CN108055493A - 在视频图像中嵌入水印的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在视频图像中嵌入水印的方法及装置，方法包括：根据水印信息制作水印模板；根据视频图像的尺寸和水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，约束区域大于水印模板的尺寸，水印嵌入区域用于嵌入水印模板，水印嵌入区域与水印模板相匹配；对于各视频图像，确定后水印嵌入区域的中心点在约束区域的位置，水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在约束区域内随机移动，根据水印嵌入区域的中心点确认水印嵌入区域在视频图像中的位置；将水印模板按预定透明度嵌入各视频图像的水印嵌入区域。本发明提供的方法及装置，有效地对抗去水印软件的视频编辑操作，使其难以预测水印区域，从而使其去水印的视频编辑操作失效。
Description
技术领域
本发明涉及视频处理，尤其涉及一种在视频图像中嵌入水印的方法及装置。
背景技术
通过往数字视频中加入特殊的图案或者信息可以实现对视频来源进行标识的功能，在视频的后续分发过程中可以通过检查标识信息来确认视频的源头。这种用于追溯视频来源而有意加入到数字视频中的信息即数字水印。
近年来往数字视频中嵌入数字水印的技术在快速发展，尤其是在影视作品的数字版权保护领域内数字水印应用十分广泛，但是现有视频的水印技术主要集中在视频的数字版权保护领域内，关注的重点在于数字水印的隐藏能力和抗转码能力，却不能满足视频会议领域中对实时嵌入到会议视频中的可见标识性图案式的明水印的需求。
现有的视频会议中应用数字水印的方法是往视频中的固定位置上覆盖彩色的标识性图像。固定位置的水印标识很容易被视频水印去除软件以涂改或者加入马赛克等方式对水印标识进行篡改。使用彩色的标识性图像加在会议视频中导致标识覆盖区域的会议视频内容被遮拦。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种在视频图像中嵌入水印的方法及装置，其能够有效地对抗去水印软件的视频编辑操作，使其难以预测水印区域，从而使其去水印的视频编辑操作失效。
根据本发明的一个方面，提供一种在视频图像中嵌入水印的方法，包括：根据水印信息制作水印模板；根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配；对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置；将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
可选地，所述水印信息为文本时，所述根据水印信息制作水印模板包括：确定所述文本的字体；计算所述文本中的字符个数；根据所述字符个数确认所述文本的布局以形成准文本图像；使准留白边框环绕所述准文本图像以形成准水印模板，所述水印模板为所述准水印模板的r倍等比例缩放，根据如下公式计算r：
其中，WV为视频图像的宽度，HV为视频图像的高度，WP为以P磅的字体大小计算的准文本图像的宽度，HP为以P磅的字体大小计算的准文本图像的高度，Qw为所述准留白边框的准留白宽度，QH为所述准留白边框的准留白高度，所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％，P为大于等于0的整数，n为大于等于3小于等于6的常数；
根据r计算文本图像的宽度Wt和高度Ht，其中，所述水印模板中各字符的字体大小为r×P，所述水印模板的留白边框的的留白宽度为r×Qw，所述水印模板的留白边框的的留白高度为r×QH。
可选地，所述水印信息为水印图像时，所述根据水印信息制作水印模板包括：对所述水印图像进行二值化以获得对应所述水印图像的二值化图像，所述二值化图像的各像素的值为1或0；在所述二值化图像的边缘，分别对值为1和值为0的像素进行计数，值为1的像素数量为N1，值为0的像素数量为N0；若N1≥N0，则使值为1的像素作为黑色背景并使值为0的像素作为白色前景以形成准水印模板；若N0>N1，则使值为0的像素作为黑色背景并使值为1的像素作为白色前景以形成准水印模板；所述准水印模板进行缩放形成所述水印模板，使得所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％，n为大于等于3小于等于6的常数。
可选地，所述水印模板仅具有亮度分量，且所述水印模板的宽度和高度皆为偶数。
可选地，根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域包括：
将满足如下公式的所述水印嵌入区域的中心点(xm，ym)的集合作为所述约束区域：
其中，WV为所述视频图像的宽度，HV为所述视频图像的高度，Wm为所述水印模板的宽度，Hm为所述水印模板的宽度。
可选地，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置包括：
根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)：
Ci+1(xi+1，yi+1)＝vi+1(xi+1，yi+1)*Sv+Ci(xi，yi)，
其中，vi+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度，Sv为速度权重，Sv为大于0的常数，Ci(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点，i为大于0的整数。
可选地，若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标小于所述约束区域的最小横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最小横坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标大于所述约束区域的最大横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最大横坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标小于所述约束区域的最小纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最小纵坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标大于所述约束区域的最大纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最大纵坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向。
可选地，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度vi+1(xi+1，yi+1)：
vi+1(xi+1，yi+1)＝ai+1(xi+1，yi+1)*Sa+vi(xi，yi)，
其中，ai+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度，Sa为加速度权重，Sa为大于0的常数，vi(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度，
若vi+1(xi+1，yi+1)的模vr大于最大允许速度mv，则修正vi+1(xi+1，yi+1)
v’i+1(xi+1，yi+1)＝(mv/vr)2*vi+1(xi+1，yi+1)。
可选地，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度ai+1(xi+1，yi+1)：
ai+1(xi+1，yi+1)＝ji+1(xi+1，yi+1)*Sj+ai(xi，yi)，
其中，ji+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度，Sj为急动度权重，Sj为大于0的常数，ai(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度，
若ai+1(xi+1，yi+1)的模ar大于最大允许速度ma，则修正ai+1(xi+1，yi+1)
a’i+1(xi+1，yi+1)＝(ma/va)2*ai+1(xi+1，yi+1)。
可选地，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度ji+1(xi+1，yi+1)：
ji+1(xi+1，yi+1)＝(jr*cos(ja)，jr*sin(ja))，
其中，jr是所述随机矢量j的矢长，矢长jr服从以0为期望值、以预定sj为方差的正态分布，sj为大于0的常数，ja是所述随机矢量j的矢角，矢角ja服从从0到π的均匀分布。
可选地，所述将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中包括：
对第i幅视频图像，提取第i幅视频图像在所述水印嵌入区域中亮度分量Ivroi；
提取水印模板的亮度分量Im；
将所述水印模板嵌入第i幅视频图像中，使得嵌入后所述水印嵌入区域的亮度分量I＝Ivroi+Im(1-E％)，E为所述预定透明度，E为大于等于70小于等于95的常数。
根据本发明的又一方面，还提供一种在视频图像中嵌入水印的装置，包括：水印模板制作模块，用于根据水印信息制作水印模板；约束区域确定模块，用于根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配；水印嵌入区域确定模块，用于对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置；嵌入模块，用于将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
由此可见，本发明提供的方案，与现有的隐式水印技术相比，具有如下优势：
1)使水印嵌入区域的中心点在视频图像的约束区域中平缓地随机游走，可以有效地对抗去水印软件的视频编辑操作，使其难以预测水印区域，从而使其去水印的视频编辑操作失效；
2)有效地对抗视频的如下操作而不损害水印标识：对视频进行再次编码，对视频进行屏幕录制，对视频进行离屏录像，对视频进行离屏拍摄。
3)只处理图像的亮度分量而不加工色彩分量，并且图像处理的面积只有整个视频图像面积的较少部分(即水印嵌入区域的部分)，嵌入一个水印平均对每幅视频图像所需的运算量较少，在应用到视频会议中可以作为会议视频编码器的前置处理模块，实时地把可见水印嵌入到会议视频流中。
4)可以接收文本字符的水印信息或图像形式的水印信息，通过分离前景和背景的方式做成简洁明快的水印模板，然后以预定透明度混入到视频图像的亮度分量中。由此，在保证了可见水印的标识可辨识特征的同时，还保留了水印区域内原视频图像的内容不被遮挡。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本发明实施例的在视频图像中嵌入水印的方法的流程图。
图2示出了根据本发明实施例的根据文本制作水印模板的流程图。
图3示出了根据本发明实施例的根据图像制作水印模板的流程图。
图4示出了根据本发明实施例的确定水印嵌入区域位置的流程图。
图5示出了根据本发明实施例的在视频图像中嵌入水印的装置的示意图。
具体实施方式
现在将第二附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种在视频图像中嵌入水印的方法及装置。
首先参见图1，图1示出了根据本发明实施例的在视频图像中嵌入水印的方法的流程图。图1共示出了4个步骤：
步骤S110根据水印信息制作水印模板。
具体而言，水印信息可以是文本的形式。文本形式的水印信息可以是各种二进制表示的，按特定字符集编码而成的字符，字符集编码规范包括但不限于：UTF-8、ISO-8859-1、GB108030、BIG5、EUC-JP、EUC-KR等。
水印信息也可以是图像的形式。图像形式的水印信息可以是各种二进制表示的图像档案或者图案档案，其二进制档案格式包括但不限于：如光栅图像JPEG、PNG、JIF等，如矢量图案EMF、VML、SVG等，如复合文档DjVu、EPS、PDF、PS等。
在一些具体实施例中，水印模板例如可以是一张二进制表示的，未经压缩的，且只有一个分量的灰度光栅图数据块，其每个像素的表达位深度有2比特、4比特、8比特、10比特、12比特、16比特、32比特、64比特，每个像素的编码格式可以为：无符号整数、有符号整数、浮点数等。
在一些具体实施例中，水印模板的图像面积约为会议视频图像面积的n％(n为大于等于3小于等于6的常数，在一个优选例中，n可以取值为5)。在本发明的各个实施例中，水印模板的宽和高优选地取整，且使其为偶数。
对于不同类型的水印信息(例如文本或图像)，本发明提供了不同的水印模板制作方式，分别结合图2和图3进行详细的描述。
图2示出了根据本发明实施例的根据文本制作水印模板的流程图。
所述水印信息为文本时，制作水印模板包括5个步骤：
步骤S111：确定所述文本的字体。
具体而言，可以选用预先配置的一种粗笔划字体，例如：宋黑粗体、Arial Black、华文琥珀，或者其它字体等。
步骤S112：计算所述文本中的字符个数。
步骤S113：根据所述字符个数确认所述文本的布局以形成准文本图像。
具体而言，在一些实施例中，一个宽字符按两个字符计数，如果字符个数不超过20，则将其作为一行文本进行描绘；如果字符个数超过20，则最多截取80个字符，平均分成两行，以中央对齐的布局方式来描绘两行文本。此处描述仅仅是示意性起见，本发明并非以此为限。
步骤S114：使准留白边框环绕所述准文本图像以形成准水印模板，所述水印模板为所述准水印模板的r倍等比例缩放，根据如下公式计算r：
其中，WV为视频图像的宽度，HV为视频图像的高度，WP为以P磅(P例如可以取36)的字体大小计算的准文本图像的宽度，HP为以P磅的字体大小计算的准文本图像的高度，Qw为所述准留白边框的准留白宽度，QH为所述准留白边框的准留白高度，所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％，P为大于等于0的整数，n为大于等于3小于等于6的常数。在一些实施例中，准留白边框的准留白宽度和准留白高度相等，例如都为6磅。
步骤S115：根据r计算文本图像的宽度Wt和高度Ht，其中，所述水印模板中各字符的字体大小为r×P，所述水印模板的留白边框的的留白宽度为r×Qw，所述水印模板的留白边框的的留白高度为r×QH。
具体而言，步骤S115还包括开辟一幅宽度为Wt高度为Ht的黑底光栅图像，以r×P磅字体大小在这个光栅图像上用白色前景绘制空心文本字符，并保留Qw×r及QH×r磅的宽度和高度留白。把上述所得的光栅图像的宽度取为偶数，把高度取为偶数，做成水印模板。
在一些实施例中，步骤S115之后还可根据实际需要的文本倾斜角度例如60°对文本图像的进行旋转，做成有倾斜效果的水印模板，使用黑色填充在旋转过程中产生的空隙。
图3示出了根据本发明实施例的根据图像制作水印模板的流程图。
水印信息为水印图像时，优选地，分辨出水印图像的前景和背景，并做成一幅前景为白而背景为黑的灰度图，并且确保水印图像的面积约为视频图像面积的n％。同时水印图像的宽高比有所限定，例如，不大于8。
水印信息为水印图像时，制作水印模板包括6个步骤：
步骤S211：对所述水印图像进行二值化以获得对应所述水印图像的二值化图像，所述二值化图像的各像素的值为1或0。
具体而言，步骤S211用于在接收到水印图像时，对其进行二值化处理来分辨它的前景和背景，可以使用全局阈值法或者本地自适应方法来对图像进行二值化处理。例如，采用灰度平均值阈值法、大津法、双峰阈值法中的一种，来获得水印图像的幅二值化图像。
步骤S212：在所述二值化图像的边缘，分别对值为1和值为0的像素进行计数，值为1的像素数量为N1，值为0的像素数量为N0。
步骤S213：判断是否符合N1≥N0，若是，则执行步骤S214，若否则执行步骤S215。
步骤S214：使值为1的像素作为黑色背景并使值为0的像素作为白色前景以形成准水印模板；
步骤S215：使值为0的像素作为黑色背景并使值为1的像素作为白色前景以形成准水印模板。
步骤S216：所述准水印模板进行缩放形成所述水印模板，使得所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％，n为大于等于3小于等于6的常数。
在图3的一些具体实施例中，步骤S216在对准水印模板进行缩放之后，形成水印模板之前还包括使用一种边缘提取算子来对水印图像进行边缘提取处理，例如：LoG边缘提取、Canny边缘提取、Sobel缘提取等，获得一幅包含边缘信息的灰度图像。
在图3的又一些具体实施例中，步骤S216在对准水印模板进行缩放之后，形成水印模板之前还可以包括选择对水印模板进行特效滤镜处理，使水印图像更加柔和而且边缘也更加清晰。例如，对水印模板使用一个高斯模糊核进行模糊滤波将使水印模板显得更加柔和，可以达到嵌入视频中的水印图案在观看者眼中不显得突兀。又例如，对水印模板使用一个LoG算子进行一次边缘增强处理，可以使根据图案输入的水印信息制作成的水印模板在嵌入到视频中的水印图案在观看者眼中更容易辨识。
在图3的另一些具体实施例中，步骤S216在对准水印模板进行缩放之后，形成水印模板之前还可以包括选择对水印灰度图按一个角度旋转后得到一张新的灰度图，对于在旋转过程中导致的空隙使用黑色来填充。这些实施例以这种方法实现了倾斜效果的水印图案。
下面提供图3的一个具体实现：
收到水印图像后，根据水印图像的文件格式加载水印图像，并转换成一幅灰度光栅图像。将把上述灰度光栅图像的前景和背景进行分离，使背景为黑色而前景为白色。具体地：
使用大津法求得上述灰度光栅图像的全局最佳二值化阈值T；
即对于某一个值t，把上述灰度光栅图像中所有小于t的像素归入第0类C0(t),剩下的归入第1类C1(t)；
第0类像素的面积占比为ω0(t)，而第1类像素的面积占比为ω1(t)；
第0类像素的平均像素值为μ0(t)，而第1类像素的平均像素值为μ1(t)；
第0类像素群与第1类像素群的类间方差为σ2 b(t)＝ω0(t)ω1(t)[μ0(t)-μ1(t)]2；
找到使σ2 b(t)达最大值的值t即为大津法求得的全局最佳二值化阈值T；
在上述光栅图像的边框上如果第0类像素比第1类像素多，则把第0类像素群标记为背景，否则把第1类标记为背景；
在上述光栅图像中，把属于背景的像素点涂为黑色，把剩下的涂其为白色。
然后把上述光栅图像缩小或者放大到视频图像面积的5％大小。
之后，把上述光栅图像的前景和背景之间的边缘提取出来，获得边缘图。使用边缘图的好处是让背景所占的面积尽量扩大，从而能够透过更多视频内容。具体地，使用LoG算子来对上述光栅图像进行边缘提取，LoG函数如下：
取一个11×11的矩阵G，令σ＝11/3，x＝i-5，y＝j-5，求得矩阵G中的各元素值，
使用G对上述灰度光栅图像F进行卷积，它们的卷积图像H的各个像素点的值根据如下公式计算：
把卷积图像H中的各像素点调整到最小值为黑色(0),而最大值为白色(255)，做成水印模板。
然后，根据实际需要的水印图案角度例如60°对上述光栅图像进行旋转，做成有倾斜效果的水印模板，使用黑色填充在旋转过程中产生的空隙。
以上仅仅是图3的示意性具体实现方式，本发明并非以此为限。
步骤S120：根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配。
具体而言，步骤S120将满足如下公式的所述水印嵌入区域的中心点(xm，ym)的集合作为所述约束区域：
其中，WV为所述视频图像的宽度，HV为所述视频图像的高度，Wm为所述水印模板的宽度，Hm为所述水印模板的宽度。
步骤S130：对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置。
具体而言，步骤S130中，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)：
Ci+1(xi+1，yi+1)＝vi+1(xi+1，yi+1)*Sv+Ci(xi，yi)，
其中，vi+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度，Sv为速度权重，Sv为大于0的常数，Ci(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点，i为大于0的整数。
在一些具体实施例中，若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标小于所述约束区域的最小横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最小横坐标(即使得xi+1为Wm/2+d，d为中心点Ci+1的横坐标与所述约束区域的最小横坐标之间的距离)，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向。
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标大于所述约束区域的最大横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最大横坐标(即使得xi+1为Wv-Wm/2-d，d为中心点Ci+1的横坐标与所述约束区域的最大横坐标之间的距离)，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向。
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标小于所述约束区域的最小纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最小纵坐标(即使得yi+1为Hm/2+d，d为中心点Ci+1的纵坐标与所述约束区域的最小纵坐标之间的距离)，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向。
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标大于所述约束区域的最大纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最大纵坐标(即使得yi+1为Hv-Hm/2-d，d为中心点Ci+1的纵坐标与所述约束区域的最大纵坐标之间的距离)，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向。
进一步地，第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度vi+1(xi+1，yi+1)根据如下公式计算：
vi+1(xi+1，yi+1)＝ai+1(xi+1，yi+1)*Sa+vi(xi，yi)，
其中，ai+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度，Sa为加速度权重，Sa为大于0的常数，vi(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度。
若vi+1(xi+1，yi+1)的模vr大于最大允许速度mv，则修正vi+1(xi+1，yi+1)：
v’i+1(xi+1，yi+1)＝(mv/vr)2*vi+1(xi+1，yi+1)。
进一步地，第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度ai+1(xi+1，yi+1)根据如下公式计算：
ai+1(xi+1，yi+1)＝ji+1(xi+1，yi+1)*Sj+ai(xi，yi)，
其中，ji+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度，Sj为急动度权重，Sj为大于0的常数，ai(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度。
若ai+1(xi+1，yi+1)的模ar大于最大允许速度ma，则修正ai+1(xi+1，yi+1)：
a’i+1(xi+1，yi+1)＝(ma/va)2*ai+1(xi+1，yi+1)。
进一步地，第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度ji+1(xi+1，yi+1)根据如下公式计算：
ji+1(xi+1，yi+1)＝(jr*cos(ja)，jr*sin(ja))，
其中，jr是所述随机矢量j的矢长，矢长jr服从以0为期望值、以预定sj为方差的正态分布，sj为大于0的常数，ja是所述随机矢量j的矢角，矢角ja服从从0到π的均匀分布。
换言之，步骤S130的具体实现步骤可参见图4，图4共示出了4个步骤。
步骤S131：参数初始化。
例如，移动速度v和加速度a都初始化为0；
Sv初始化为预定常数，例如Sv初始化为1；
Sa初始化为预定常数，例如Sa初始化为0.3；
Sj初始化为预定常数，例如Sj初始化为0.3；
mv设置为预定常数，例如mv设置为2；
ma设置为预定常数，例如ma设置为2；
sj设置为预定常数，例如sj设置为2。
步骤S132：基于随机矢量j模拟急动度。
根据上述参数，对应每幅视频图像，生成随机矢量，并模拟急动度。
步骤S133：根据急动度更新加速度、速度及中心位置。
根据每幅视频图像对应的急动度，更新加速度、速度及中心位置(xm，ym)。
步骤S134：确定水印嵌入区域在每幅视频图像中的位置。
具体而言，水印嵌入区域的左边界为xm-Wm/2；水印嵌入区域的右边界为xm+Wm/2；水印嵌入区域的下边界为ym-Hm/2；水印嵌入区域的右边界为ym+Hm/2，其中，Wm为水印模板的宽度，Hm为水印模板的高度。
步骤S140：将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
具体而言，步骤S140包括如下步骤：
对第i幅视频图像，提取第i幅视频图像在所述水印嵌入区域中亮度分量Ivroi；
提取水印模板的亮度分量Im；
将所述水印模板嵌入第i幅视频图像中，使得嵌入后所述水印嵌入区域的亮度分量I＝Ivroi+Im(1-E％)，E为所述预定透明度，E为大于等于70小于等于95的常数。优选地，E为85。进一步地，在一些具体实现中，如果I>255则Ivroi←255，否则Ivroi←I。
根据本发明的又一方面，还提供一种在视频图像中嵌入水印的装置。具体参见图5。
在视频图像中嵌入水印的装置300包括水印模板制作模块310、约束区域确定模块320、水印嵌入区域确定模块330及嵌入模块340。
水印模板制作模块310用于根据水印信息制作水印模板。约束区域确定模块320用于根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配。水印嵌入区域确定模块330用于对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置。嵌入模块340用于将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
由此可见，本发明提供的方案，与现有的隐式水印技术相比，具有如下优势：
1)使水印嵌入区域的中心点在视频图像的约束区域中平缓地随机游走，可以有效地对抗去水印软件的视频编辑操作，使其难以预测水印区域，从而使其去水印的视频编辑操作失效；
2)有效地对抗视频的如下操作而不损害水印标识：对视频进行再次编码，对视频进行屏幕录制，对视频进行离屏录像，对视频进行离屏拍摄。
3)只处理图像的亮度分量而不加工色彩分量，并且图像处理的面积只有整个视频图像面积的较少部分(即水印嵌入区域的部分)，嵌入一个水印平均对每幅视频图像所需的运算量较少，在应用到视频会议中可以作为会议视频编码器的前置处理模块，实时地把可见水印嵌入到会议视频流中。
4)可以接收文本字符的水印信息或图像形式的水印信息，通过分离前景和背景的方式做成简洁明快的水印模板，然后以预定透明度混入到视频图像的亮度分量中。由此，在保证了可见水印的标识可辨识特征的同时，还保留了水印区域内原视频图像的内容不被遮挡。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (11)
1.一种在视频图像中嵌入水印的方法，其特征在于，包括：
根据水印信息制作水印模板；
根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配；
对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置；
将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水印信息为文本时，所述根据水印信息制作水印模板包括：
确定所述文本的字体；
计算所述文本中的字符个数；
根据所述字符个数确认所述文本的布局以形成准文本图像；
使准留白边框环绕所述准文本图像以形成准水印模板，所述水印模板为所述准水印模板的r倍等比例缩放，根据如下公式计算r：
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<mi>n</mi>
<mi>%</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>w</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>&times;</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
</msqrt>
</mrow>
其中，WV为视频图像的宽度，HV为视频图像的高度，WP为以P磅的字体大小计算的准文本图像的宽度，HP为以P磅的字体大小计算的准文本图像的高度，Qw为所述准留白边框的准留白宽度，QH为所述准留白边框的准留白高度，所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％，P为大于等于0的整数，n为大于等于3小于等于6的常数；
根据r计算文本图像的宽度Wt和高度Ht，其中，所述水印模板中各字符的字体大小为r×P，所述水印模板的留白边框的的留白宽度为r×Qw，所述水印模板的留白边框的的留白高度为r×QH。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水印信息为水印图像时，所述根据水印信息制作水印模板包括：
对所述水印图像进行二值化以获得对应所述水印图像的二值化图像，所述二值化图像的各像素的值为1或0；
在所述二值化图像的边缘，分别对值为1和值为0的像素进行计数，值为1的像素数量为N1，值为0的像素数量为N0；
若N1≥N0，则使值为1的像素作为黑色背景并使值为0的像素作为白色前景以形成准水印模板；
若N0>N1，则使值为0的像素作为黑色背景并使值为1的像素作为白色前景以形成准水印模板；
所述准水印模板进行缩放形成所述水印模板，使得所述水印模板的面积不大于所述视频图像的n％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域包括：
将满足如下公式的所述水印嵌入区域的中心点(xm，ym)的集合作为所述约束区域：
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>V</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>W</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>y</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>V</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
其中，WV为所述视频图像的宽度，HV为所述视频图像的高度，Wm为所述水印模板的宽度，Hm为所述水印模板的宽度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置包括：
根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)：
Ci+1(xi+1，yi+1)＝vi+1(xi+1，yi+1)*Sv+Ci(xi，yi)，
其中，vi+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度，Sv为速度权重，Sv为大于0的常数，Ci(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点，i为大于0的整数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标小于所述约束区域的最小横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最小横坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的横坐标大于所述约束区域的最大横坐标时，使所述中心点Ci+1的横坐标等于所述约束区域的最大横坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在横坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标小于所述约束区域的最小纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最小纵坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向；
若第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点Ci+1(xi+1，yi+1)的纵坐标大于所述约束区域的最大纵坐标时，使所述中心点Ci+1的纵坐标等于所述约束区域的最大纵坐标，并使vi+1(xi+1，yi+1)在纵坐标方向上的分量反向。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度vi+1(xi+1，yi+1)：
vi+1(xi+1，yi+1)＝ai+1(xi+1，yi+1)*Sa+vi(xi，yi)，
其中，ai+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度，Sa为加速度权重，Sa为大于0的常数，vi(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的移动速度，
若vi+1(xi+1，yi+1)的模vr大于最大允许速度mv，则修正vi+1(xi+1，yi+1)
v’i+1(xi+1，yi+1)＝(mv/vr)2*vi+1(xi+1，yi+1)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度ai+1(xi+1，yi+1)：
ai+1(xi+1，yi+1)＝ji+1(xi+1，yi+1)*Sj+ai(xi，yi)，
其中，ji+1(xi+1，yi+1)为第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度，Sj为急动度权重，Sj为大于0的常数，ai(xi，yi)为第i幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的加速度，
若ai+1(xi+1，yi+1)的模ar大于最大允许速度ma，则修正ai+1(xi+1，yi+1)
a’i+1(xi+1，yi+1)＝(ma/va)2*ai+1(xi+1，yi+1)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算第i+1幅视频图像的水印嵌入区域的中心点的急动度ji+1(xi+1，yi+1)：
ji+1(xi+1，yi+1)＝(jr*cos(ja)，jr*sin(ja))，
其中，jr是所述随机矢量j的矢长，矢长jr服从以0为期望值、以预定sj为方差的正态分布，sj为大于0的常数，ja是所述随机矢量j的矢角，矢角ja服从从0到π的均匀分布。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中包括：
对第i幅视频图像，提取第i幅视频图像在所述水印嵌入区域中亮度分量Ivroi；
提取水印模板的亮度分量Im；
将所述水印模板嵌入第i幅视频图像中，使得嵌入后所述水印嵌入区域的亮度分量I＝Ivroi+Im(1-E％)，E为所述预定透明度，E为大于等于70小于等于95的常数。
11.一种在视频图像中嵌入水印的装置，其特征在于，包括：
水印模板制作模块，用于根据水印信息制作水印模板；
约束区域确定模块，用于根据视频图像的尺寸和所述水印模板的尺寸确认水印嵌入区域的中心点的约束区域，所述约束区域大于所述水印模板的尺寸，所述水印嵌入区域用于嵌入所述水印模板，所述水印嵌入区域与所述水印模板相匹配；
水印嵌入区域确定模块，用于对于各视频图像，确定所述水印嵌入区域的中心点在所述约束区域的位置，在各所述视频图像中，所述水印嵌入区域的中心点基于随机矢量j在所述约束区域内随机移动，根据所述水印嵌入区域的中心点确认所述水印嵌入区域在所述视频图像中的位置；
嵌入模块，用于将所述水印模板按预定透明度嵌入各所述视频图像的水印嵌入区域中。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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