專(zhuān)利名稱(chēng)：視頻加水印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)視頻內(nèi)容加水印，更具體地，涉及在數(shù)字電影應(yīng)用 中嵌入并檢測(cè)水印。
背景技術(shù)：
視頻包含空間和時(shí)間軸?？梢栽诳臻g域或在變換域中表示圖像 (以及類(lèi)似的視頻幀)。在空間域(也稱(chēng)為'基帶'域)中，將圖像表示 為像素值的柵格。可以根據(jù)空間域圖像的數(shù)學(xué)變換來(lái)計(jì)算像素化(即， 離散)的圖像的變換域表示。通常，該變換優(yōu)選是可逆的，或者是至少?zèng)]有明顯信息丟失的可逆的。存在多個(gè)變換域，最熟悉的是FFT(快 速傅立葉變換)、用于JPEG壓縮算法中的DCT (離散余弦變換)和 用于JPEG2000壓縮算法中的DWT (離散小波變換)。在變換域中表 示內(nèi)容的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通常可以使該表示比類(lèi)似感知質(zhì)量的基帶表 示更加緊湊。存在將水印嵌入基帶以及變換域中的加水印方法。視頻或視頻圖像使其自身應(yīng)用各種加水印方式?？梢曰谶x擇用 于加水印的視頻的空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)、還是整體三維結(jié)構(gòu)將這些視 頻水印方式分為三類(lèi)。空間視頻加水印算法通過(guò)使用現(xiàn)有圖像加水印算法的逐幀標(biāo)記， 將對(duì)靜態(tài)圖像加水印擴(kuò)展至對(duì)視頻加水印。在現(xiàn)有技術(shù)中，逐幀水印 是在特定間隔上在每幀內(nèi)進(jìn)行重復(fù)，其中該間隔是任意的，并且可以 是多達(dá)整個(gè)視頻的若干幀。在檢測(cè)器側(cè)，有利地，功率信噪比(PSNR) 在多個(gè)連續(xù)幀上重復(fù)相同的水印。然而，如果每個(gè)幀具有相同的水印 圖案，則必須保持特別關(guān)注，以避免可能的幀沖突攻擊。另一方面， 如果每幀改變水印，則難以檢測(cè)，同時(shí)導(dǎo)致顫動(dòng)(flicker)的偽像， 并仍易于受到視頻穩(wěn)定區(qū)域中的沖突攻擊。作為改進(jìn)，沒(méi)有必要每幀加水印。在現(xiàn)有技術(shù)中，僅對(duì)自動(dòng)選擇 的"關(guān)鍵幀"(以及該關(guān)鍵幀周?chē)娜舾蓭?加水印。關(guān)鍵幀是在兩個(gè) 邊界鏡頭幀之間發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)幀，并且甚至在幀率改變之后再次是可靠 的。僅對(duì)關(guān)鍵幀加水印不但減小了對(duì)保真度限制的壓力，而且還可以 導(dǎo)致更多的安全性和更小的計(jì)算強(qiáng)度。盡管空間域水印可以從對(duì)于幾何變換是穩(wěn)健的靜態(tài)圖像水印技 術(shù)(例如使用幾何不變水印、或者以平鋪圖案復(fù)制水印、或者使用傅 立葉域中的模板)中受益，但是由于在投射電影的便攜式攝像機(jī)捕獲 的過(guò)程中出現(xiàn)的屏幕彎曲和幾何變換而難以倒轉(zhuǎn)。此外，這兩種方式 并不能抵御信號(hào)處理攻擊，例如，可能容易地刪除傅立葉域中的模板。 因此，如果使用原始內(nèi)容進(jìn)行登記，可以更容易和安全地檢測(cè)到空間 域水印。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用半自動(dòng)登記方法，該方法將原始幀中的 特征點(diǎn)與所提取的幀中的特征點(diǎn)相匹配。針對(duì)平面屏幕上的投射，必 須匹配最少四個(gè)參考點(diǎn)以倒轉(zhuǎn)該變換。操作者從預(yù)先計(jì)算的特征點(diǎn)集 中手動(dòng)選擇至少四個(gè)特征點(diǎn)?？梢酝耆詣?dòng)地進(jìn)行兩級(jí)登記首先在 時(shí)間域中，然后在空間域中。通過(guò)水印檢測(cè)器訪問(wèn)幀簽名的數(shù)據(jù)庫(kù)(也 稱(chēng)為指紋、軟散列或消息摘要)，以將所提取的關(guān)鍵幀與相應(yīng)的原始幀 相匹配。然后將后者用于測(cè)試幀的自動(dòng)空間登記。然而，應(yīng)當(dāng)注意，選擇關(guān)鍵幀的計(jì)算需要即將到來(lái)的幀，這在針 對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用嵌入水印時(shí)并不可用?？蛇x方法將會(huì)是保持幀處理和回放 之間的恒定時(shí)間延遲?，F(xiàn)有技術(shù)的時(shí)間水印方案僅通過(guò)改變每幀中的整體亮度，使用時(shí) 間軸插入水印。這使水印對(duì)于幾何失真有著固有的穩(wěn)健性，并在便攜 式攝像機(jī)攻擊之后簡(jiǎn)化水印?？梢允褂帽绢I(lǐng)域己知的其他方法來(lái)提高 水印對(duì)時(shí)間低通濾波的穩(wěn)健性(典型地在對(duì)攝像后的視頻去顫動(dòng)時(shí)應(yīng) 用)。然而，水印對(duì)于時(shí)間去同步來(lái)說(shuō)是脆弱的(尤其在幀編輯之后)。 然而，也可以通過(guò)匹配去同步和原始視頻之間的關(guān)鍵幀來(lái)恢復(fù)同步。兩種先前的方式(空間或時(shí)間水印)使用三個(gè)可用維中的一個(gè)或 兩個(gè)來(lái)加水印。視頻中的三個(gè)可用維中的一個(gè)或兩個(gè)中的水印結(jié)構(gòu)的 缺乏導(dǎo)致了對(duì)可用于水印的空間的不最適宜的使用。Bloom等在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,885，757"用于提供非對(duì)稱(chēng)水印載體的方法和設(shè)備"中描述的方法完全利用了視頻的結(jié)構(gòu)。在它們的擴(kuò)譜方法中，該技術(shù)是明顯穩(wěn) 健并安全的，但是檢測(cè)器必須在檢測(cè)前使測(cè)試視頻與原始視頻同步。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方面涉及在連續(xù)幀或單個(gè)幀內(nèi)偽隨機(jī)地插入特定系數(shù) 屬性值之間的基于限制的關(guān)系。該關(guān)系對(duì)水印信息進(jìn)行編碼。'系數(shù)'被表示為數(shù)據(jù)元素集合，該數(shù)據(jù)元素集合包含視頻、圖像 或音頻數(shù)據(jù)。術(shù)語(yǔ)"內(nèi)容"將被用作表示數(shù)據(jù)元素的任意集合的通用術(shù) 語(yǔ)。如果內(nèi)容在基帶域中，則系數(shù)將表示"基帶系數(shù)"。如果內(nèi)容在變 換域中，則系數(shù)將表示為"變換系數(shù)"。例如，如果在空間域中表示圖 像或視頻的每個(gè)幀，則像素是圖像系數(shù)。如果在變換域中表示圖像幀， 則變換后圖像的值是圖像系數(shù)。本發(fā)明尤其涉及針對(duì)數(shù)字電影應(yīng)用中的JPEG200圖像的DWT。通 過(guò)對(duì)圖像像素連續(xù)應(yīng)用垂直和水平的低通和高通濾波器，來(lái)計(jì)算像素 化圖像的DWT，其中所產(chǎn)生的值被稱(chēng)為'小波系數(shù)'。小波是僅持續(xù)一 個(gè)或若干周期的振蕩波形。在每次迭代時(shí)，對(duì)前次迭代的僅低通濾波 后的小波系數(shù)取十分之一，然后通過(guò)低通垂直濾波器和高通垂直濾波 器，并使該過(guò)程的結(jié)果通過(guò)低通水平和高通水平濾波器。所產(chǎn)生的系 數(shù)集合被組合于四個(gè)'子帶，中，艮卩LL、 LH、 HL和HH子帶。換言之，LL、 LH、 HL和HH系數(shù)是產(chǎn)生于分別連續(xù)應(yīng)用于低通垂 直/低通水平濾波器、低通垂直-高通水平濾波器、高通垂直/低通水平 濾波器、高通垂直/高通水平濾波器的圖像的系數(shù)。圖像可以具有多個(gè)通道(或分量)，所述多個(gè)通道與不同的自然顏 色相對(duì)應(yīng)。如果圖像處于灰度級(jí)，則僅具有表示亮度分量的一個(gè)通道。 通常，該圖像是彩色的，在這種情況下，典型使用三個(gè)通道來(lái)表示不 同的顏色分量(盡管有時(shí)可以使用不同個(gè)數(shù)的通道)。這三個(gè)通道可以 分別表示紅、綠和藍(lán)分量，在這種情況下，圖像在RGB彩色空間中表 示，然而，可以使用許多其他顏色空間。如果圖像具有多個(gè)通道，則 通常單獨(dú)在每個(gè)彩色通道上計(jì)算DWT 。每次迭代與系數(shù)的特定'層'或^級(jí)'相對(duì)應(yīng)。系數(shù)的第一層與 圖像的最高分辨力級(jí)相對(duì)應(yīng)，而最后一層與最低分辨率級(jí)相對(duì)應(yīng)。圖l 是5級(jí)小波變換的一個(gè)分量的視頻表示。單元105-120是視頻幀。單元125指示最低分辨率的LL子帶系數(shù)。單元125a以(f,c,l,b,x，y)示出了系 數(shù)，其中幀f二o，通道e0，子帶b-0，分辨率級(jí)1=0，以及位置x和y:0。為了最佳的使用視頻的3D結(jié)構(gòu)，本發(fā)明使用了時(shí)間和空間軸。因 為在投影和捕獲之后空間登記難以實(shí)現(xiàn)電影，所以本發(fā)明使用了非常 低的空間頻率或低空間頻率的整體屬性，它們對(duì)空間登記的幾何失真 不太敏感。時(shí)間頻率更容易被恢復(fù)，這是因?yàn)楣羝陂g產(chǎn)生的大多數(shù) 變換是時(shí)間線(xiàn)性的。在本發(fā)明中，直接對(duì)視頻的低分辨率小波系數(shù)加水印。因?yàn)閹?像素?cái)?shù)目比最低分辨率小波系數(shù)的數(shù)目大1000倍的數(shù)量級(jí)，所以操作 次數(shù)可能在本發(fā)明中少得多。描述了這樣一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法和系統(tǒng)，其中包括 通過(guò)強(qiáng)化具有視頻量的所選系數(shù)集合的屬性值之間的關(guān)系來(lái)產(chǎn)生水印 并將所生成的水印嵌入視頻圖像。從而將水印適應(yīng)性地嵌入視頻量。 也描述了這樣一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法和系統(tǒng)，包括選擇系 數(shù)集合并強(qiáng)化具有視頻量的所選系數(shù)集合的屬性值之間的關(guān)系。也描 述了這樣一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法和系統(tǒng)，包括通過(guò)強(qiáng)化具 有視頻量的所選系數(shù)集合的屬性值之間的關(guān)系生成有效載荷、選擇系 數(shù)集合、修改系數(shù)并嵌入所述水印。修改后的系數(shù)替換了所選系數(shù)集 合。描述了用于檢測(cè)視頻圖像中的水印的方法和系統(tǒng)，包括準(zhǔn)備信號(hào)、 提取和計(jì)算屬性值、檢測(cè)比特值和對(duì)有效載荷進(jìn)行解碼，其中有效載 荷是通過(guò)強(qiáng)化視頻量中的屬性值之間的關(guān)系來(lái)產(chǎn)生并嵌入的。也描述 了這樣一種用于檢測(cè)視頻圖像中的水印的方法和系統(tǒng)，包括準(zhǔn)備信號(hào) 并對(duì)有效載荷進(jìn)行解碼，其中有效載荷是通過(guò)強(qiáng)化視頻量中的屬性值 之間的關(guān)系所產(chǎn)生和嵌入的比特序列。也描述了這樣一種用于檢測(cè)視 頻量中的水印的方法和系統(tǒng)，包括準(zhǔn)備信號(hào)、提取并計(jì)算屬性值和檢 測(cè)比特值。盡管可以以硬件、固件、FPGA、 ASIC等來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但是本發(fā)明最佳是以位于計(jì)算機(jī)或處理設(shè)備中的軟件實(shí)現(xiàn)，其中設(shè)備可以是 服務(wù)器、移動(dòng)設(shè)備或任何等價(jià)物。所述方法最佳通過(guò)對(duì)步驟進(jìn)行編程 并將程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)/執(zhí)行。在實(shí)時(shí)處理所需速度需 要針對(duì)一個(gè)或多個(gè)步驟序列的硬件的情況下，可以容易地實(shí)現(xiàn)這里所 描述的針對(duì)過(guò)程和方法的全部或任何部分的硬件解決方案，而不會(huì)損 失一般性。然后，可以將硬件解決方案嵌入計(jì)算機(jī)或處理設(shè)備，例如但不限于服務(wù)器或移動(dòng)設(shè)備。在針對(duì)數(shù)字電影應(yīng)用的JPEG2000圖像實(shí) 時(shí)加水印的實(shí)施方式的示例中，數(shù)字電影服務(wù)器或投影儀中的 JPEG2000解碼器將每幀的最低分辨率級(jí)的系數(shù)傳遞給水印嵌入模塊。 嵌入模塊修改所接收的系數(shù)，并將其返回解碼器用于進(jìn)一步解碼。實(shí) 時(shí)執(zhí)行對(duì)系數(shù)餓傳遞、加水印和返回。


在結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述中最佳地理解本發(fā)明。附圖 包括以下描述的圖示，其中附圖中類(lèi)似的數(shù)字表示類(lèi)似的元件-圖1是5級(jí)小波變換的一個(gè)分量中的視頻表示。圖2是描述了水印的有效載荷生成步驟的流程圖。圖3是描述了水印的系數(shù)選擇步驟的流程圖。圖4是描述了水印的系數(shù)修改步驟的流程圖。圖5示出了全分辨率的視頻幀和根據(jù)分辨率級(jí)5的系數(shù)重構(gòu)的視 頻幀。圖6是在D電影服務(wù)器(媒體塊)中加水印的框圖。圖7是描述了視頻水印檢測(cè)的流程圖。圖8是描述了針對(duì)視頻水印檢測(cè)的信號(hào)準(zhǔn)備的流程圖。圖9示出了互相關(guān)函數(shù)。圖10是描述了在視頻水印檢測(cè)過(guò)程中的比特值檢測(cè)的流程圖。 圖11示出了累積信號(hào)。
具體實(shí)施方式
多個(gè)應(yīng)用需要實(shí)時(shí)的水印嵌入，如用于機(jī)頂盒和用于數(shù)字電影服 務(wù)器(或稱(chēng)為媒體塊)或投影儀的基于會(huì)話(huà)的水印嵌入。盡管相當(dāng)明 顯，但值得一提的是，該呈現(xiàn)器難以應(yīng)用加水印方法，即在給定時(shí)間 使用在時(shí)間上之后到來(lái)的幀。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)避免(例如水印位置或強(qiáng) 度的)離線(xiàn)預(yù)先計(jì)算。存在多種原因，但是有兩個(gè)最重要的原因潛 在的安全性泄露(如果攻擊者知道嵌入算法的全部細(xì)節(jié)，則通常當(dāng)前 的生成水印算法不太安全)和不實(shí)用性。在大多數(shù)應(yīng)用中，數(shù)字加水印內(nèi)容的單元通常在嵌入與檢測(cè)之間 受到一些修改。這些修改被稱(chēng)為'攻擊'，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ顾⊥嘶⑹箼z測(cè)更加困難。如果期望在應(yīng)用期間自然發(fā)生攻擊，則認(rèn)為該攻擊 是'無(wú)意，的。無(wú)意攻擊的示例可以是(1)經(jīng)修剪、縮放、JPEG 壓縮、濾波等的水印圖像，(2)轉(zhuǎn)換至用于在電視顯示器上查看的NTSC/PAL SECAM、 MPEG或DIVX壓縮、再采樣等的加水印后的視 頻。另一方面，如果以刪除水印或減少檢測(cè)的目的故意進(jìn)行攻擊(即， 水印仍在內(nèi)容中，但不能通過(guò)檢測(cè)器檢索到)，則該攻擊是^有意'的， 并且執(zhí)行該攻擊的一方是'盜版者'。有意的攻擊通常有著將使水印不可讀的機(jī)會(huì)最大化、而將對(duì)內(nèi)容的可感知的毀壞最小化的目標(biāo)攻擊的示例可以是使得難以與檢測(cè)器同步的作用于內(nèi)容的行刪除/添加和/ 或局部旋轉(zhuǎn)/縮放的小的不可感知的組合(大多數(shù)水印檢測(cè)器對(duì)于去同 步是敏感的)。在因特網(wǎng)上存在用于上述攻擊目的的工具，例如，在所謂'攝像機(jī)攻擊'的情況下(即在影院中播放期間由人執(zhí)行 的非法捕獲電影)，即使該方執(zhí)行了非法動(dòng)作，也認(rèn)為該攻擊是'無(wú)意' 的。確實(shí)，并不以去除水印為意圖來(lái)進(jìn)行電影捕獲。但是，在捕獲之 后，該人可以在所捕獲的視頻上運(yùn)行另外的過(guò)程，以確保在內(nèi)容中不 再能夠檢測(cè)到水印。于是認(rèn)為這些后來(lái)的攻擊是有意的。例如，針對(duì)數(shù)字電影的基于會(huì)話(huà)的水印必須經(jīng)受住以下攻擊調(diào) 整大小、郵箱存儲(chǔ)(letterboxing)、孔徑控制、低通濾波和反混疊、障礙濾波、數(shù)字視頻噪聲降低濾波、幀交換、壓縮、縮放、修剪、重寫(xiě)、 噪聲和其他變換的添加。攝像機(jī)攻擊包括順序的以下攻擊攝像機(jī)捕獲、去交織、修剪、 去顫動(dòng)和壓縮。很顯然，攝像機(jī)捕獲引入了顯著的空間失真。本發(fā)明 關(guān)注攝像機(jī)攻擊，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)識(shí)到經(jīng)受住攝像機(jī)攻擊的水印將經(jīng)受住 大多數(shù)其他無(wú)意攻擊，例如屏幕復(fù)制、電視電影等。然而，水印經(jīng)受住其他攻擊也很重要。通常對(duì)視頻幀進(jìn)行交織，以在NTSC或PAL SECAM兼容系統(tǒng)上播放。去交織并不會(huì)真正影響檢測(cè)性能，而是由 盜版者使用的提高所捕獲的視頻質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程。以大約4: 3的縱橫 比完全捕獲縱橫比2.39的視頻；粗略地修剪視頻的頂部和底部區(qū)域。 所捕獲的視頻典型顯示了干擾顫動(dòng)，這是由于時(shí)域中的混疊效應(yīng)。顫 動(dòng)與可以濾出的亮度的快速偏差相對(duì)應(yīng)。盜版者通常使用去顫動(dòng)濾波 器來(lái)去除這種顫動(dòng)效應(yīng)。即使并不是以擦除水印的意圖來(lái)使用去顫動(dòng) 濾波器，但是去顫動(dòng)濾波器會(huì)對(duì)水印的時(shí)間結(jié)構(gòu)有非常大的毀壞性， 因而去顫動(dòng)濾波器對(duì)每一幀進(jìn)行了強(qiáng)低通濾波。最后，壓縮所捕獲的 電影以符合可用分發(fā)帶寬/媒體/格式，例如，DIVX或其他有損耗的視 頻格式。例如，在P2P網(wǎng)絡(luò)上找到的電影通常具有允許在700兆字節(jié) 的CD上存儲(chǔ)總共100分鐘的電影的文件大小。這與大約934kbps的 總比特速率相對(duì)應(yīng)，或者如果為音軌保留128kbps，則與大約800kbps 的總比特速率相對(duì)應(yīng)。該攻擊序列與最嚴(yán)重的過(guò)程相對(duì)應(yīng)，這些過(guò)程將會(huì)在可以在對(duì)等(P2P)網(wǎng)絡(luò)上找到的盜版視頻的存在時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)。也明確或隱含地 包括上述水印必須經(jīng)受住的攻擊中的大多數(shù)。除了攝像機(jī)攻擊之外， 本發(fā)明的加水印方法和設(shè)備也經(jīng)受住了幀編輯(去除和/或添加)攻擊。 如果檢測(cè)器不需要(需要)訪問(wèn)原始內(nèi)容，則水印檢測(cè)系統(tǒng)被稱(chēng) 為'盲'(或非盲)的。也存在所謂半盲系統(tǒng)，需要僅對(duì)從原始內(nèi)容導(dǎo) 出的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。諸如針對(duì)數(shù)字電影的基于會(huì)話(huà)的水印的辯論跟蹤(forensic tracking)之類(lèi)的一些應(yīng)用并不明確需要盲水印解決方案， 因?yàn)榈湫偷貙㈦x線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，因而可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。本發(fā)明 使用盲檢測(cè)器，但插入了同步比特，以使檢測(cè)器處的內(nèi)容同步。半盲 檢測(cè)器也可以用于本發(fā)明。如果使用了半盲檢測(cè)器，則最終會(huì)使用從 原始內(nèi)容導(dǎo)出的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行同步。在這種情況下，同步比特并不必要，可以減小水印大小(也稱(chēng)為水印片)。在針對(duì)數(shù)字電影應(yīng)用的特定示例中，需要在內(nèi)容中1嵌入35比 特的最小有效載荷。該有效載荷應(yīng)包含16比特的時(shí)間戳。如果每15分鐘(每小時(shí)四個(gè))、每天24小時(shí)且366天/年產(chǎn)生時(shí)間戳，并且每年 重復(fù)該時(shí)間戳，則需要35,136個(gè)時(shí)間戳，這可以用16比特表示。其 他19比特可以用于表示總共524,000個(gè)可能位置/序列號(hào)的位置或序 列號(hào)。此外，需要可以從五分鐘的段中檢測(cè)到所有35個(gè)比特。換言之， 應(yīng)需要不超過(guò)5分鐘的視頻來(lái)提取辯論標(biāo)記。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā) 明使用了64比特的水印，并且每3:03分鐘重復(fù)水印片。以每秒24幀 嵌入3:03分鐘視頻的視頻水印片(每幀一個(gè)嵌入比特)具有4392比 特(183秒*24幀每秒=4392幀=每幀一比特的4392比特)。本發(fā)明的視頻加水印方法基于修改內(nèi)容的不同屬性之間的關(guān)系。 特別地，為了對(duì)信息的比特進(jìn)行編碼，選擇圖像/視頻的特定系數(shù)，分 配給不同集合，并以最小限度的方式進(jìn)行處理，以便引入不同集合的 屬性值之間的關(guān)系。系數(shù)的集合具有不同的屬性值，這通常在視頻的 不同時(shí)間空間區(qū)域中變化，或者在對(duì)內(nèi)容進(jìn)行處理之后被修改。通常， 本發(fā)明使用以單調(diào)方式變化的屬性值，攻擊對(duì)于該屬性值具有可預(yù)測(cè) 的影響，因?yàn)樵谶@種情況下比較容易確保穩(wěn)健的關(guān)系。將會(huì)把這種屬 性表示為'不變量'。盡管本發(fā)明使用不變屬性可以最好地實(shí)現(xiàn)，但是 本發(fā)明并不限于此，并可以使用不是不變量的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。例 如，認(rèn)為幀的平均亮度值是隨時(shí)間'不變'的通常它以緩慢單調(diào)的 方式變化(除邊界鏡頭之外)；此外，諸如對(duì)比度增強(qiáng)之類(lèi)的攻擊通常 將會(huì)遵守每幀亮度值的相對(duì)排序。典型地，視頻內(nèi)容以多個(gè)單獨(dú)的分量(或通道)表示，如RGB (廣泛用于計(jì)算機(jī)圖形和彩色電視機(jī)中的紅/綠/藍(lán))、YIQ、 YUV和 YCrCb (用于廣播和電視)。YCrCb包括兩個(gè)主要分量亮度(Y)和 色度(CrCb或也被稱(chēng)為UV)。視頻內(nèi)容的亮度量或Y分量指示其亮 度。色度(或彩度)描述了視頻內(nèi)容的彩色部分，包括色彩和飽和度 信息。色彩指示圖像的彩色色調(diào)。飽和度描述了無(wú)論輸入?yún)?shù)如何改變而輸出彩色恒定的條件。YCrCb的色度分量包括彩色中的紅色(Cr) 分量和藍(lán)色(Cb)分量。本發(fā)明將視頻內(nèi)容認(rèn)為是具有W^^H+N大小 的系數(shù)的多個(gè)3D量(其中，W、 H分別是基帶域或變換域中幀的寬 度、高度，N是視頻的幀數(shù))。每個(gè)3D量(volume)與視頻內(nèi)容的一 個(gè)分量表示相對(duì)應(yīng)。通過(guò)強(qiáng)化一個(gè)或多個(gè)量中所選系數(shù)集的特定屬性 值之間的基于限制的關(guān)系來(lái)插入水印信息。然而，由于人眼對(duì)于整體 強(qiáng)度(亮度)改變遠(yuǎn)不及對(duì)于色彩(色度)改變敏感，所以?xún)?yōu)選將水 印嵌入表示視頻內(nèi)容的亮度分量的3D視頻量中。亮度的另一優(yōu)點(diǎn)在 于其對(duì)于視頻的變換更加不變。盡管3D視頻量可以表示任何分量， 但以下除非特別指出，3D視頻量均表示亮度分量。在本發(fā)明中，系數(shù)集可以包含從內(nèi)容中的任意位置取得的任意多 個(gè)系數(shù)(從1至W+J^N)。每個(gè)系數(shù)具有值。因此，可以根據(jù)系數(shù)集 計(jì)算不同餓屬性值，以下給出一些示例。為了插入水印信息，可以通 過(guò)改變多個(gè)系數(shù)集中的系數(shù)值來(lái)強(qiáng)化多個(gè)關(guān)系。以非限制的方式來(lái)將 關(guān)系理解為必須滿(mǎn)足一個(gè)或多個(gè)系數(shù)集的一個(gè)或多個(gè)屬性值的一個(gè)條 件或條件集?？梢詾槊總€(gè)系數(shù)集定義各種類(lèi)型的屬性。優(yōu)選在基帶域(如明度、 對(duì)比度、亮度、邊沿、顏色直方圖)或在變換域(頻帶中的能量)中 計(jì)算屬性?？梢酝鹊卦诨鶐Ш妥儞Q域中計(jì)算一些屬性值，如在亮度 的情況下。嵌入信息比特的一種適合的方式是選擇兩個(gè)系數(shù)集，并強(qiáng)化其屬 性值之間的預(yù)定關(guān)系。例如，該關(guān)系可以是第一系數(shù)集中的一個(gè)屬 性值大于第二系數(shù)集中的相應(yīng)屬性值。然而，應(yīng)注意，在嵌入比特信 息的方式中存在多種變化。將多于一個(gè)的信息比特嵌入兩個(gè)所選系數(shù) 集的一種方式是強(qiáng)化兩個(gè)系數(shù)集中一個(gè)屬性的值之間的關(guān)系。也可以通過(guò)使用一個(gè)系數(shù)集、并強(qiáng)化該系數(shù)集的屬性值的關(guān)系來(lái) 嵌入信息比特。例如，可以將屬性值設(shè)置為大于特定值，該特定值可 以是預(yù)定的或根據(jù)內(nèi)容適應(yīng)性計(jì)算的。也可以使用一個(gè)系數(shù)集，通過(guò) 定義四個(gè)專(zhuān)用間隔、并強(qiáng)化屬性值位于特定間隔的條件，來(lái)嵌入多于 兩個(gè)的信息比特。嵌入多于一個(gè)比特的其他方式包括使用多于一個(gè)屬性值，并強(qiáng)化針對(duì)每個(gè)屬性值的關(guān)系。通常，可以使基本方案對(duì)于要強(qiáng)化的任意多個(gè)系數(shù)集、任意多個(gè) 屬性值和任意多個(gè)關(guān)系是通用的。盡管這對(duì)于嵌入更多信息量是有利 的，但是必須使用諸如線(xiàn)性編程之類(lèi)的特定技術(shù)，以便確保以最小感 知改變同時(shí)強(qiáng)化各種關(guān)系。如上所述，如果使用了不變的屬性值，則 比較容易強(qiáng)化關(guān)系。3D視頻量中的許多屬性(和系數(shù)集)以時(shí)間空間方式和/或在內(nèi) 容處理之前/后相對(duì)不變。不變屬性的示例包括*連續(xù)幀或相同幀的不同子帶中的系數(shù)(例如，小波系數(shù))*連續(xù)幀中的平均亮度 連續(xù)幀中的平均紋理 連續(xù)幀中的平均邊沿測(cè)量 連續(xù)幀中的平均顏色或亮度直方圖分布，特定頻率范圍內(nèi)的能量 由所提取的特征點(diǎn)所定義的區(qū)域中的上述不變屬性中的任何一個(gè)加水印算法通常使用僅對(duì)于嵌入器和檢測(cè)器是已知的秘密'密 鑰'進(jìn)行操作。使用秘密密鑰帶來(lái)了與在加密系統(tǒng)中類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)例 如，通常已知加水印系統(tǒng)的細(xì)節(jié)而不會(huì)損害系統(tǒng)的安全性，因而可以 針對(duì)對(duì)等査閱和可能的改進(jìn)而公開(kāi)算法。此外，在密鑰中保存加水印 系統(tǒng)的秘密，即僅在密鑰已知的情況下才能對(duì)水印進(jìn)行加密和/或檢 測(cè)。密鑰由于其緊湊的大小(典型為128比特)而更加容易被隱藏并 傳輸。使用對(duì)稱(chēng)密鑰來(lái)使算法的特定方面?zhèn)坞S機(jī)化。典型地，在已經(jīng) 針對(duì)誤差修正和檢測(cè)對(duì)有效載荷進(jìn)行編碼之后，使用密鑰來(lái)加密該有效載荷(例如，使用諸如DES之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)加密算法)，并擴(kuò)展密鑰以 適合內(nèi)容。針對(duì)本發(fā)明的方法，也可以使用密鑰來(lái)設(shè)置關(guān)系，將在兩 個(gè)不同系數(shù)集的屬性值之間插入該密鑰。因此，可以將這些關(guān)系認(rèn)為 是'預(yù)定'的，因?yàn)獒槍?duì)給定的秘密密鑰，這些關(guān)系是固定的。如果 存在多于一個(gè)預(yù)定關(guān)系來(lái)嵌入水印，則也可以使用密鑰，針對(duì)給定的 信息比特和給定的系數(shù)集來(lái)隨機(jī)選擇精確的關(guān)系。14所選系數(shù)集通常與'區(qū)域'相對(duì)應(yīng)，其中，將區(qū)域理解為位于相 同內(nèi)容區(qū)域中的系數(shù)集。盡管系數(shù)區(qū)域可以與內(nèi)容的時(shí)間空間區(qū)域相 對(duì)應(yīng)(如在基帶系數(shù)和小波系數(shù)的情況下)，但是不必是這種情況。例 如，內(nèi)容的3D傅立葉變換系數(shù)既不與空間區(qū)域?qū)?yīng)也不與時(shí)間區(qū)域 對(duì)應(yīng)，而是將與類(lèi)似頻率的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。例如，系數(shù)集可以與可由一幀的特定空間區(qū)域內(nèi)的所有系數(shù)構(gòu)成 的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。為了對(duì)信息比特進(jìn)行編碼，選擇來(lái)自?xún)蓚€(gè)連續(xù)幀的兩 個(gè)區(qū)域，修改它們相應(yīng)的系數(shù)值以強(qiáng)化這兩個(gè)區(qū)域的特定屬性之間的 關(guān)系。應(yīng)注意，如將在以下進(jìn)一步解釋的，如果已經(jīng)存在所期望的關(guān) 系，則不必修改系數(shù)值。針對(duì)另一示例，使用小波變換，存在與針對(duì)每幀的每個(gè)分辨率等 級(jí)上的每個(gè)位置和每個(gè)分量(通道)的四個(gè)子帶相對(duì)應(yīng)的四個(gè)小波系數(shù)(LL、 LH、 HL禾BHH)。系數(shù)集可以?xún)H在四個(gè)子帶之一中包含一個(gè) 系數(shù)。假設(shè)C1、 C2、 C3、 C4是位于相同位置、通道和分辨率等級(jí)上 的四個(gè)系數(shù)，但分別在四個(gè)子帶中。嵌入水印的一種方法是強(qiáng)化C2 和C3之間的關(guān)系，C2和C3分別與HL和LH子帶中的系數(shù)相對(duì)應(yīng)。 關(guān)系的示例是C2大于C3。嵌入水印的另一方法是強(qiáng)化真正Cl-C2和 連續(xù)幀中相應(yīng)系數(shù)之間的關(guān)系。該原理的變體是通過(guò)僅針對(duì)一種類(lèi)型 的系數(shù)插入關(guān)系，其中該系數(shù)大于預(yù)先計(jì)算的值。例如，針對(duì)特定分 辨率等級(jí)上幀中的所有位置，可以強(qiáng)化系數(shù)LL的值大于預(yù)先計(jì)算的 值的限制。在上述示例值，屬性值是小波系數(shù)本身的值。能夠在檢測(cè)側(cè)識(shí)別與在加水印側(cè)相同或幾乎相同的系數(shù)集是非 常重要的。否則，將會(huì)選擇錯(cuò)誤的系數(shù)，并且所測(cè)量的屬性值將會(huì)是 錯(cuò)誤的。如果在檢測(cè)前適度地處理內(nèi)容，則識(shí)別正確的系數(shù)通常不成 問(wèn)題，在這種情況下，并不改變系數(shù)的位置(無(wú)論在空間還是變換域)。 然而，如果該處理改變了內(nèi)容的幾何或時(shí)間結(jié)構(gòu)(如在攝像機(jī)攻擊期 間通常的情況)。則系數(shù)可能改變位置。如果在內(nèi)容的空間結(jié)構(gòu)中有改變，則可以使用非盲或半盲方案， 以使內(nèi)容再同步。在現(xiàn)有技術(shù)中有不同的方法用于該目的。如果必須 進(jìn)行盲檢測(cè)(即，不訪問(wèn)從原始內(nèi)容中導(dǎo)出的任何數(shù)據(jù))，則可以將具有可預(yù)測(cè)值的同步比特插入內(nèi)容，這將由檢測(cè)器使用以使內(nèi)容再同步。 將在以下進(jìn)一步描述這種方案。為了確保在內(nèi)容的幾何結(jié)構(gòu)中的改變的穩(wěn)健性，可以使用現(xiàn)有技 術(shù)中已知的同步/登記方法，該方法通過(guò)將修改內(nèi)容中的位置與原始內(nèi) 容中的相應(yīng)位置匹配來(lái)恢復(fù)修改內(nèi)容。例如，在原始內(nèi)容的情況下、 或從中導(dǎo)出的一些數(shù)據(jù)(例如，原始內(nèi)容的縮略圖或一些特征信息) 可用的情況下，在內(nèi)容的旋轉(zhuǎn)、縮放和/或修剪之后出現(xiàn)內(nèi)容的幾何結(jié) 構(gòu)中的改變。在盲檢測(cè)的情況下， 一種可能性是使用非常低的空間頻率。針對(duì) 視頻幀或圖像， 一個(gè)區(qū)域的系數(shù)可以與整個(gè)視頻幀、幀的一半或四分 之一相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，將正確地選擇大多數(shù)系數(shù)(如果該區(qū)域 與整個(gè)視頻幀相對(duì)應(yīng)，則選擇所有系數(shù))，即使將一些系數(shù)分配給錯(cuò)誤 的集合，檢測(cè)也通常是穩(wěn)健的。對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)的改變固有穩(wěn)健的另一方式是使用實(shí)際僅包含一 個(gè)系數(shù)的區(qū)域，并強(qiáng)化一幀中的一個(gè)系數(shù)與下一幀中相應(yīng)位置處的一 個(gè)系數(shù)之間的關(guān)系。如果針對(duì)兩幀中的所有系數(shù)強(qiáng)化相同的關(guān)系，則 可以容易地看出該檢測(cè)對(duì)于幾何失真的固有穩(wěn)健性。確保對(duì)于幾何結(jié) 構(gòu)的改變的穩(wěn)健性的相關(guān)方式是創(chuàng)建不同子帶中給定位置處的不同小 波系數(shù)之間的關(guān)系。例如，在小波變換中，存在與針對(duì)每個(gè)分辨率等級(jí)上、每個(gè)位置和分量(通道)的四個(gè)子帶(LL、 LH、 HL和HH) 相對(duì)應(yīng)的四個(gè)系數(shù)?？梢栽谔囟ǚ直媛实燃?jí)上強(qiáng)化幀中所有位置上的 兩個(gè)系數(shù)之間的相同關(guān)系，以嵌入用于加強(qiáng)水印穩(wěn)健性的水印比特。 在檢測(cè)側(cè)，嵌入將該關(guān)系視為比特指示符的次數(shù)。確保對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)的改變的穩(wěn)健性的另一方式是使用對(duì)于幾何 結(jié)構(gòu)中的改變而不變的特征點(diǎn)。這里，不變表示在使用特定算法提取 視頻或圖像的特征點(diǎn)時(shí)，在原始和修改內(nèi)容上找到相同點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù) 中已知針對(duì)該目的的不同方法?？梢允褂眠@些特征點(diǎn)來(lái)為基帶和/或變 換域中系數(shù)的區(qū)域劃界。例如，三個(gè)相鄰的特征點(diǎn)為內(nèi)部區(qū)域劃界， 該內(nèi)部區(qū)域與系數(shù)集相對(duì)應(yīng)。此外，可以使用相鄰特征點(diǎn)來(lái)定義子區(qū) 域，每個(gè)子區(qū)域與系數(shù)集相對(duì)應(yīng)。對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)中的改變固有穩(wěn)健的另一方式是強(qiáng)化一幀中所有 系數(shù)的全局屬性的值和第二幀中所有系數(shù)的相同全局屬性的值之間的 關(guān)系。假設(shè)這種全局屬性對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)的改變是不變的。這種全局屬 性的示例是一個(gè)圖像幀的平均亮度值。以下是通過(guò)強(qiáng)化視頻的連續(xù)幀中屬性值之間的限制來(lái)嵌入比特 的非限制性示例算法針對(duì)作為視頻的幀序列Fl、 F2、 ...Fn中的JPEG2000壓縮圖像選擇包括分辨率等級(jí)L上的N個(gè)系數(shù)的區(qū)域。該系數(shù)可以屬 于一個(gè)或多個(gè)子帶，如LL、 LH、 HL禾QHH。該區(qū)域可以是任意但固 定形狀(例如矩形)的或如上所述，在面對(duì)幾何攻擊時(shí)，可以使用例 如針對(duì)區(qū)域的附加穩(wěn)定性的特征點(diǎn)，依據(jù)原始圖像內(nèi)容而發(fā)生改變。b)確定該區(qū)域的相關(guān)全局屬性。全局屬性可以是該區(qū)域的平均亮 度值、平均紋理特征測(cè)量、平均邊沿測(cè)量、或者平均直方圖分布。P 是這種全局屬性的值。為了嵌入比特序列(bl,b2, ...bm}:a) 如果bi(l5ilm)是0，則以最小限度方式(僅在必要時(shí))修 改F巧和F2*i+1 ，從而P(F2*i+1) > P(F2*i)。b) 或者如果bi(lSilm)是l，則以最小限度方式(僅在必要時(shí)) 修改F2*j和F2*i+1 ，從而P(F2*i+1) < P(F2*0?？梢詳U(kuò)展該算法，以通過(guò)插入兩幀的多個(gè)屬性值之間的關(guān)系，在 每幀嵌入多個(gè)比特。 針對(duì)水印檢測(cè)a) 使時(shí)域中所捕獲的視頻同步。這可以使用同步比特、非盲或 半盲方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。b) 選擇包括等級(jí)L上的N個(gè)系數(shù)的區(qū)域。與嵌入類(lèi)似，該區(qū)域可以具有固定形狀。c) 計(jì)算該區(qū)域的相關(guān)全局屬性。P'是該區(qū)域的全局屬性值。d) 如果<formula>formula see original document page 17</formula>則檢測(cè)到比特Oe) 如果<formula>formula see original document page 17</formula>則檢測(cè)到比特l將本發(fā)明的加水印分為三個(gè)步驟有效載荷產(chǎn)生、系數(shù)選擇和系 數(shù)修改。以下將這三個(gè)步驟描述為本發(fā)明的示例性實(shí)施例。應(yīng)注意， 針對(duì)這些步驟中的每個(gè)可以有很大變化，該步驟和描述并不意在限制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2是描述了加水印的有效載荷產(chǎn)生步驟的流程圖，在步驟205中獲取或接收秘密密鑰。在步驟210獲取或接收包括 時(shí)間戳的信息和標(biāo)識(shí)了設(shè)備的位置或序列號(hào)的號(hào)碼。在步驟215產(chǎn)生 有效載荷。數(shù)字電影應(yīng)用的有效載荷是最小35比特，在本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例中是64比特。然后在步驟220，例如使用BCH編碼，針對(duì)誤 差修正和檢測(cè)對(duì)有效載荷進(jìn)行編碼。在步驟225中可選地重復(fù)編碼后 的有效載荷。可選地，在步驟230，基于密鑰產(chǎn)生同步比特。在使用 盲檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生和使用該同步比特。也可以在使用半盲和非盲檢測(cè)方案 時(shí)產(chǎn)生和使用該同步比特。在步驟240，將序列插入有效載荷，然后 在步驟245對(duì)整個(gè)有效載荷進(jìn)行加密。有效載荷產(chǎn)生包括解譯要嵌入比特序列的具體信息，也將其稱(chēng)為 "有效載荷"。然后，要嵌入的有效載荷通過(guò)依據(jù)可用空間添加誤差修 正和檢測(cè)能力、同步序列、加密和潛在重復(fù)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。針對(duì)有效載 荷產(chǎn)生的操作的示例性序列是1. 將要嵌入的"信息"解譯為"原始有效載荷"。將信息(時(shí)間 戳、投影儀ID等)變換為有效載荷。以上給出了針對(duì)數(shù)字電影應(yīng)用 創(chuàng)建35比特有效載荷的示例。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，有效載荷 具有64比特。根據(jù)原始有效載荷計(jì)算"編碼后的有效載荷"，編碼后 的有效載荷包括誤差修正和檢測(cè)能力?？梢允褂酶鞣N誤差檢測(cè)編碼/ 方法/方案。例如，BCH編碼。BCH編碼(64,127)可以修正所接收 比特流中的多達(dá)10個(gè)誤差(即，大約7.87%的誤差修正率)。然而， 如果重復(fù)多次編碼后的有效載荷，則由于冗余而可以修正更多誤差。 在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，127比特重復(fù)編碼有效載荷重復(fù)了 12次， 可以修正嵌入每幀中的各個(gè)比特中的高達(dá)30%的誤差。2. 依據(jù)可用空間，復(fù)制編碼后的有效載荷以獲得"復(fù)制編碼有效 載荷"。在本發(fā)明中，針對(duì)總共127 (BCH編碼)的每個(gè)編碼比特復(fù) 制12次，127*12=1524比特。3. 使用密鑰，對(duì)復(fù)制編碼有效載荷進(jìn)行加密；以獲得"加密有效載荷"；加密有效載荷典型具有與復(fù)制編碼有效載荷相同的大小。4. (可選地，在加密之前)，產(chǎn)生同步比特，并在不同位置插入 重復(fù)編碼有效載荷；所產(chǎn)生的序列是視頻水印有效載荷。例如，計(jì)算 具有2868個(gè)比特的固定同步序列。將該序列分為一個(gè)996比特的全局 同步單元(作為水印片的報(bào)頭)和12個(gè)156比特的本地同步單元(用 于每個(gè)有效載荷的報(bào)頭)。在本例中，將大量比特用作同步比特。盡管 如果要在檢測(cè)器處使用非盲方法(其中，使用原始內(nèi)容以使測(cè)試內(nèi)容 在時(shí)間上同步)則可以顯著減小同步比特量，但是同步比特對(duì)于本地 調(diào)整登記仍非常有用。換言之，同步比特占—用了否則可用于信息的附 加冗余的空間，從而增強(qiáng)對(duì)于各個(gè)比特誤差的穩(wěn)健性。然而，同步比 特增加了所提取信息的精度和質(zhì)量，這導(dǎo)致了較少的各個(gè)比特誤差。 因此，將所插入的同步比特個(gè)數(shù)設(shè)為導(dǎo)致了 127個(gè)編碼比特中最小誤 差數(shù)的最佳折衷。5. 通過(guò)依次連接以下比特來(lái)組裝水印片 ，全局同步(966比特)同步單元，*第一 127個(gè)比特的加密有效載荷，然后第一本地同步單元(156比特)*第二 127個(gè)比特的加密有效載荷，然后第二本地同步單元(156比特)*最后127個(gè)比特的有效載荷，最后的本地同步單元(156比特) 典型地，水印片(例如，4392比特)比原始有效載荷(例如，64比特)大若干數(shù)量級(jí)。這允許在噪聲通道上傳輸時(shí)出現(xiàn)的誤差中進(jìn)行恢復(fù)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3示出了用于加水印的系數(shù)的選擇，在步驟305 獲取或接收密鑰。在步驟310獲取(加密、同步、復(fù)制和編碼后的) 有效載荷。然后在步驟315，基于密鑰將系數(shù)分為不相交的集合。在 步驟320，基于有效載荷比特和密鑰來(lái)確定屬性值之間的限制。系數(shù)的選擇可以出現(xiàn)于基帶或變換域中。選擇變換域中的系數(shù)，并分為兩個(gè)不相交集合C1和C2。使用密鑰來(lái)使系數(shù)選擇隨機(jī)化。識(shí)別用于兩個(gè)集合中每個(gè)的屬性值P(C1)和P(C2)，使得通常對(duì)于Cl和 C2是不變的。例如，可以識(shí)別各種這樣的屬性，例如，平均值(例如亮度)、最大值和熵。要插入的密鑰和比特用于建立Cl和C2的屬性值之間的關(guān)系，例 如P(C1)>P(C2)。這被稱(chēng)為限制確定。為了附加的穩(wěn)健性，可以使用 正值《r，，從而P(Cl)〉P(C2)+r。該關(guān)系可以已經(jīng)就緒，在這種情況下， 不需要修改系數(shù)。在最壞的情況下，例如如果P(C2)已經(jīng)大于P(Cl)+t (t是預(yù)定值或根據(jù)感知模型確定的值)，則P(C2)可能明顯大于P(Cl)，在這種情況下，不值得改變系數(shù)，因而會(huì)引入感知破壞。但是在大多 數(shù)情況下P(Cl)將會(huì)是P，l-P(Cl)+pl， P(C2)將會(huì)是P，2=P(C2)-p2 (pl 和p2是正值)，從而P，l〉P，2+r?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4是描述了加水印的系數(shù)修改步驟的流程圖， 在步驟405，接收或獲取系數(shù)的不相交集合。在步驟410測(cè)量針對(duì)不 相交系數(shù)集合的屬性值。在步驟415測(cè)試屬性值，以確定屬性值之間 的距離，這是穩(wěn)健性的測(cè)量值。如果屬性值在閾值距離t內(nèi)，則該過(guò) 程因?yàn)椴槐匦薷南禂?shù)而進(jìn)行至步驟420。如果屬性值大于閾值距離r， 則在步驟425執(zhí)行另一測(cè)試，以確定屬性值是否在所允許的特定最大 距離內(nèi)，以便執(zhí)行系數(shù)修改。如果屬性值在最大距離內(nèi)，則在步驟435 修改系數(shù)以滿(mǎn)足限制關(guān)系。如果屬性值不在最大距離內(nèi)，則步驟430 不會(huì)如指定來(lái)修改系數(shù)。本發(fā)明的加水印方法"適于"原始內(nèi)容，因?yàn)閷?duì)于內(nèi)容的修改是 最小的，同時(shí)確保了將正確地檢測(cè)到比特值。擴(kuò)譜加水印方法也適于 原始內(nèi)容，但是方式不同。擴(kuò)譜加水印方法考慮原始內(nèi)容調(diào)制改變， 從而不會(huì)導(dǎo)致感知破壞。這與本發(fā)明的方法在概念上是不同的，它可 以決定在內(nèi)容的特定區(qū)域內(nèi)根本不插入任何改變，不是因?yàn)檫@種修改 將會(huì)是可感知的，而是因?yàn)樗谕年P(guān)系已經(jīng)存在、或者因?yàn)椴荒茉?沒(méi)有使內(nèi)容明顯惡化的情況下設(shè)置所期望的關(guān)系。而如下所示，本發(fā) 明的方法可以適合于二者，以確保將對(duì)比特進(jìn)行正確解碼并將感知破 壞最小化。由于本發(fā)明的方法引入了最小量的失真，以確保穩(wěn)健地嵌入了比 特，并在失真過(guò)于嚴(yán)重的情況下停止，因而針對(duì)相同的失真和比特率， 將會(huì)導(dǎo)致比擴(kuò)譜方法更加穩(wěn)健。在基帶域中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將每幀中的像素分為上部和下 部。上/下部的亮度依據(jù)要嵌入的比特而增大或減小。在空間域中將每 幀從中點(diǎn)分為四個(gè)矩形。將幀分為四個(gè)矩形允許每幀存儲(chǔ)多達(dá)四個(gè)比 特。該方法包括 將像素值分為幀的上部和幀的下部，以形成兩個(gè)系數(shù)集Cl和C2。 測(cè)量亮度，即P(C1)是Cl中所有系數(shù)的平均，以及P(C2)是 C2中所有系數(shù)的平均。*僅在需要時(shí)修改像素值，并以最小限度方式設(shè)置限制，例如， P(Cl)>P(C2)+r，其中r通常是正值。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，水印嵌入模塊僅訪問(wèn)圖像的小波變換的 最低分辨率系數(shù)。針對(duì)具有像素大小2048 (寬度)*856 (高度)像素 的視頻幀，在分辨率等級(jí)5上每個(gè)子帶存在64*28=1728個(gè)系數(shù)(即， LL、 LH、 HL禾QHH)或者1728*4=6912個(gè)系數(shù)。僅將這些系數(shù)或這 些系數(shù)的子集用于視頻水印嵌入。以下使用在幀內(nèi)選擇的系數(shù)集合來(lái) 描述兩種非限制性方法。在第一方法中，僅將LL系數(shù)(也稱(chēng)為近似系數(shù))用于視頻水印 嵌入。將LL系數(shù)矩陣(64*28)從中點(diǎn)分為四片/部分。Cl、 C2、 C3 和C4每個(gè)是32*14。依據(jù)要嵌入的比特和密鑰，通過(guò)增加/減小每部 分的系數(shù)，在四個(gè)部分LLa (左上部分)、LLb (右上)、LLc (右下) 和LLd(左下)中的每個(gè)的系數(shù)之間創(chuàng)建特定關(guān)系。四個(gè)矩形片/部分 中的每個(gè)針對(duì)三個(gè)彩色通道中每個(gè)可以具有286至1728個(gè)系數(shù)。為了 使區(qū)域LLa至LLd之間的轉(zhuǎn)換處的水印平滑(并限制其可見(jiàn)性)，可 以保留轉(zhuǎn)換區(qū)域無(wú)水印或以較小強(qiáng)度加水印。限制的示例可以是P(C1)+P(C2)> P(C3)+P(C4)。盡管應(yīng)注意， 針對(duì)諸如平均亮度的線(xiàn)性屬性，該等式可以寫(xiě)為P(C1并C2)〉P(C3并 C4)，其中僅存在兩個(gè)區(qū)域而不是四個(gè)區(qū)域，但是通常對(duì)于諸如所有系數(shù)的最大值之類(lèi)的非線(xiàn)性屬性來(lái)說(shuō)并不是這樣的。依據(jù)要嵌入的比特 和所使用的密鑰，存在多個(gè)不同的可能限制。將系數(shù)分為四片的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，除了允許引入限制之外，還可 以允許使用非常低的空間頻率。如以上所述，這些頻率對(duì)于幾何攻擊 是穩(wěn)健的，同時(shí)允許存儲(chǔ)比僅考慮幀的全局屬性的方法更多的比特。 第二方法中的系數(shù)LH和HL用于視頻水印嵌入。存在多種方式來(lái)處理這些系數(shù)，以插入限制。通過(guò)以最低等級(jí)的分辨率將限制插入系數(shù)LH和HL之間來(lái)嵌入比特。例如，系數(shù)可以使得對(duì)于所有x、 y， 在幀f中，系數(shù)LH(x,y,f^HL(x,y,f)。由于這種限制通常太強(qiáng)而不能實(shí) 際應(yīng)用于實(shí)踐中，可以處理系數(shù)，使得全局應(yīng)用該關(guān)系。例如，可以 是S腿(x,y) LH(x,y,f) > Sum(x，y) HL(x，y，f).或者S腿(x,y) (LH(x，y,f) >HL(x,y,f))應(yīng)注意，第二關(guān)系不是線(xiàn)性的，并允許更加精細(xì)的粒度、但是更 加復(fù)雜的限制插入。這允許將改變分發(fā)給系數(shù)，從而區(qū)域?qū)τ跊](méi)有改 變太多的改變(如果有的話(huà))更加敏感。應(yīng)注意，在該方法中，作為修改像素值的替代，修改相對(duì)少量的 系數(shù)(64x28 LL個(gè)系數(shù))以改變幀的亮度。這對(duì)于水印嵌入非常有利， 尤其在具有有限計(jì)算資源并需要成本有效和實(shí)時(shí)加水印功能的應(yīng)用 中。可以依據(jù)系數(shù)集來(lái)預(yù)想更多的方法，即可以?xún)H使用一幀中的系 數(shù)、或者來(lái)自連續(xù)幀的系數(shù)、所測(cè)量的屬性、強(qiáng)化關(guān)系類(lèi)型等。通常， 在通常在修改內(nèi)容之后保持屬性值的排序的情況下，大多數(shù)可工作的 方法將使用具有幾乎不變的屬性的系數(shù)集合。針對(duì)系數(shù)修改，在一個(gè)實(shí)施例中的本發(fā)明使用兩個(gè)系數(shù)集 Cl-(cll，..,clN)和C2={c21,..,c2N}，并修改它們的值。系數(shù)cij的值在 修改前后分別表示為v(cij)和v'(cij)。如上所述，多于兩個(gè)系數(shù)集可以用于更加復(fù)雜的關(guān)系。也可以?xún)H 使用一個(gè)系數(shù)集。在不喪失通用性的情況下，可以期望設(shè)置關(guān)系P(Cl)>P(C2)+r，其中r是調(diào)整關(guān)系穩(wěn)健性的任何值。如果例如函數(shù)p最大，則為了將改變最小化，僅按照以下方式處理最強(qiáng)系數(shù)C1和C2: 如果 cli=max{cll，,.,clN}，貝U v，(cli)=v(cli)+al ， 否則 v，(cli)=v(cli) 如果c2j=max{c21，..，c2N}，貝lj v，(c2j)=v(c2j)+a2 ， 否則 v，(c2j)=v(c2j) al禾P a2使得v，(cli)>v，(c2j)+r。以上的功能P是強(qiáng)非線(xiàn)性的，即屬性并不根據(jù)系數(shù)值而平滑改變。 該方法是有利的，因?yàn)樵试S通過(guò)僅修改每個(gè)集合一個(gè)系數(shù)(盡管改變 可能很強(qiáng))嵌入比特。該'最大'方法(使其更加穩(wěn)健)的擴(kuò)展不僅改變了最大值，而 且改變了 N個(gè)最強(qiáng)值(N典型明顯小于系數(shù)集的大小)，以將在對(duì)內(nèi) 容進(jìn)行處理之后對(duì)關(guān)系正確解碼的機(jī)會(huì)最大化。應(yīng)理解，對(duì)于該技術(shù) 可以有多種其他變化。另一方面，如果函數(shù)P是系數(shù)的線(xiàn)性屬性(例如，平均)，則可以在每個(gè)集合中的所有系數(shù)上任意分發(fā)改變。例如，假設(shè)為了設(shè)置該關(guān)系，期望改變系數(shù)的平均值，使得avg(v，(cll),."v,(clN)^avg(v，(c21),."v，(c2N))+r然后，如果在每個(gè)系數(shù)上同等地分發(fā)改變(針對(duì)屬于C1的系數(shù)為正、 屬于C2的系數(shù)為負(fù))，則導(dǎo)致v，(c 1 i)=v(c 1 i)+(r+ avg{v(c21),..，v(c2N)}- avg{v(c 11), .，v(c 1N)})/N對(duì)于c2j也類(lèi)似。如果已經(jīng)保持了關(guān)系，則(r+avg(v(c21)，.,，v(c2N)卜 avg{v(cll),..,v(clN)})<0，在這種情況下，不需要修改系數(shù)。如上所述，可以擴(kuò)展基本方法，以通過(guò)使用不同屬性以包括更多 關(guān)系。例如， 一起考慮'最大，和(平均'方法，以在兩個(gè)集合之間 具有關(guān)系的四個(gè)組合，其允許對(duì)兩個(gè)比特進(jìn)行編碼。然后，可以強(qiáng)化 以下關(guān)系Max(Cl)〉max(C2)且avg(Cl)〈avg(C2)此外如上所述，僅必須使用一個(gè)系數(shù)集，在這種情況下，針對(duì)固 定或預(yù)定值來(lái)設(shè)置關(guān)系。例如，可以強(qiáng)化關(guān)系，從而Cl的最大或平 均高于特定值。在另一情況下，可以使用密鑰來(lái)偽隨機(jī)地進(jìn)行選擇， 以依據(jù)該密鑰強(qiáng)化'最大，或'平均'關(guān)系，這顯著提高了算法的安 全性。上述方式可以結(jié)合掩蔽(感知)模型，該模型允許將水印強(qiáng)度分 發(fā)至每個(gè)圖像區(qū)域中，導(dǎo)致對(duì)水印產(chǎn)生最小的感知影響。這種模型也 確定了是否可以進(jìn)行處理，以沒(méi)有感知破壞地強(qiáng)化關(guān)系。以下描述了 在數(shù)字電影投影儀中實(shí)時(shí)加水印的上下文中并入針對(duì)視頻內(nèi)容的掩蔽 模型的非限制性方式。存在兩種主要的圖像掩蔽效果紋理掩蔽和亮度掩蔽。此外，視 頻受益于第三掩蔽效果時(shí)間掩蔽。在諸如數(shù)字電影的一些應(yīng)用中，具有有限計(jì)算資源，但需要實(shí)時(shí)加水印，期望僅采用最低分辨率等級(jí)的LL、 LH、 HL和HH子帶系數(shù)， 例如，分辨率等級(jí)5。后三種類(lèi)型的系數(shù)是紋理的可能指示，而LL 是亮度指示。然而，相應(yīng)的分辨率很低，并在該分辨率上紋理掩蔽效 果并不顯著。為了證明這點(diǎn)，將完全分辨率餓視頻幀與根據(jù)分辨率等 級(jí)5重構(gòu)的相同視頻幀進(jìn)行比較。見(jiàn)圖5?？瓷先?，大多數(shù)紋理在該 分辨率上喪失。因此，針對(duì)等級(jí)5的LH、 HL和HH子帶系數(shù)是紋理 的不良指示，將不會(huì)被用于測(cè)量紋理掩蔽。然而，因?yàn)橥ǔ?huì)將運(yùn)動(dòng)應(yīng)用于相當(dāng)大的視頻區(qū)域(因而具有 低的頻率)，所以仍以相當(dāng)好的精度來(lái)估計(jì)時(shí)間掩蔽?？梢酝ㄟ^(guò)從當(dāng)前 幀中減去先前幀的系數(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)間掩蔽。C(f，c，l，b,x，y)表示幀f、通道 (即彩色分量)c、分辨率等級(jí)l、子帶b (針對(duì)系數(shù)LL、 LH、 HL和 HH， bi至3)、位置x、 y的系數(shù)。因此，兩個(gè)連續(xù)幀上相同類(lèi)型的 系數(shù)之間的絕對(duì)差之和是時(shí)間改變的有效測(cè)量T(f,c,l,b，x,y)=avg(c=1....3)sum(b=0.,3)(abs(C(f,c,l,b,x，y)-C(f-l，c，l,b，x,y)) 對(duì)于給定的幀f，分辨率等級(jí)1=5，針對(duì)所有位置(x， y)和彩色 通道中的每個(gè)(典型有三個(gè)彩色通道/分量)測(cè)量T(f,c，l，b,x,y)。如果 存在多個(gè)通道，則有利地，可以取所有通道上的平均值T(f,c,l,b,x，y)。然后，針對(duì)每個(gè)位置(x， y)，將T(f,c,l,b,x,y)的值與閾值t進(jìn)行比較， 僅在該值大于t時(shí)修改該位置的系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，t的良好值是30。如 果改變了系數(shù)，則如本領(lǐng)域已知的，可以根據(jù)亮度來(lái)做出改變量。圖6是在D電影服務(wù)器(媒體塊)中加水印的框圖。媒體塊600 具有可以實(shí)現(xiàn)為硬件、軟件、固件等的模塊，以執(zhí)行包括至少水印產(chǎn) 生和水印嵌入的加水印。模塊605執(zhí)行包括有效載荷產(chǎn)生的水印產(chǎn)生。 然后將編碼后的水印610轉(zhuǎn)發(fā)給水印嵌入模塊615，水印嵌入模塊615 從J2K解碼器625接收?qǐng)D像系數(shù)，然后選擇并修改小波系數(shù)620，最 后將修改后的系數(shù)返回J2K解碼器625。如上所述，水印產(chǎn)生模塊產(chǎn)生有效載荷，該有效載荷是直接嵌入 的比特序列。水印嵌入模塊將有效載荷作為輸入，從J2K解碼器接收 圖像的小波系數(shù)，選擇并修改系數(shù)，并最終將修改后的系數(shù)返回J2K 解碼器。J2K解碼器繼續(xù)對(duì)J2K圖像進(jìn)行解碼，并輸出相應(yīng)的解壓縮 圖像。作為可選設(shè)計(jì)，可以將水印產(chǎn)生模塊和/或水印嵌入模塊集成至 J2K解碼器。可以定期(例如，每5分鐘)調(diào)用水印產(chǎn)生模塊，以更新有效載 荷中的時(shí)間戳。因此，可以"離線(xiàn)"調(diào)用，即，可以提前在D電影服 務(wù)器中產(chǎn)生水印有效載荷。在任何情況下，其計(jì)算需求相當(dāng)?shù)?。然而?必須實(shí)時(shí)執(zhí)行水印嵌入，其性能很關(guān)鍵。可以以考慮了原始內(nèi)容的方式，利用各種等級(jí)的復(fù)雜度進(jìn)行視頻 水印嵌入。更高的復(fù)雜度可以表示針對(duì)給定保真度等級(jí)的附加穩(wěn)健性、 或者針對(duì)相同穩(wěn)健性等級(jí)的更高保真度。然而，根據(jù)計(jì)算量而帶來(lái)附 加成本。在估計(jì)視頻水印嵌入的多個(gè)所需操作之前，應(yīng)注意將以下基本計(jì)算步驟看作一個(gè)操作 系數(shù)的比特偏移 兩個(gè)系數(shù)的相加或相減 兩個(gè)整數(shù)的相乘 兩個(gè)系數(shù)的比較 訪問(wèn)查找表中的值在以下示例中，C(f,c,l,b，x，y)和C'(f,c,l,b,x,y)分別是針對(duì)幀f的彩 色通道c的小波變換等級(jí)1上的頻帶b(0: LL, 1:LH,2:HL，3:HH)的在 位置x (寬度)、y (高度)上的原始系數(shù)和加水印后的系數(shù)。此外， 假設(shè)N是需要被修改的最低分辨率等級(jí)上的系數(shù)個(gè)數(shù)。為了簡(jiǎn)單，以下假設(shè)在視頻水印嵌入期間增加系數(shù)值。然而，應(yīng) 注意在等式中可以將加法等同地替換為減法。如果將每個(gè)系數(shù)改變相同的量，則因而每個(gè)系數(shù)僅存在一個(gè)操作-C(f，c，l，，b,x，y)= C(f,c，l，b，x，y) + a 其中，值a是恒定數(shù)字。會(huì)需要一個(gè)附加比較操作來(lái)檢查修改后系數(shù) 的溢出。因此，總計(jì)算需求將會(huì)是2fN。然而，以上并不是有效的方法。事實(shí)上，如果常數(shù)值a過(guò)大，則 水印將成為可見(jiàn)的。因此，值a必須是保守的，即必須足夠低以使得 水印決不會(huì)導(dǎo)致可見(jiàn)偽像，但是另一方面，如果視頻水印過(guò)于保守， 則可能無(wú)法經(jīng)受住嚴(yán)重的攻擊。LL子帶系數(shù)與本地亮度相對(duì)應(yīng)，而 LH、 HL和HH系數(shù)與圖像變化或"能量"相對(duì)應(yīng)。公知人眼對(duì)于明 亮區(qū)域中的亮度(較強(qiáng)的LL系數(shù))改變不太敏感。還對(duì)于取決于變 化的強(qiáng)變化區(qū)域內(nèi)的改變不太敏感，這取決于系數(shù)LH、 HL和HH。 然而，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮LH和HL系數(shù)可以與感知上明顯的改變(如邊 沿)相對(duì)應(yīng)，這必須小心處理。然而，有利地，與系數(shù)(至少對(duì)于系數(shù)LL和HH)成正比地做出 修改?？梢酝ㄟ^(guò)復(fù)制原始系數(shù)、所復(fù)制系數(shù)的比特偏移、并加或減比 特偏移后的系數(shù)，來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的正比修改，例如C'(f,c，l，b,x,y)= C(f，c,l，b,x，y) + bitshift(C,n)n的典型值是7或8。對(duì)于n=7或8，將系數(shù)修改原始幅度的1/128 或1/256。例如，針對(duì)具有1至255范圍上的平均亮度128的圖像， 系數(shù)修改的作用將會(huì)是亮度改變1。典型地，這種改變并不創(chuàng)建可見(jiàn) 偽像。每個(gè)系數(shù)存在兩個(gè)操作。使用可能的溢出檢査，總計(jì)算需求將會(huì) 是3+N，其中N是所處理系數(shù)的個(gè)數(shù)。也應(yīng)注意，可以利用最小改變a來(lái)確保針對(duì)具有非常低亮度的幀，足夠強(qiáng)地嵌入水印。在這種情況下，每個(gè)系數(shù)存在三個(gè)操作C'(f，c，l,b，x，y" C(f，c,l,b,x，y) + max(bitshift (C,n)，")。另外，可以使用以下感知特征，針對(duì)系數(shù)做出適應(yīng)性改變 *時(shí)間上下文。時(shí)間掩蔽與時(shí)間活動(dòng)性相關(guān)，這通過(guò)使用先前、當(dāng)前和后續(xù)幀中的系數(shù)來(lái)做出最佳估計(jì)。本發(fā)明使用先前和當(dāng)前幀的系數(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)間活動(dòng)性。高時(shí)間活動(dòng)性允許較強(qiáng)的水印。針對(duì)時(shí)間建模的所估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度大約為四。*紋理上下文。針對(duì)每個(gè)系數(shù)C(f,c,b，l,x，y)，可以使用其他子帶中的另外K個(gè)相應(yīng)的系數(shù)來(lái)對(duì)紋理和平坦度建模，所估計(jì)的復(fù)雜度是4K"個(gè)操作。亮度上下文。可以使用查找表，根據(jù)亮度來(lái)確定系數(shù)C(f,c,b,l,x,y)的權(quán)重。所估計(jì)的操作是B，其中B是表示亮度值的比特個(gè)數(shù)。可以對(duì)所有感知特征進(jìn)行加權(quán)和均衡，以確定系數(shù)的修改 C(f，,c，b，l,x,y)，=C(f,c,b,l，x，y)*(l+W:)其中，W是組合了所有感知特征的權(quán)重。水印嵌入復(fù)雜度的粗略估計(jì)，其中，為了方便，根據(jù)上述操作數(shù)來(lái)估計(jì)復(fù)雜度。應(yīng)注意，操作數(shù)可以根據(jù)定義操作的精確方式、所實(shí)現(xiàn)的加水印和掩蔽過(guò)程等而發(fā)生改變。然而，可以確定，給定了需要由本發(fā)明的方法所訪問(wèn)的相對(duì)少量的(圖像大小的i/iooo數(shù)量級(jí))系數(shù)和每個(gè)系數(shù)相對(duì)少量的操作，本發(fā)明的方法是穩(wěn)健的并且在計(jì)算上 是靈活的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7，水印檢測(cè)通常包括四個(gè)步驟視頻準(zhǔn)備705，屬性 值的提取和計(jì)算710，比特值的檢測(cè)715，和嵌入(水印)信息的解碼 720。在725執(zhí)行測(cè)試，以確定是否對(duì)水印信息成功解碼。如果對(duì)水印 信息成功解碼，則完成該過(guò)程。如果沒(méi)有對(duì)水印信息成功解碼，則可 以重復(fù)上述過(guò)程。 ，視頻準(zhǔn)備本身包括視頻內(nèi)容的縮放或重新采樣，視頻內(nèi)容的同步 和濾波 如果在嵌入和檢測(cè)時(shí)幀速率的不同的，則必須進(jìn)行變換后(變 形)的視頻的重新采樣。通常是這種情況，因?yàn)橛糜谇度氲膸俾适?4，同時(shí)在檢測(cè)處可以是例如25 (PALSECAM)或29.97 (NTSC)。 使用線(xiàn)性?xún)?nèi)插執(zhí)行重新采樣。輸出是重新采樣后的視頻。 典型地，使用高通時(shí)間濾波器對(duì)重新采樣后的視頻進(jìn)行濾波， 以減少由于覆蓋內(nèi)容(cover content)所導(dǎo)致的噪聲，并強(qiáng)化水印。輸 出是濾波后的視頻。 可以使用如上所述的各種方法，進(jìn)行與原始內(nèi)容的濾波后視頻 的同步，或者如果同步比特嵌入了視頻內(nèi)容，則通過(guò)與同步比特的互 相關(guān)來(lái)進(jìn)行與原始內(nèi)容的濾波后視頻的同步。典型地，如果使用了非 常低的空間頻率，則僅必須進(jìn)行時(shí)間登記。使用全局同步單元(可選 地，與本地同步單元組裝在一起)來(lái)確定水印序列的起點(diǎn)。在濾波后 的視頻和已知同步比特之間執(zhí)行互相關(guān)。典型地，在針對(duì)視頻的相應(yīng) 偏移的互相關(guān)函數(shù)中存在強(qiáng)峰值?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8，在805，本地同步過(guò) 程獲取下一本地同步序列/單元。在810獲取與下一水印片相對(duì)應(yīng)的視 頻部分。在815，將視頻部分和本地同步序列/單元互相關(guān)。在820定 位互相關(guān)的屬性值Pl的峰值，在825定位屬性值P2的峰值。在830 做出測(cè)試，以確定屬性值P1是否大于屬性值P2加預(yù)定值，或者屬性 值P1是否小于屬性值P2加預(yù)定值。如果測(cè)試結(jié)果為負(fù)，則在835拒 絕視頻部分。如果測(cè)試結(jié)果為正，則在840保持視頻部分。在845執(zhí) 行另一測(cè)試，以確定是否到達(dá)了視頻結(jié)尾。如果到達(dá)了視頻結(jié)尾，則 完成本地同步過(guò)程。如果沒(méi)有到達(dá)視頻結(jié)尾，則重復(fù)本地同步過(guò)程。 圖9示出了具有兩個(gè)峰值的互相關(guān)函數(shù)(實(shí)際是幅度的低通濾波版 本)，這兩個(gè)峰值指示了兩個(gè)連續(xù)水印片的起點(diǎn)。 一旦定位了水印片的 起點(diǎn)，則位于每個(gè)有效載荷開(kāi)始處的本地同步單元用于以有規(guī)律的間 隔輕微重新排列視頻。接下來(lái)，12個(gè)本地同步單元中的每個(gè)與濾波后 視頻在期望位置附近的小窗中進(jìn)行互相關(guān)。如果找到了相對(duì)強(qiáng)的相關(guān) 峰值(由最高峰和第二高峰之差所測(cè)得)，則為下一步驟保留相鄰濾波 后的視頻，否則丟棄該濾波后的視頻。較強(qiáng)的相關(guān)峰是濾波后視頻更 加精確同步的指示符。該步驟的輸出是同步后的視頻。視頻準(zhǔn)備的三個(gè)步驟的輸出將在以下表示為'處理后的視頻'。 處理后的視頻是數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集根據(jù)所接收到的視頻計(jì)算得到，以有利于屬性值的提取/計(jì)算，這是水印檢測(cè)的下一步驟。在先前所描述的水印嵌入的一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)每幀計(jì)算四個(gè)象限中每個(gè)的平均亮度。屬性值形成了矢量頓^教W (""m&r 0//ram";c 4)。針對(duì)使用LL子帶加水印的小波水印嵌入，可以從小波或所接收 視頻的基帶表示中提取屬性值。針對(duì)這兩種情況，獲得了大小為頓^教 "的處理后的視頻。在以上兩種方案中，將幀從中點(diǎn)分為四個(gè)部分/ 片。盡管可以將該中點(diǎn)自動(dòng)設(shè)為幀的中點(diǎn)(如在原始視頻中)，但自然 地，在攝像機(jī)所捕獲的視頻中具有一些偏移。使用LH和HL子帶來(lái)提取和計(jì)算針對(duì)小波水印嵌入的屬性值的 工作略有不同。修改LH系數(shù)以可以精確確定的頻率來(lái)創(chuàng)建色條(色 條是基帶視頻中等間隔的水平線(xiàn))，至少在任何攻擊之前在加水印的視 頻中。當(dāng)使用先前所述的掩蔽模型調(diào)整水印能量時(shí)，色條并不可見(jiàn)。 因此，可以通過(guò)測(cè)量該頻率中的能量來(lái)計(jì)算變換后的視頻(例如，使 用傅立葉變換)。然而，在視頻的攝像機(jī)攻擊和后續(xù)的修剪期間，可以 移動(dòng)相關(guān)頻率，其能量在相鄰頻率上擴(kuò)散。因此，在相關(guān)頻率附近的 5*5窗中收集所有幀的能量信號(hào)。利用同步比特序列，針對(duì)互相關(guān)峰 值測(cè)試這25個(gè)信號(hào)中的每個(gè)，將具有最高峰值的信號(hào)輸出作為屬性 值。在水印檢測(cè)階段，與如何嵌入水印相對(duì)應(yīng)地計(jì)算屬性值。可以通 過(guò)強(qiáng)化以下各項(xiàng)之間和/或之中的關(guān)系來(lái)嵌入水印 連續(xù)幀的屬性值； 幀的區(qū)域的一個(gè)屬性值和預(yù)定值； 幀的一個(gè)區(qū)域和相同幀的另一區(qū)域的屬性值； 幀的一個(gè)區(qū)域和連續(xù)幀的相應(yīng)區(qū)域的屬性值。由于屬性值也可以是系數(shù)值本身，所以可以通過(guò)強(qiáng)化以下各項(xiàng)之 間和/或之中的關(guān)系來(lái)嵌入水印 視頻量中的一個(gè)系數(shù)值和預(yù)定值； 幀的一個(gè)子帶中的一個(gè)系數(shù)值和連續(xù)幀的相應(yīng)位置和子帶上的 其他系數(shù)值； 幀的一個(gè)子帶中的一個(gè)系數(shù)值和在相同幀的另一子帶上的另一系數(shù)值；可以在基帶和/或變換域幀計(jì)算屬性值。與水印嵌入相類(lèi)似，根據(jù) 多個(gè)屬性值之間和/或之中的多個(gè)關(guān)系來(lái)檢測(cè)多個(gè)比特?？梢愿鶕?jù)順序來(lái)互換水印檢測(cè)的第一步驟和第二步驟。為了方 便，有利地(如果可以)，首先計(jì)算屬性值，這是因?yàn)槠鋵?dǎo)致了數(shù)據(jù)壓 縮(即，將每幀的整個(gè)圖像數(shù)據(jù)減小為每幀若干值)，這可以適于更加 易于從中讀取水印的形式。然而，因?yàn)橐曨l的嚴(yán)重失真、尤其是幾何 失真，所以不可以總是首先執(zhí)行屬性值的計(jì)算。第三步驟接收屬性值作為輸入，并針對(duì)127個(gè)編碼后比特中的每 個(gè)輸出最可能的比特值。屬性值可以與編碼后的127個(gè)比特中每個(gè)的 多個(gè)插入相對(duì)應(yīng)。在根據(jù)本發(fā)明原理的示例中，其中在12個(gè)不同的位 置插入每個(gè)比特，可以有多達(dá)12個(gè)插入，但是如果由于壞本地同步而 丟棄了特定有效載荷單元，則會(huì)有少于12個(gè)插入?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10，在1005，針對(duì)下一編碼后的比特獲取不相交的 系數(shù)集。在1010，針對(duì)不相交系數(shù)集來(lái)計(jì)算相關(guān)屬性值。在1015，根 據(jù)所計(jì)算的屬性值確定最可能的比特值。在1020執(zhí)行測(cè)試，以確定是 否存在任何更多的編碼后比特。如果存在任何更多的編碼后比特，則 重復(fù)上述過(guò)程。在圖11中描述了示例性累積信號(hào)。己經(jīng)擴(kuò)展、加密并在內(nèi)容中的多個(gè)位置上插入了編碼后的有效載 荷的每個(gè)比特。針對(duì)每個(gè)擴(kuò)展后的比特，如上所述，典型地通過(guò)設(shè)置 兩個(gè)系數(shù)集的屬性值之間的限制(例如，P(C1)〉P(C2))來(lái)完成插入。 假設(shè)存在N個(gè)擴(kuò)展后的比特，因而有N個(gè)這樣的插入后的限制，貝U: Bit=l若針對(duì)每個(gè)i， P(Cli)>P(C2i)，其中15i5N Bit = 0若針對(duì)每個(gè)i， P(Cli)<P(C2i)，其中l(wèi)li￡N通常，由于在建立關(guān)系的過(guò)程中的通道噪聲或初始不可能性，所 有關(guān)系將不必與所插入的比特一致。解決該問(wèn)題的最簡(jiǎn)單的方式是采 用"多數(shù)投票"。即，為了選擇觀察其系數(shù)間相應(yīng)關(guān)系的比特，最通常的Bit=l若P(Cli:KP(C2i)(l5i5N)的情況數(shù)量大于N/2 Bit = 0其他該方式并不會(huì)有助于解決N是偶數(shù)、且bit=l和bit-0的關(guān)系數(shù)量相等的情況。此外，該方式并不會(huì)完全利用P(C1)、 P(C2)的信息、以及可能增加正確確定該關(guān)系的可能性的其他信息。更加改進(jìn)的方式包括給定屬性值P(Cli)和P(C2i)的觀測(cè)，估計(jì)所插入的比特值為l、 另一個(gè)為0的概率。使用概率性方式來(lái)組合分別估計(jì)的概率，然后基 于選擇了最可能比特的最大似然(ML)準(zhǔn)則做出決策。其他準(zhǔn)則也是 可以的，如Neyman-Pearson規(guī)則。使用在其中選擇了最可能比特的ML規(guī)則，該決策僅基于屬性值。 然后，ML規(guī)則陳述了若Prob(Bit=l; P(C11),P(C21),…，P(C1N),P(C2N))〉 Prob(Bit=0;P(Cll), (C21),…，P(C1N)，P(C2N))，貝U bit = 1使用貝葉斯規(guī)則，假設(shè)每個(gè)比特值是等可能的，則可以將上式重寫(xiě)為Prob (P(C11),P(C21),…，P(C1N)，P(C2N); bit=l)> Prob((C 11 )， P(C21),...,P(C 1 N)，P(C2N);bit喝在比特在內(nèi)容中的不同偽隨機(jī)位置上擴(kuò)展時(shí)，可以假設(shè)屬性值相 對(duì)獨(dú)立。艮口，針對(duì)i=l，..，N Prob(P(Cli),P(C2i);bk=l)/Prob(P(Cli),P(C2i);bit=0)>l ，采用以下算法Sum I=1,..，N (log(Prob(P(C 1 i),P(C2i);bit= 1)- log(Prob(P(C 1 i)，P(C2i);bit喝)) >0為了實(shí)現(xiàn)該等式，需要導(dǎo)出等式Prob (P(C 1 i,P(C2i);bit= 1 )禾卩Prob (P(Cli,P(C2i);bit=l)。這些等式將取決于通道的屬性。 一般的技術(shù)包括 收集足夠的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)該函數(shù)?？梢允褂靡恍┫闰?yàn)知識(shí)、或者針對(duì)概 率模型的假設(shè)(例如系數(shù)或噪聲遵守高斯分布)。考慮非常特定的情況，其中概率算法與P(Cli)與P(C2i)之差成正 比，針對(duì)比特1和比特0對(duì)稱(chēng)Log (al* Prob(P(Cli),P(C2i);bit=l》=a2 * (P(Cli)-P(C2i))Log (al* Prob(P(Cli),P(C2i);bit=0))=隱a2 * (P(Cli)誦P(C2i))則規(guī)則成為-Sum I=1，..,N 2* a2 ((P(Cli)-P(C2i))) >0或者Sum I=1V,,N P(Cli) > Sum I=1V"N P(G2i)針對(duì)與簡(jiǎn)單相關(guān)相對(duì)應(yīng)的該特定情況導(dǎo)出的規(guī)則，這與擴(kuò)譜系統(tǒng)中所使用的相類(lèi)似。然而，該規(guī)則由于通常概率將不會(huì)以對(duì)數(shù)方式改 變?yōu)樵摬疃皇亲罴训?。這是本發(fā)明的方法可以被視為比基于擴(kuò)譜的 方法更加通用、更加有效的原因之一。事實(shí)上，由于插入限制的特定方式，即取決于原始內(nèi)容值，證實(shí) 概率通常不是單調(diào)遞增函數(shù)。為了證明這一點(diǎn)，執(zhí)行以下仿真，其中 基于接收信號(hào)的觀測(cè)來(lái)比較本發(fā)明的基于關(guān)系的方式和經(jīng)典擴(kuò)譜方式 的比特值估計(jì)。產(chǎn)生了原始內(nèi)容高斯噪聲X。將二進(jìn)制水印W添加至該信號(hào)，在 [-l，+l]中取其值。首先按照以下方式，根據(jù)基于限制的概念來(lái)添加在二進(jìn)制水印 若X〉al,Y:X 若X<a2, Y=X 否則Y1=X+ r*W選擇值al-0.5,a2;0.5，F(xiàn)0.3。這導(dǎo)致了-15dB的PSNR。 然后，以如下方式將擴(kuò)譜水印添加至產(chǎn)生的信號(hào) Y2=X+a*W調(diào)整參數(shù)'a'以導(dǎo)致-15dB的相同PSNR。將相同的噪聲矢量N添加至兩個(gè)信號(hào)Yl和Y2，以獲得2個(gè)接收 信號(hào)R1=Y1+N和R2=Y2+N。噪聲相對(duì)于原始內(nèi)容也具有-10dB的 PSNR。針對(duì)兩個(gè)接收內(nèi)容R1和R2，假設(shè)估計(jì)了接收信號(hào)值，所嵌 入比特的概率是'1'。在圖12中所示的圖中繪出了該結(jié)果。該差是顯 著的如所期望，針對(duì)擴(kuò)譜嵌入，比特為1的估計(jì)概率隨著接收信號(hào) 值線(xiàn)性增加。然而，對(duì)于本發(fā)明的基于關(guān)系的方式，所估計(jì)的概率具 有通過(guò)最小值然后最大值的非常特定的形狀。該形狀可以解釋如下 當(dāng)覆蓋內(nèi)容具有高或低值時(shí)，很可能不使用它用于嵌入，因而所接收信號(hào)與該比特不相關(guān)是有邏輯性的 該估計(jì)在-0.5禾tl+0.5上最可靠，這是嵌入水印的最小/最大值。因此，可以推導(dǎo)出，概率的正確估計(jì)對(duì)于使本發(fā)明的方法適當(dāng)起 作用具有顯著的重要性。在最后的步驟， 一旦估計(jì)了編碼后有效載荷的127個(gè)比特值，便可以使用BCH解碼器對(duì)64比特有效載荷進(jìn)行解碼。使用這種代碼， 可以從所估計(jì)的編碼有效載荷值檢測(cè)出多達(dá)IO個(gè)誤差。如上所述，該 有效載荷包含針對(duì)辯論跟蹤的各種信息，如數(shù)字電影應(yīng)用中的位置/ 投影儀標(biāo)識(shí)符和時(shí)間戳。該信息從解碼有效載荷中提取，并允許廣泛 使用諸如辯論跟蹤到所發(fā)生的潛在欺騙。在最后的步驟中失敗的情況下(即，對(duì)沒(méi)有有效的水印信息進(jìn)行 解碼)，則可以針對(duì)每個(gè)步驟，以不同的策略重復(fù)上述四個(gè)步驟(例如， 在第一步驟中針對(duì)視頻的最佳同步和登記)，直至成功地對(duì)水印信息進(jìn) 行了解碼，或達(dá)到了這種試驗(yàn)的最大次數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以例如在服務(wù)器或移動(dòng)設(shè)備內(nèi)，以各種硬件(例如，ASIC芯片)、軟件、固件、專(zhuān)用處理器的各種形式或其組合 來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為硬件和軟件的組合。此外，優(yōu)選地， 軟件實(shí)現(xiàn)為在程序存儲(chǔ)設(shè)備上切實(shí)具體化的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序可以 上載至包括任何適合結(jié)構(gòu)的機(jī)器、并由該機(jī)器執(zhí)行。優(yōu)選地，在具有 諸如一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)、隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)和 輸入/輸出(I/O)接口之類(lèi)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)該機(jī)器。計(jì)算機(jī)平臺(tái) 也包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。這里所描述的各種過(guò)程和功能可以是 由操作系統(tǒng)執(zhí)行的微指令代碼的一部分或應(yīng)用程序的一部分(或其組 合)。此外，可以將各種其他外設(shè)與諸如附加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和打印設(shè)備 之類(lèi)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)連接。還應(yīng)理解，由于附圖中描述的組成系統(tǒng)組件和方法步驟中的一些 優(yōu)選以軟件實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)組件之間的實(shí)際連接(或處理步驟)可以 依據(jù)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行編程的方式而不同。這里給出示教，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù) 人員將能夠預(yù)期本發(fā)明的這些和類(lèi)似實(shí)現(xiàn)或配置。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法，所述方法包括產(chǎn)生水?。灰约巴ㄟ^(guò)強(qiáng)化視頻量?jī)?nèi)所選系數(shù)集的屬性值之間的關(guān)系，將所產(chǎn)生的水印嵌入視頻圖像。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中基于密鑰預(yù)定所述關(guān)系。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中屬性包括亮度。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中屬性包括邊沿測(cè)量。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所選系數(shù)集的所述屬性值包 括平均值、最大值和最小值中至少一個(gè)。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所選系數(shù)集包括在基帶域和 變換域之一中的視頻量中的任何部分。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述視頻量是所述視頻中由 幀的寬度、所述幀的高度和所述幀的個(gè)數(shù)所定義的3D量。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述系數(shù)集與空間區(qū)域內(nèi)的 像素值相對(duì)應(yīng)。
9、 如權(quán)利要求'l所述的方法，其中所述系數(shù)集與小波系數(shù)相對(duì)應(yīng)。
10、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述產(chǎn)生步驟還包括 接收密鑰；接收信息；將所接收的信息轉(zhuǎn)換為有效載荷； 對(duì)所述有效載荷進(jìn)行編碼；以及 使用密鑰對(duì)所編碼的有效載荷進(jìn)行加密。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在對(duì)所編碼的有效載荷 加密之前復(fù)制所編碼的有效載荷。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括 產(chǎn)生同步比特；以及通過(guò)將所述同步比特插入在所述加密后的復(fù)制編碼有效載荷的 各個(gè)位置處，對(duì)所述水印進(jìn)行組裝。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中基于密鑰產(chǎn)生所述同步比特。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述同步比特組裝為 同步序列。
15、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述信息包括時(shí)間戳。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述信息還包括用于識(shí)別 設(shè)備的位置標(biāo)識(shí)和序列號(hào)中的至少一個(gè)。
17、 一種用于對(duì)視頻圖像加水印的系統(tǒng)，包括 裝置，用于產(chǎn)生水印；以及裝置，用于通過(guò)強(qiáng)化視頻量?jī)?nèi)所選系數(shù)集的屬性值之間的關(guān)系， 將所產(chǎn)生的水印嵌入視頻圖像。
18、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中基于密鑰預(yù)定所述關(guān)系。
19、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中屬性包括亮度。
20、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中屬性包括邊沿測(cè)量。
21、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所選系數(shù)集的所述屬性值 包括平均值、最大值和最小值中至少一個(gè)。
22、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所選系數(shù)集包括在基帶域 和變換域之一中的視頻量中的任何部分。
23、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述視頻量是所述視頻中 由幀的寬度、所述幀的高度和所述幀的個(gè)數(shù)所定義的3D量。
24、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)集與空間區(qū)域內(nèi) 的像素值相對(duì)應(yīng)。
25、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)集與小波系數(shù)相 對(duì)應(yīng)。
26、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述水印產(chǎn)生步驟能夠在 空間域或變換域中執(zhí)行。
27、 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生步驟還包括 裝置，用于接收密鑰；裝置，用于接收信息；裝置，用于將所接收的信息轉(zhuǎn)換為有效載荷；裝置，用于對(duì)所述有效載荷進(jìn)行編碼；以及裝置，用于使用密鑰對(duì)所編碼的有效載荷進(jìn)行加密。
28、 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，還包括裝置，用于在對(duì)所編碼 的有效載荷加密之前復(fù)制所編碼的有效載荷。
29、 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括 裝置，用于產(chǎn)生同步比特；以及裝置，用于通過(guò)將所述同步比特插入在所述加密后的復(fù)制編碼有 效載荷的各個(gè)位置處，對(duì)所述水印進(jìn)行組裝。
30、 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，基于密鑰產(chǎn)生所述同步比特。
31、 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述信息包括時(shí)間戳。
32、 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述信息還包括用于識(shí)別 設(shè)備的位置標(biāo)識(shí)和序列號(hào)中的至少一個(gè)。
33、 一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法，所述方法包括 產(chǎn)生水??；以及適應(yīng)性地響應(yīng)于視頻內(nèi)容來(lái)將所述水印嵌入所述視頻圖像。
34、 一種用于對(duì)視頻圖像加水印的系統(tǒng)，包括 裝置，用于產(chǎn)生水?。灰约把b置，用于適應(yīng)性地響應(yīng)于視頻內(nèi)容來(lái)將所述水印嵌入所述視頻 圖像。
全文摘要
一種用于對(duì)視頻圖像加水印的方法和系統(tǒng)，包括產(chǎn)生水印；以及通過(guò)強(qiáng)化視頻量?jī)?nèi)所選系數(shù)集的屬性值之間的關(guān)系，將所產(chǎn)生的水印嵌入視頻圖像。從而將水印適應(yīng)性地嵌入視頻量。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101258522SQ200580051530
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者賈斯廷·皮卡爾, 鍵 趙 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司