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

零矩阵生成单元，用于生成大小为N×N的零矩阵W₀；

元素替代单元，用于将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q的L个元素逐个替代，根据替代后排序结果得到矩阵W₁，其中，s≥0；

水印矩阵生成单元，用于将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

水印嵌入模块，用于将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，得到含水印的视频帧I^W；

所述水印检测子系统，用于对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印；所述水印嵌入子系统包括：

畸变强度系数确定模块，用于确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

枕形变换模块，用于根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

数字水印检测模块，用于判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印；数字水印检测模块包括：

待检测区域选取单元，用于选取用于判断视频帧中是否嵌入了数字水印的区域，选取方式为：对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的待检测区域待检测区域的N×N个像素所构成的矩阵记为矩阵

待比较序列生成单元，用于将所述矩阵进行离散余弦变换得到矩阵将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至s+L个元素构成序列

第二伪随机序列生成单元，用于根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

数字水印检测单元，用于根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

进一步，如上所述的一种视频中数字水印的生成与检测的系统，所述畸变强度系数确定模块包括：

测试图像选取单元，用于选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

候选图像生成单元，用于确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

畸变强度系数确定单元，用于分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k。

进一步，如上所述的种视频中数字水印的生成与检测的系统，所述枕形变换模块包括：

变换系数计算单元，用于计算枕形变换的变换系数计算公式为：

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

进一步，如上所述的种视频中数字水印的生成与检测的系统，设视频帧I的大小为X×Y，N＝min(X,Y)。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种如何在原始视频中嵌入数字水印的方式以及判断该视频中是否嵌入了数字水印的方法及系统，该方法及系统对于即使发生了桶形畸变的视频也能够检测出视频中是否嵌入了数字水印，该方法及系统尤其适用于头戴式虚拟现实眼镜中视频文件的软件保护中。

附图说明

图1为头戴式虚拟现实眼镜的播放原理示意图；

图2为本发明具体实施方式中提供的一种视频中数字水印的生成与检测的方法的流程图；

图3为本发明具体实施方式中提供的一种视频中数字水印的生成与检测的系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图2示出了本发明具体实施方式中提供的一种视频中数字水印的生成与检测的方法的流程图，该方法主要包括视频中数字水印的嵌入步骤S100和视频中数字水印的检测步骤S200。

步骤S100：将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；

如图2中所示，待处理视频中数字水印的嵌入主要包括以下步骤：

步骤S101：确定待处理视频中每一视频帧的水印嵌入区域；

本实施方式中，确定视频帧中的水印嵌入区域的方式为：对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域优选为正方形区域，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素。

设视频帧I的大小为X×Y，优选的，N＝min(X,Y)

步骤S102：生成数字水印；

本实施方式中，数字水印生成方式包括以下步骤：

①设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

本实施方式中，记伪随机序列Q＝{q₁,q₂,...,q_i,...,q_L}，其中，q_i∈{-1,1}。

优选的，N≤L≤N²/16，例如对于512×512大小的视频帧，可设置L＝1000。

②生成大小为N×N的零矩阵W₀；

③将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，根据zigzag排序结果，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q中的L个元素逐个替代，根据替代后的排序结果得到矩阵W₁；

④将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

将一个矩阵进行zigzag排序以及根据zigzag排序结果得到矩阵的具体过程为现有技术。

本实施方式中，将大小为N×N的矩阵W₀进行zigzag排序后，根据排序结果将零矩阵W₀中的第s+1个至s+L个元素用随机序列Q的L个元素逐个代替生成矩阵W₁，完成上述替换后，将替换后的矩阵W₁进行IDCT即离散余弦逆变换后便得到了数字水印矩阵W。

本实施方式中，s≥0，实际应用中，一般是选取中间部分的元素，因此，取值一般选择s≥1，作为优选，可设置s＝N²/4。

步骤S103：将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的视频帧I^W；

生成数字水印矩阵W后，将数字水印矩阵W嵌入到视频帧的水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，便得到了含水印的视频帧I^W，即f(I_C,W)表示水印嵌入函数。

本实施方式中，水印嵌入函数f(I_C,W)可取的形式较多，如该函数可取下述公式中的任意一个。

f(I_C,W)＝I_C·(1+αW)

f(I_C,W)＝I_C+αW

其中，I_C表示水印嵌入区域I_C中像素点的像素值，α为水印嵌入强度系数，其取值越大水印的稳健性越强而水印的不可见性越低，反之亦然。例如，系数α可设置为α＝0.2，采用上述任一公式计算得到含水印的区域中像素点的像素值，用代替视频帧I内的I_C即可得到含水印的视频帧I^W。

步骤S200：对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印。

如图2中所示，待检测视频中数字水印的嵌入主要包括以下步骤：、

步骤S201：确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

本实施方式中，桶形畸变的计算模型可用下述公式表示：

r＝r_d(1+kr_d ²)

r是原始视频帧即未经过桶形变换的视频帧的中心到某一像素点之间的距离；r_d是经过桶形变换的视频帧的中心到所述像素点之间的距离，在桶形变换中，畸变强度系数k取正数。对于头戴式虚拟现实眼镜而言，桶形畸变的畸变强度系数k的大小是由其所配广角镜片的物理特性决定的。

本实施方式中，确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k的方式包括以下步骤：

1)选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

2)确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

3)分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k，即将轮廓最相近的变换图像对应的桶形变换参数视为待检测视频遭受桶形变换时所采用的变换参数k。

步骤S202：根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

采用枕形变换的方法对遭受桶形变换的待检测视频进行矫正，以期恢复桶形变换前的视频。本实施方式中，采用下述公式计算枕形变换的变换系数

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

枕形变换的公式理论上与桶形变换的公式在形式上是相同的，只不过枕形变换的公式中的变换强度参数k为负数。计算出枕形变换的变换系数后，利用公式对遭受桶形变换的待检测视频进行枕形变换得到形状恢复的视频。

步骤S203：判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印。

本实施方式中，判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印的方式包括以下步骤：

a.对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的正方形待检测区域待检测区域的N×N个像素所对应的矩阵记为矩阵

b.将所述矩阵进行DCT即离散余弦变换得到矩阵

c.将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至s+L个元素构成序列

d.根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

e.根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

本实施方式中，可以采用以下公式计算序列和伪随机序列Q'的相关性R

$corr(A,B)=\frac{\underset{L}{\Σ}(A-\stackrel{\‾}{A})(B-\stackrel{\‾}{B})}{\sqrt{\left(\underset{L}{\Σ}{(A-\stackrel{\‾}{A})}^2\right)\left(\underset{L}{\Σ}{(B-\stackrel{\‾}{B})}^2\right)}}$

其中，和分别为两个需要计算相关性的序列A和B的期望，对于本实施方式，序列A和B即对应于序列和伪随机序列Q'。

如果序列Q和的相关性R大于或等于阈值T_R，则判定遭受桶形变换的视频中含有数字水印序列；反之，则判定该视频不含有数字水印序列。理论上讲，阈值T_R可设置为0。但在实际应用中，为了降低视频中数字水印的误检率可以将阈值设置的更高一些。因此，特做了如下测试。利用不同的水印嵌入密钥Key生成长度为2000的伪随机序列20000个，然后利用上述相关性计算公式对这些序列两两做相关性运算，运算的所有结果的平均值为2.709×10^-4，最大值为0.0997。因此，作为优选阈值T_R可设置为T_R＝2×0.0997≈0.2。

采用本实施方式中所提供的上述方法，能够识别出遭受了变换攻击的视频中是否嵌入了数字水印，为鉴别数字媒体的版权提供了基础，例如，将该方法应用到头戴式虚拟眼镜播放的视频文件中数字水印的检测。

为了验证本发明所提供的上述方法的有效性，特搜集了25部电影，并从中抽取了440个帧用于测试。首先，在所有原始视频帧中嵌入水印。所有嵌入水印后的帧与其原始帧之间的PSNR(PeakSignaltoNoiseRatio，峰值信噪比)值都大于44.0dB，平均值为48.9dB，这说明水印的嵌入并不影响视频的视觉效果。然后，选取了[0.05,1.0]之间的20个不同的桶形变换的畸变强度参数k对所有帧进行桶形变换攻击，共得到遭受桶形变换攻击的视频帧8800个，然后用本发明的水印检测方法对遭受攻击的8800个视频帧进行检测，实验结果显示本方法能够从所有8800个遭受桶形变换攻击的视频帧中正确地检测到嵌入的数字水印。可见，本发明所提供的方法的检测准确度很高。

与图2中所示的方法相对应，本发明实施方式中还提供了一种视频中数字水印的生成与检测的系统，如图3所示，该系统包括水印嵌入子系统100和水印检测子系统200两大部分。

所述水印嵌入子系统100，用于将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；所述水印嵌入子系统100包括：

水印嵌入区域选取模块101，用于选取视频帧的数字水印的嵌入区域，选取方式为：对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素；设视频帧I的大小为X×Y，本实施方式中，N的优选方案为：N＝min(X,Y)；

水印生成模块102，用于生成数字水印；水印生成模块包括：

第一伪随机序列生成单元，用于设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

零矩阵生成单元，用于生成大小为N×N的零矩阵W₀；

元素替代单元，用于将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q的L个元素逐个替代，根据替代后排序结果得到矩阵W₁，其中，s≥1；

水印矩阵生成单元，用于将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

水印嵌入模块103，用于将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，得到含水印的视频帧I^W；

所述水印检测子系统200，用于对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印；所述水印嵌入子系统200包括：

畸变强度系数确定模块201，用于确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

枕形变换模块202，用于根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

数字水印检测模块203，用于判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印；数字水印检测模块包括：

待检测区域选取单元，用于选取用于判断视频帧中是否嵌入了数字水印的区域，选取方式为：对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的待检测区域待检测区域的N×N个像素所对应的矩阵记为矩阵

待比较序列生成单元，用于将所述矩阵进行离散余弦变换得到矩阵将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至第s+L个元素构成序列

第二伪随机序列生成单元，用于根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

数字水印检测单元，用于根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

本实施方式中，所述畸变强度系数确定模块201可以包括测试图像选取单元、候选图像生成单元和畸变强度系数确定单元。

测试图像选取单元，用于选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

候选图像生成单元，用于确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

畸变强度系数确定单元，用于分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k。

所述枕形变换模块202包括变换系数计算单元，变换系数计算单元用于计算枕形变换的变换系数计算公式为：

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种视频中数字水印的生成与检测的方法，包括以下步骤：

(1)将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；在待处理视频的视频帧中嵌入数字水印的方式包括：

1.1)对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素，N为正整数；

1.2)生成数字水印，生成方式为：

①设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

②生成大小为N×N的零矩阵W₀；

③将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q的L个元素逐个替代，根据替代后排序结果得到矩阵W₁，其中，s≥0；

④将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

1.3)将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，得到含水印的视频帧I^W；

(2)对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印，包括：

2.1)确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

2.2)根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

2.3)判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印，判断方式为：

a.对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的待检测区域待检测区域的N×N个像素所构成的矩阵记为矩阵

b.将所述矩阵进行离散余弦变换得到矩阵

c.将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至s+L个元素构成序列

d.根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

e.根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

2.根据权利要求1所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，其特征在于：步骤2.1)中，确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k的方式为：

2.1.1)选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

2.1.2)确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

2.1.3)分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k。

3.根据权利要求1或2所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，其特征在于：步骤2.2)中，所述枕形变换的变换系数的计算公式为：

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

4.根据权利要求1所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，其特征在于：步骤1.2)中，伪随机序列Q＝{q₁,q₂,...,q_i,...,q_L}，q_i∈{-1,1}。

5.根据权利要求1所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，其特征在于：步骤1.1)中，设视频帧I的大小为X×Y，N＝min(X,Y)。

6.根据权利要求1所述的一种视频中数字水印的生成与检测的方法，其特征在于：步骤1.2)中，N≤L≤N²/16，s＝N²/4。

7.一种视频中数字水印的生成与检测的系统，包括水印嵌入子系统和水印检测子系统；

所述水印嵌入子系统，用于将数字水印嵌入到需要添加数字水印的待处理视频中，得到含水印的视频；水印嵌入子系统包括：

水印嵌入区域选取模块，用于选取视频帧的数字水印的嵌入区域，选取方式为：对于待处理视频的某一视频帧I，以视频帧I的中心为中心选取视频帧I的水印嵌入区域I_C，水印嵌入区域I_C的大小为N×N个像素，N为正整数；

水印生成模块，用于生成数字水印；水印生成模块包括：

第一伪随机序列生成单元，用于设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成设定长度为L的伪随机序列Q，L≤N²；

零矩阵生成单元，用于生成大小为N×N的零矩阵W₀；

元素替代单元，用于将所述零矩阵W₀进行zigzag排序，将排序结果中的第s+1个至第s+L个元素以伪随机序列Q的L个元素逐个替代，根据替代后排序结果得到矩阵W₁，其中，s≥0；

水印矩阵生成单元，用于将所述矩阵W₁进行离散余弦逆变换生成数字水印矩阵W；

水印嵌入模块，用于将所述数字水印矩阵W嵌入到水印嵌入区域I_C中，得到含水印的区域以含水印的区域代替视频帧的水印嵌入区域I_C，得到含水印的视频帧I^W；

所述水印检测子系统，用于对于需要检测是否嵌入了数字水印的待检测视频，检测视频中是否嵌入了数字水印；所述水印嵌入子系统包括：

畸变强度系数确定模块，用于确定待检测视频的桶形畸变的畸变强度系数k；

枕形变换模块，用于根据所述畸变强度系数k对待检测视频进行枕形变换，得到枕形校正后的恢复视频；

数字水印检测模块，用于判断所述恢复视频中是否嵌入了数字水印；数字水印检测模块包括：

待检测区域选取单元，用于选取用于判断视频帧中是否嵌入了数字水印的区域，选取方式为：对于所述恢复视频中的某一视频帧以视频帧的中心为中心选取大小为N×N的待检测区域待检测区域的N×N个像素所构成的矩阵记为矩阵

待比较序列生成单元，用于将所述矩阵进行离散余弦变换得到矩阵将所述矩阵进行zigzag排序，取排序结果中的第s+1个至s+L个元素构成序列

第二伪随机序列生成单元，用于根据水印嵌入密钥Key生成长度为L的伪随机序列Q'；

数字水印检测单元，用于根据序列和伪随机序列Q'的相关性R判断视频帧中是否嵌入了数字水印，判断方式为：若所述相关性R大于或等于阈值T_R，则判定视频帧中含有数字水印；若所述相关性R小于阈值T_R，则判定视频帧中不含有数字水印，T_R≥0。

8.根据权利要求7所述的一种视频中数字水印的生成与检测的系统，其特征在于：所述畸变强度系数确定模块包括：

测试图像选取单元，用于选取与视频帧I大小相同的图像作为测试图像P；

候选图像生成单元，用于确定若干个候选畸变强度系数，分别采用若干个畸变强度系数对测试图像P进行桶形变换，得到若干个桶形畸变图像P'；

畸变强度系数确定单元，用于分别计算若干个桶形畸变图像P'的外围轮廓与视频帧I的外围轮轮廓的相似度，将相似度最高的桶形畸变图像P'所对应的畸变强度系数确定为所述的畸变强度系数k。

9.根据权利要求7所述的种视频中数字水印的生成与检测的系统，其特征在于：所述枕形变换模块包括：

变换系数计算单元，用于计算枕形变换的变换系数计算公式为：

$\hat{k}=\frac{-k}{{(1+k)}^t}$

其中，t为常数，t的取值范围为0≤t≤3。

10.根据权利要求7所述的种视频中数字水印的生成与检测的系统，其特征在于：设视频帧I的大小为X×Y，N＝min(X,Y)。