CN114168908A - 基于音视频分析的版权保护技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于音视频分析的版权保护方法，包括以下步骤：首先分离音视频数据流，对欲作为水印信息的二值图像进行处理、将视频帧和分段后的音频进行DCT变换，分别嵌入水印信息。然后进行DCT逆变换，生成带水印的音频和视频流。最后对两个流进行合成。在进行水印检测时，先分离出视频和音频流，再利用相关解调法提取二值水印序列(即版权信息)。本发明借鉴了扩频水印和媒体流分段处理的方法，得到的方法对于针对多媒体序列的攻击具有很强的鲁棒性。

Description

基于音视频分析的版权保护技术

技术领域

本发明涉及计算机多媒体技术领域，特别涉及一种用于音视频版权保护的方法。

背景技术

数字水印技术首先在图像领域得到了广泛的研究，但是今天越来越多的水印方案致力于保护新的数字多媒体数据，如音频、视频、文本及3D网格等。当前多媒体应用更多的是将音频和视频结合在一起进行传输、存储和处理，如VCD、VOD点播、电视会议等应用。而目前的研究大多是针对其中一种媒体，现有的水印技术在多种媒体的交叉方面的研究还很少。由于数字水印技术与载体数据紧密相关，如果能充分挖掘音频和视频特征，设计出来的水印将具有更好的安全性和实用价值。本发明提出了一种有效的鲁棒性水印方法。这种方法对于针对多媒体序列的攻击具有很强的鲁棒性，并且该方法对于一些常见的信号处理操作，如MPEG压缩以及信道污染如高斯白噪声也同样具有较强的鲁棒性。

发明内容

本发明针对现有的方法不足，对适用于多媒体流的鲁棒性水印问题进行了研究。根据多媒体数据流的特点及所采用的分别在音视频片断中嵌入和提取水印信息的方法，首先分离音视频数据流，对欲作为水印信息的二值图像进行处理、将视频帧和分段后的音频进行DCT变换，分别嵌入水印信息。然后进行DCT逆变换，生成带水印的音频和视频流。最后对两个流进行合成。在进行水印检测时，先分离出视频和音频流，再利用相关解调法提取二值水印序列(即版权信息)。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有效的鲁棒性水印方法，包括以下步骤：

1)水印信息生成：

假设一副大小为K×L的二值图像W作为水印信息图像，它可表示为：

W＝{w(i，j)，0≤i≤K-1，0≤j≤L-1} (1)

式中w(i，j)∈{0，1}。为了增强水印的安全性，首先将水印信息图像置乱，再将置乱图像逐行扫描变成K×L的一维二值序列w，再将w等长地分成长度为U的V段，满足U×V＝K×L。则第j个水印片段可由式(1)表示：

为了使水印序列具有更好的透明性，将序列

用伪随机序列

进行调制得到序列

最后将

分别嵌入到视频和音频中。

2)水印嵌入：

对视频序列，我们采用如下的方式嵌入水印信息。先对视频帧做8×8的块DCT变换,在DCT域嵌入水印信息。为保证嵌入水印信息后尽可能少地影响视频的视觉效果并保证水印的鲁棒性，把水印信息嵌入DCT域的中低频系数中，这里我们选用每个8×8块按照Zig-Zag顺序扫描得到的第2～U+1这U个系数。将水印序列的各段完整地嵌入视频序列的每一帧，则一帧中可重复嵌入的水印版本数为M×N/64。为嵌入一幅完整的二值图像，需要V帧视频。水印信息以强度α嵌入，嵌入水印的DCT系数F(i，j)如下：

由于音频序列携带的信息量非常大，为保证水印的稳健性并尽可能少地影响音频信号的听觉效果，在音频中我们采取如下的水印嵌入方法：首先将音频序列分段(1秒的音频数据为一段)，每段音频数据再细分成F小段(F是视频的帧率)，再把细分后的短时音频帧变换到DCT域上，每一小段嵌入一段长度为U的水印，在每小段音频数据中选择U个中频DCT系数作为水印嵌入点。设A是原始的数字音频信号，它可表示成A＝{d(n)，0≤n≤T}，其采样点数为T(T＞K×L)。为嵌入一幅完整的二值图像，需要V/F个音频帧。水印强度为α，嵌入水印的DCT系数表示成式(5)。最后做DCT逆变换，得到嵌入水印的音频序列。

3)水印检测：

对于视频中嵌入的水印，我们采取如下的检测方式：将待认证的视频帧v^(j)先经过高通滤波器G^(j)滤波，除去视频帧本身的大部分信息以提高整个水印系统的性能，再进行8×8分块的DCT变换，扫描成长度为64的一维序列，提取序列的第2～U个系数，用嵌入时的伪随机序列

与之相乘进行解调，解调后的序列可表示为式(6):

其中i＝2，…U+1,l＝1，2，…cr,cr＝M×N/64。经过高通滤波后，式中第一项系数趋于0，可以忽略。因为同一比特在每一帧中嵌入了cr次，求取系数统计和：

若S_i的值大于

则认为嵌入的第k比特为1，否则认为嵌入了0。

对于音频中嵌入的水印，检测方式如下：设d(n)是待检测的数字音频信号，水印的提取过程如下：(1)将d(n)分帧，每帧长度与嵌入时相同。(2)对各帧的音频信号d_k(n)作离散余弦变换。(3)将变换后的结果排序，在嵌入水印的位置上取得该位置的系数d′_k(n)。(4)对d′_k(n)进行解调(式5-8)，得到解调的序列α(k)。

将α(k)转化为二值序列：

式中的门限值threshold由实验取得，本文中取为0.5。提取每段α(k)后转换为二维序列，即检测出的二值图像版权信息。

附图说明

图1为本发明的水印嵌入框架；

图2为本发明的水印提取框架；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本实施例的一种有效的鲁棒性水印方法，包括以下步骤：

1)准备一副大小为K×L的二值图像W作为水印信号图像。

2)将水印信号图像置乱并重新扫描成K×L的一维序列。

3)将一维序列等长分段，则第j个水印片段为：

4)将水印片段用伪随机序列进行调制，通过调制式(3)。

5)水印信息经过式(4)和(5)进行DCT变换后嵌入音视频。

6)将待认证视频帧经过高通滤波器滤波，根据下式进行解调：

计算上一步中得到的系数和，和cr/2进行比较。将待认证音频进行分帧后对每一帧进行离散余弦变换排序，在嵌入水印的位置上取得系数，将系数按照解调式(8)进行解调得到序列α(k)，将α(k)转化为二维序列，即检测出的二值图像版权信息。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种基于音视频分析的版权保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)准备一副大小为K×L的二值图像W作为水印信号图像；

2)将水印信号图像置乱并重新扫描成K×L的一维序列；

3)将一维序列等长分段，则第j个水印片段为：

4)将水印片段用伪随机序列进行调制，通过调制式(3)；

5)水印信息经过式(4)和(5)进行DCT变换后嵌入音视频；

6)将待认证视频帧经过高通滤波器滤波，根据下式进行解调：

计算上一步中得到的系数和，和cr/2进行比较，将待认证音频进行分帧后对每一帧进行离散余弦变换排序，在嵌入水印的位置上取得系数，将系数按照解调式(8)进行解调得到序列α(k)，将α(k)转化为二维序列，即检测出的二值图像版权信息。

2.根据权利要求1所述的用于音视频版权保护的方法，其特征在于，音视频中嵌入的水印信息为二值图像。

3.根据权利要求1所述的用于音视频版权保护的方法，其特征在于，嵌入的水印序列

由下式确定：

4.根据权利要求1所述的用于音视频版权保护的方法，其特征在于，嵌入水印的DCT系数为：

5.根据权利要求1所述的用于音视频版权保护的方法，其特征在于，水印检测时解调后的序列为：

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