CN117939162A - 一种视频水印的嵌入和提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频水印的嵌入和提取方法及系统，包括：获取原始水印信息的嵌入码流序列；对原始视频帧图像进行宏块分割处理，获得每个宏块的离散余弦变换系数，根据所述离散余弦变换系数和所述嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入；将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像；获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列；对所述嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理，获取宏块的离散余弦变换系数，并根据所述离散余弦变换系数和所述提取码流序列，提取水印数据。本发明用于在视频中的嵌入和提取数字水印，能够在保证水印的透明性基础上，在抵抗多次视频压缩后，仍然可以保证水印信息的正确读取，提高了水印算法的鲁棒性。

Description

一种视频水印的嵌入和提取方法及系统

技术领域

本发明属于视频信息技术领域，尤其涉及一种视频水印的嵌入和提取方法及系统。

背景技术

近年来，随着互联网技术和数字媒体技术的飞速发展，目前在网络上或各种手持设备上存在大量的数字媒体资源(图像、视频、音频、文档等)，用户可以很容易地对这些数字媒体资源的内容进行复制、修改、传播和使用，因此，对数字媒体内容的版权保护越来越引起学术界和商业界的普遍关注。在解决这个问题的过程中，对数字媒体内容添加水印是一种广泛采用的技术手段。数字水印技术是通过将代表其版权信息的标识符隐蔽地嵌入到数字媒体内容中，使其不易被感知和篡改，必要的时候通过水印提取和比对来进行数字媒体内容版权的追踪和认证，从而从技术上实现对数字媒体内容的版权保护。经过近二十年的发展，目前的数字水印技术已经取得了一定的成果，但仍存在一些不足。

现有的数字水印生成算法分为两种：压缩域水印算法和原始域水印算法。其中压缩域算法中主要有离散余弦变换系数隐写算法和运动矢量隐写算法，通过运动补偿和能量分析的方法对隐写效果进行补偿，有很高的执行效率，但由于针对每一种视频格式有对应的水印隐写算法，因此算法的通用性差；并且因为嵌入水印的时间在视频编码后，使得嵌入水印的空间少，造成水印的鲁棒性差。

原始域水印算法主要有最不显著位水印算法、自适应离散余弦变换水印算法、DEW算法和基于HVS特性的水印算法，但由于算法且算法的鲁棒性和视觉透明性取决于水印嵌入位置和隐写算法的设计逻辑，使得该算法的鲁棒性不能满足多终端用户的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种视频水印的嵌入和提取方法及系统，能抵抗常见的编辑处理攻击，在保证水印透明性的基础上，提高水印算法的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明提供了一种视频水印的嵌入方法，包括：

获取原始水印信息的嵌入码流序列；

对原始视频帧图像进行宏块分割处理，获得每个宏块的离散余弦变换系数，根据所述离散余弦变换系数和所述嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入；

将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像。

可选的，获取原始水印信息的嵌入码流序列包括：

对所述原始水印信息进行二值化处理以获得所述原始水印信息的二进制码流序列；

根据所述二进制码流序列进行卷积码编码以获取所述原始水印信息的嵌入码流序列。

可选的，对原始视频帧图像进行宏块分割处理包括：

对选定的进行水印嵌入的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理；

对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印嵌入的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的所述视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

可选的，根据所述离散余弦变换系数和所述嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的所述离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对所述系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

根据所述原始水印信息的嵌入码流序列，判断所述扫描矩阵是否需要替换数据，对视频水印进行嵌入。

本发明还提供了一种视频水印的提取方法，包括：

获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列；

对嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理，获取宏块的离散余弦变换系数，并根据所述离散余弦变换系数和所述提取码流序列，提取水印数据。

可选的，获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列包括：

对所述嵌入的水印信息进行二值化处理以获得嵌入的水印信息的二进制码流序列；

根据所述二进制码流序列进行卷积码编码以获取嵌入的水印信息的提取码流序列。

可选的，对所述嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理包括：

对选定的进行水印提取的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理；

对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印提取的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的所述视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

可选的，根据所述离散余弦变换系数和所述提取码流序列，提取水印数据包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的所述离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对所述系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

根据原始水印信息的提取码流序列，提取所述扫描矩阵的水印数据。

本发明还提供了一种视频水印的嵌入和提取系统，包括：

信息采集单元，所述信息采集单元用于获取原始水印信息的嵌入码流序列和提取码流序列；

数据处理单元，所述数据处理单元用于获取离散余弦变换系数；

水印嵌入单元，所述水印嵌入单元用于根据所述离散余弦变换系数和嵌入码流序列，将水印嵌入到视频数据中；

文件保存单元，所述文件保存单元用于将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像；

水印提取单元，所述水印提取单元根据所述离散余弦变换系数和提取码流序列，提取视频数据中的水印数据

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明用于在视频中的嵌入和提取数字水印，能够在保证水印的透明性基础上，在抵抗多次视频压缩后，仍然可以保证水印信息的正确读取，提高了水印算法的鲁棒性；

本发明在嵌入水印时，自适应的分块方式使得水印能够抵抗视频分辨率改变的问题，在提取水印时，本发明先提取具有水印信息的二进制序列，根据离散余弦变换系数提取水印数据，最后根据二进制序列验证所提取的水印数据是否正确，该提取方法适用于任何具有水印的视频图像。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种视频水印的嵌入方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明提出了一种视频水印的嵌入方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

获取原始水印信息的嵌入码流序列；

对原始水印信息进行二值化处理以获得原始水印信息的二进制码流序列；

根据二进制序列进行卷积码编码以获取原始水印信息的嵌入码流序列。

对原始视频帧图像进行宏块分割处理，获得每个宏块的离散余弦变换系数，根据离散余弦变换系数和嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入；

对选定的进行水印嵌入的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的视频帧图像进行宏块分割处理；

进一步地，对缩放后的视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印嵌入的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

具体的，宏块是视频编码技术中的一个基本概念，在视频编码中，一个编码图像通常划分成若干宏块组成，一个宏块由一个亮度像素和附加的两个色度像素块组成。一般来说，亮度块为16x16大小的像素块，而两个色度图像像素块的大小依据其图像的采样格式而定，例如：对于亮度和色差信号采样图像，色度块为8x8大小的像素块。每个图象中，若干宏块被排列成片的形式，视频编码算法以宏块为单位，逐个宏块进行编码，组织成连续的视频码流。因此，需要将视频流的亮度分量按照规定的分辨率划分为多个宏块。

进一步地，根据离散余弦变换系数和嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

根据原始水印信息的嵌入码流序列，判断扫描矩阵是否需要替换数据，对视频水印进行嵌入；

判断扫描矩阵是否需要替换数据包括：随机选择四个位置上的系数组成两个系数对，两个系数分别为A₁和A₂，首先求得两个系数A₁-A₂的绝对值的差D，

当两个系数对的内嵌的比特为1，绝对值差D大于水印嵌入强度，则不替换数据；

当两个系数对的内嵌的比特为1，绝对值差D小于水印嵌入强度，则根据嵌入码流序列替换数据；

当两个系数对的内嵌的比特为0，绝对值差D大于水印嵌入强度，则根据嵌入码流序列替换数据；

当两个系数对的内嵌的比特为0，绝对值差D小于水印嵌入强度，则不替换数据；

利用修改后的数据，对视频水印进行嵌入，将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像；

本发明还提供了一种视频水印的提取方法，具体包括：

获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列；

对嵌入的水印信息进行二值化处理以获得嵌入的水印信息的二进制码流序列；

根据二进制序列进行卷积码编码以获取嵌入的水印信息的提取码流序列。

本发明所说的具有水印信息的视频图像包括所有的具有水印信息的提取码流序列，不仅局限于同一嵌入和提取的水印视频。

对嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理，获取宏块的离散余弦变换系数，并根据离散余弦变换系数和提取码流序列，提取水印数据。

进一步地，对嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理包括：

对选定的进行水印提取的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的视频帧图像进行宏块分割处理；

对缩放后的视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印提取的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

进一步地，根据离散余弦变换系数和提取码流序列，提取水印数据包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

从扫描矩阵中随机选择四个位置上的系数组成两个系数对，两个系数分别为A₃和A₄，求得两个系数A₃-A₄的绝对值的差，当绝对值差D₁不小于0，则提取的水印比特为1，当绝对值差D₁小于0，则提取的水印比特为0

根据提取码流序列，验证体悟的水印数据是否正确，若正确则直接提取，若不正确，则重新提取，直至提取扫描矩阵的水印数据。

本发明还提供了一种视频水印的嵌入和提取系统，包括：

信息采集单元，信息收集单元用于获取原始水印信息的嵌入码流序列和提取码流序列；

数据处理单元，数据处理单元用于获取离散余弦变换系数；

水印嵌入单元，水印嵌入单元用于根据离散余弦变换系数和嵌入码流序列，将水印嵌入到视频数据中；

文件保存单元，文件保存单元用于将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像；

水印提取单元，水印提取单元根据离散余弦变换系数和提取码流序列，提取视频数据中的水印数据。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种视频水印的嵌入方法，其特征在于，包括：

获取原始水印信息的嵌入码流序列；

对原始视频帧图像进行宏块分割处理，获得每个宏块的离散余弦变换系数，根据所述离散余弦变换系数和所述嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入；

将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像。

2.根据权利要求1所述的一种视频水印的嵌入方法，其特征在于，获取原始水印信息的嵌入码流序列包括：

对所述原始水印信息进行二值化处理以获得所述原始水印信息的二进制码流序列；

根据所述二进制码流序列进行卷积码编码以获取所述原始水印信息的嵌入码流序列。

3.根据权利要求1所述的一种视频水印的嵌入方法，其特征在于，对原始视频帧图像进行宏块分割处理包括：

对选定的进行水印嵌入的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理；

对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印嵌入的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的所述视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

4.根据权利要求1所述的一种视频水印的嵌入方法，其特征在于，根据所述离散余弦变换系数和所述嵌入码流序列，对视频水印进行嵌入包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的所述离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对所述系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

根据所述原始水印信息的嵌入码流序列，判断所述扫描矩阵是否需要替换数据，对视频水印进行嵌入。

5.一种视频水印的提取方法，其特征在于，包括：

获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列；

对嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理，获取宏块的离散余弦变换系数，并根据所述离散余弦变换系数和所述提取码流序列，提取水印数据。

6.根据权利要求5所述的一种视频水印的提取方法，其特征在于，获取具有水印信息的视频图像的提取码流序列包括：

对所述嵌入的水印信息进行二值化处理以获得嵌入的水印信息的二进制码流序列；

根据所述二进制码流序列进行卷积码编码以获取嵌入的水印信息的提取码流序列。

7.根据权利要求5所述的一种视频水印的提取方法，其特征在于，对所述嵌入水印的视频图像进行宏块分割处理包括：

对选定的进行水印提取的视频帧图像进行预设尺度缩放，并对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理；

对缩放后的所述视频帧图像进行宏块分割处理具体包括：

根据选定的进行水印提取的视频帧图像的高度和宽度，计算出缩放后的高度和宽度，根据计算出的缩放高度和宽度进行缩放，获得缩放后的视频帧图像；

将缩放后的所述视频帧图像分割为预设数量的互不重叠的宏块。

8.根据权利要求5所述的一种视频水印的提取方法，其特征在于，根据所述离散余弦变换系数和所述提取码流序列，提取水印数据包括：

对每个宏块进行离散余弦变换，获取每个宏块的离散余弦变换系数；

根据每个宏块的所述离散余弦变换系数，获取系数矩阵，对所述系数矩阵进行Z字形扫描得到扫描矩阵；

根据原始水印信息的提取码流序列，提取所述扫描矩阵的水印数据。

9.一种视频水印的嵌入和提取系统，其特征在于，包括：

信息采集单元，所述信息采集单元用于获取原始水印信息的嵌入码流序列和提取码流序列；

数据处理单元，所述数据处理单元用于获取离散余弦变换系数；

水印嵌入单元，所述水印嵌入单元用于根据所述离散余弦变换系数和嵌入码流序列，将水印嵌入到视频数据中；

文件保存单元，所述文件保存单元用于将嵌入水印数据的视频数据重新编码并保存，得到嵌入水印的视频图像；

水印提取单元，所述水印提取单元根据所述离散余弦变换系数和提取码流序列，提取视频数据中的水印数据。