CN108616757B - 一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入与提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入与提取方法，属于视频数字水印技术领域。本发明的嵌入方法包括如下步骤：读取原视频文件，根据读取到的原视频信息调整水印；对原视频进行随机采样，确定嵌入阈值；逐帧读取原视频的帧图像信息，判断该帧是否需要嵌入水印；嵌入水印；将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即含水印的视频。本发明的提取方法包括如下步骤：确定视频有效区；确定提取通道；对单帧提取水印；将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即提取结果。本发明在翻拍后能够提取出较为清晰的水印，并兼顾了画面观感；提取水印不需要原始视频，属于盲水印方法。

Description

一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入与提取方法
技术领域
本发明属于视频数字水印技术领域，具体涉及一种在翻拍后仍可以实现水印提取的视频数字水印嵌入与提取方法。
背景技术
视频是现在信息传输的重要载体，是最有效的信息传播方式之一，也是视频所有者的重要财富。资源的盗用者有多种方式非法盗用视频资源，其中一种便是翻拍，如电影翻拍。盗用者用高质量摄影机翻拍后非法贩卖并获取利润，极大地损害了视频所有者的利益。盲水印技术能够较有效地防止视频资源的盗用，目前盲水印嵌入的方法主要有：
申请号CN200710068644.4，发明名称为：基于视觉特征的视频水印方法。本方法基于离散余弦变换技术，首先对视频帧进行离散余弦变换，提取视频帧子块的纹理、亮度及边缘等特征；然后在视频帧之间提取视频帧的运动特征，构造一个混合的自适应子块特征抽取模型；最后，根据视觉敏感特性和水印鲁棒性的双重需求，构造一个特征统计收敛模型，生成与人的视觉感知模型相一致的自适应视频水印方法。
申请号CN201510015101.0，发明名称为：一种H.264/AVC压缩域视频水印嵌入及提取方法。公开了一种H.264/AVC压缩域视频水印嵌入及提取方法，将水印图像进行二值化，再经Arnold变换得到二进制水印信息；利用H.264/AVC编码器对原始视频进行压缩编码，对I帧视频的宏块亮度数据，按照H.264/AVC视频编码标准将每个宏块的16个4x4亮度块抽取出来，分别对每个4x4亮度块进行整数离散余弦变换；根据每个4x4亮度块整数离散余弦变换后的系数，将每个4x4亮度块分为纹理块和非纹理块；根据二进制水印信息，调制每个宏块的局部能量差；将嵌入二进制水印后的4x4亮度块熵编码，得到含水印视频流。
这些嵌入方法在用于翻拍场景时，不能被提取出水印，所以不能用于应对翻拍后提取水印的应用场景。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种能够在翻拍后提取水印的视频盲水印嵌入方法。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入方法，包括以下步骤：
步骤1.读取原视频文件，根据读取到的原视频信息调整水印；
步骤1-1.用户输入字符或字符串作为原始水印图像信息；
步骤1-2.将每个字符转换成单个二值化图像信息；
步骤1-3.将水印图像信息扩充为原视频大小，将水印信息放置于左上角，空白部分置0；
步骤1-4.在右下角放置一个与左上角水印中心对称的水印图像，使整个水印图像信息中心对称；
步骤2.对原视频进行随机采样，确定嵌入阈值；
步骤2-1.分离采样中每帧R、G、B通道信息为cR、cG、cB；
步骤2-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF、cGF、cBF；
步骤2-3.求cRF、cGF、cBF的方差：
Figure BDA0001655399100000021
Figure BDA0001655399100000022
Figure BDA0001655399100000023
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi为cRF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000024
为cRF数组中元素的数学期望；yi为cGF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000025
为cGF数组中元素的数学期望；zi为cBF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000026
为cBF数组中元素的数学期望；
步骤2-4.计算细节丰富度D：
Figure BDA0001655399100000027
步骤2-5.取取样结果中最大的细节丰富度的90％作为嵌入阈值；
步骤3.逐帧读取原视频的帧图像信息，判断该帧是否需要嵌入水印；
步骤3-1.逐帧计算细节丰富度，与嵌入阈值进行对比；
步骤3-2.若细节丰富度大于嵌入阈值，则要嵌入水印；反之则不用，若不用嵌入水印则直接将帧图像信息加入新视频合成序列中；
步骤4.嵌入水印；
步骤4-1.将细节丰富度大于嵌入阈值的帧分离R、G、B三个通道；
步骤4-2.分别得到的RGB三通道信息分别进行二维快速傅里叶变换为频域信息；
步骤4-3.将频域信息与水印信息重叠比较，有水印部分的频域信息置为0；
步骤4-4.进行逆傅里叶变换并合并R、G、B三个通道还原图像，完成单帧水印嵌入；
步骤4-5.将处理完的帧放入新视频合成序列中；
步骤5.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即含水印的视频。
步骤4中，嵌入的水印是一个字符串中一个字符的信息，当遇到下一个需要嵌入水印的帧时，则嵌入字符串中下一个字符的信息，这样可以减少水印嵌入对视频观感的影响，充分利用了视频动态的特性。
一种翻拍后能提取水印的视频水印提取方法，包括以下步骤：
步骤1.确定视频有效区；
步骤1-1.读取含水印视频，取随机的一帧分离R、G、B通道信息为cR'、cG'、cB'；
步骤1-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF'、cGF'、cBF'；
步骤1-3.求cRF'、cGF'、cBF'的方差：
Figure BDA0001655399100000031
Figure BDA0001655399100000032
Figure BDA0001655399100000033
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi'为cRF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000034
为cRF'数组中元素的数学期望；yi'为cGF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000035
为cGF'数组中元素的数学期望；zi'为cBF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000036
为cBF'数组中元素的数学期望；
步骤1-4.计算细节丰富度D'：
Figure BDA0001655399100000037
步骤1-5.细节丰富度超过设定阈值(即视频画面不是全黑)，则进行边框的提取,取边框内部区域为有效区；
步骤2.确定提取通道；
步骤2-1.逐帧对有效区进行分离R、G、B通道得到cR”、cG”、cB”；
步骤2-2.对进行二维快速傅里叶变换得到cRF”、cGF”、cBF”；
步骤2-3.求cRF”、cGF”、cBF”的方差：
Figure BDA0001655399100000041
Figure BDA0001655399100000042
Figure BDA0001655399100000043
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi”为cRF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000044
为cRF”数组中元素的数学期望；yi”为cGF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000045
为cGF”数组中元素的数学期望；zi”为cBF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000046
为cBF”数组中元素的数学期望；
步骤2-4.比较三者大小，选取最大值对应的通道作为提取通道；
步骤3.对单帧提取水印；
步骤3-1.对单帧的提取通道做二维快速傅里叶变换；
步骤3-2.将得到的频域信息作为帧图像信息放入新视频的合成序列中；
步骤4.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即提取结果。
本发明的有益效果是：
本发明相比现有技术相比，具有以下优点：翻拍后能够提取出较为清晰的水印，并兼顾了画面观感；提取水印不需要原始视频，属于盲水印方法。
附图说明
图1为本发明的水印嵌入方法的流程图；
图2为本发明的水印提取方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤1.读取原视频文件，根据读取到的原视频信息调整水印；
步骤1-1.用户输入字符或字符串作为原始水印图像信息；
步骤1-2.将每个字符转换成单个二值化图像信息；
步骤1-3.将水印图像信息扩充为原视频大小，将水印信息放置于左上角，空白部分置0；
步骤1-4.在右下角放置一个与左上角水印中心对称的水印图像，使整个水印图像信息中心对称；
步骤2.对原视频进行随机采样，确定嵌入阈值；
步骤2-1.分离采样中每帧R、G、B通道信息为cR、cG、cB；
步骤2-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF、cGF、cBF；
步骤2-3.求cRF、cGF、cBF的方差：
Figure BDA0001655399100000051
Figure BDA0001655399100000052
Figure BDA0001655399100000053
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi为cRF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000054
为cRF数组中元素的数学期望；yi为cGF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000055
为cGF数组中元素的数学期望；zi为cBF数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000056
为cBF数组中元素的数学期望；
步骤2-4.计算细节丰富度D：
Figure BDA0001655399100000057
步骤2-5.取取样结果中最大的细节丰富度的90％作为嵌入阈值；
步骤3.逐帧读取原视频的帧图像信息，判断该帧是否需要嵌入水印；
步骤3-1.逐帧计算细节丰富度，与嵌入阈值进行对比；
步骤3-2.若细节丰富度大于嵌入阈值，则要嵌入水印；反之则不用，若不用嵌入水印则直接将帧图像信息加入新视频合成序列中；
步骤4.嵌入水印；
步骤4-1.将细节丰富度大于嵌入阈值的帧分离R、G、B三个通道；
步骤4-2.分别得到的RGB三通道信息分别进行二维快速傅里叶变换为频域信息；
步骤4-3.将频域信息与水印信息重叠比较，有水印部分的频域信息置为0；
步骤4-4.进行逆傅里叶变换并合并R、G、B三个通道还原图像，完成单帧水印嵌入；
步骤4-5.将处理完的帧放入新视频合成序列中；
步骤5.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即含水印的视频。
步骤4中，嵌入的水印是一个字符串中一个字符的信息，当遇到下一个需要嵌入水印的帧时，则嵌入字符串中下一个字符的信息，这样可以减少水印嵌入对视频观感的影响，充分利用了视频动态的特性。
本实施例还提供了一种翻拍后能提取水印的视频水印提取方法，其流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1.确定视频有效区；
步骤1-1.读取含水印视频，取随机的一帧分离R、G、B通道信息为cR'、cG'、cB'；
步骤1-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF'、cGF'、cBF'；
步骤1-3.求cRF'、cGF'、cBF'的方差：
Figure BDA0001655399100000061
Figure BDA0001655399100000062
Figure BDA0001655399100000063
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi'为cRF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000064
为cRF'数组中元素的数学期望；yi'为cGF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000065
为cGF'数组中元素的数学期望；zi'为cBF'数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000066
为cBF'数组中元素的数学期望；
步骤1-4.计算细节丰富度D'：
Figure BDA0001655399100000067
步骤1-5.细节丰富度超过设定阈值(即视频画面不是全黑)，则进行边框的提取,取边框内部区域为有效区；
步骤2.确定提取通道；
步骤2-1.逐帧对有效区进行分离R、G、B通道得到cR”、cG”、cB”；
步骤2-2.对进行二维快速傅里叶变换得到cRF”、cGF”、cBF”；
步骤2-3.求cRF”、cGF”、cBF”的方差：
Figure BDA0001655399100000071
Figure BDA0001655399100000072
Figure BDA0001655399100000073
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi”为cRF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000074
为cRF”数组中元素的数学期望；yi”为cGF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000075
为cGF”数组中元素的数学期望；zi”为cBF”数组中第i个元素，
Figure BDA0001655399100000076
为cBF”数组中元素的数学期望；
步骤2-4.比较三者大小，选取最大值对应的通道作为提取通道；
因为方差能够评价数据的稳定性，在频域信息中，数据越不稳定表示频率差距越大，即图像细节越多，则水印更清晰；
步骤3.对单帧提取水印；
步骤3-1.对单帧的提取通道做二维快速傅里叶变换；
步骤3-2.将得到的频域信息作为帧图像信息放入新视频的合成序列中；
步骤4.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即提取结果。

Claims (3)

1.一种翻拍后能提取水印的视频水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.读取原视频文件，根据读取到的原视频信息调整水印；
调整水印的具体过程为：
步骤1-1.用户输入字符或字符串作为原始水印图像信息；
步骤1-2-将每个字符转换成单个二值化图像信息；
步骤1.3.将水印图像信息扩充为原视频大小，将水印信息放置于左上角，空白部分置0；
步骤1-4.在右下角放置一个与左上角水印中心对称的水印图像，使整个水印图像信息中心对称；
步骤2.对原视频进行随机采样，确定嵌入阈值；
步骤2-1.分离采样中每帧R、G、B通道信息为cR、cG、cB；
步骤2-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF、cGF、cBF；
步骤2-3.求cRF、cGF、cBF的方差：
Figure FDA0002580862690000011
Figure FDA0002580862690000012
Figure FDA0002580862690000013
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi为cRF数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000014
为cRF数组中元素的数学期望；yi为cGF数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000015
为cGF数组中元素的数学期望；zi为cBF数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000016
为cBF数组中元素的数学期望；
步骤2-4.计算细节丰富度D：
Figure FDA0002580862690000017
步骤2-5.取取样结果中最大的细节丰富度的90％作为嵌入阈值；
步骤3.逐帧读取原视频的帧图像信息，判断该帧是否需要嵌入水印；
步骤3-1.逐帧计算细节丰富度，与嵌入阈值进行对比；
步骤3-2.若细节丰富度大于嵌入阈值，则要嵌入水印；反之则不用，若不用嵌入水印则直接将帧图像信息加入新视频合成序列中；
步骤4.嵌入水印；
步骤4-1.将细节丰富度大于嵌入阈值的帧分离R、G、B三个通道；
步骤4-2.分别得到的RGB三通道信息分别进行二维快速傅里叶变换为频域信息；
步骤4-3.将频域信息与水印信息重叠比较，有水印部分的频域信息置为0；
步骤4-4.进行逆傅里叶变换并合并R、G、B三个通道还原图像，完成单帧水印嵌入；
步骤4-5.将处理完的帧放入新视频合成序列中；
步骤5.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即含水印的视频。
2.根据权利要求1所述的翻拍后能提取水印的视频水印嵌入方法，其特征在于，步骤4中，嵌入的水印是一个字符串中一个字符的信息，当遇到下一个需要嵌入水印的帧时，则嵌入字符串中下一个字符的信息。
3.利用权利要求1所述的视频水印嵌入方法嵌入水印后的视频水印提取方法，包括以下步骤：
步骤1.确定视频有效区；
步骤1-1.读取含水印视频，取随机的一帧分离R、G、B通道信息为cR′、cG′、cB′；
步骤1-2.对通道信息进行二维快速傅里叶变换得到cRF′、cGF′、cBF′；
步骤1-3.求cRF′、cGF′、cBF′的方差：
Figure FDA0002580862690000021
Figure FDA0002580862690000022
Figure FDA0002580862690000023
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi′为cRF′数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000024
为cRF′数组中元素的数学期望；yi′为cGF′数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000025
为cGF′数组中元素的数学期望；zi′为cBF′数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000026
为cBF′数组中元素的数学期望；
步骤1-4.计算细节丰富度D′：
Figure FDA0002580862690000027
步骤1-5.细节丰富度超过设定阈值，则进行边框的提取，取边框内部区域为有效区；
步骤2.确定提取通道；
步骤2-1.逐帧对有效区进行分离R、G、B通道得到cR″、cG″、cB″；
步骤2-2.对进行二维快速傅里叶变换得到cRF″、cGF″、cBF″；
步骤2-3.求cRF″、cGF″、cBF″的方差：
Figure FDA0002580862690000031
Figure FDA0002580862690000032
Figure FDA0002580862690000033
其中，i为数组中元素的编号，1≤i≤n，n为数组中元素的个数；xi″为cRF″数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000034
为cRF″数组中元素的数学期望；yi″为cGF″数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000035
为cGF″数组中元素的数学期望；zi″为cBF″数组中第i个元素，
Figure FDA0002580862690000036
为cBF″数组中元素的数学期望；
步骤2-4.比较三者大小，选取最大值对应的通道作为提取通道；
步骤3.对单帧提取水印；
步骤3-1.对单帧的提取通道做二维快速傅里叶变换；
步骤3-2.将得到的频域信息作为帧图像信息放入新视频的合成序列中；
步骤4.将合成序列中的所有帧按照原视频帧率合成新视频，即提取结果。
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