專利名稱：一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法。
背景技術(shù)：
隨著因特網(wǎng)的日益普及，多媒體信息的交流已達(dá)到了前所未有的深度和廣度，其 發(fā)布形式也愈加豐富了。數(shù)字化形式的多媒體數(shù)據(jù)為多媒體信息的存取提供了極大的便 利，同時(shí)也極大地提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，其版權(quán)保護(hù)也成為一個(gè)急需 解決的問(wèn)題。數(shù)字水印是在多媒體信息領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)版權(quán)保護(hù)的直接而又有效的辦法，該技術(shù) 將具有特定意義的標(biāo)記，利用數(shù)字技術(shù)嵌入并隱藏在需要保護(hù)的多媒體數(shù)據(jù)中，用以顯示 創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)。這種標(biāo)記可以是文字、序列號(hào)、圖像或其它有特殊標(biāo)記作用的符 號(hào)。嵌入到載體中的水印應(yīng)以不破壞原數(shù)據(jù)欣賞價(jià)值、使用價(jià)值為原則，并盡可能保證其不 被惡意破壞或破解。視頻水印可理解為針對(duì)數(shù)字視頻載體的主觀和客觀的時(shí)間冗余和空間冗余添加 信息，既不影響視頻質(zhì)量，又能達(dá)到用于版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容完整性檢驗(yàn)?zāi)康牡乃〖夹g(shù)。按照視頻水印嵌入時(shí)機(jī)，視頻水印算法可分為前置式添加方法、內(nèi)置式添加方法 以及后置式添加方法。前置式視頻嵌入技術(shù)是將視頻作為一組原始圖像序列，將水印信息 直接嵌入到每一幀圖像中，形成含有水印的原始視頻信息，然后再完成相應(yīng)編碼工作。內(nèi)置 式視頻水印技術(shù)是將水印嵌入算法和視頻編碼系統(tǒng)相集合，并內(nèi)嵌入視頻壓縮編碼中，利 用視頻編碼過(guò)程產(chǎn)生的信息實(shí)現(xiàn)水印信息的嵌入。后置式視頻水印技術(shù)是直接將水印信息 嵌入到已壓縮的視頻編碼流中去。對(duì)于前置式水印添加，這類算法有可能增加視頻碼流，從 而增加了水印算法的復(fù)雜度，而對(duì)于內(nèi)置式水印添加，由于是直接將水印嵌入到編碼碼流 中去，因此編碼和解碼時(shí)可能會(huì)對(duì)視頻信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響，而后置式水印技術(shù)是直接將水 印嵌入到已壓縮的視頻編碼中去，缺點(diǎn)在于嵌入的水印數(shù)據(jù)量小以及算法復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，該方法基于視頻內(nèi)容的視覺(jué)重 要性檢測(cè)，將水印添加在視頻每一幀圖像中視覺(jué)特征最重要的地方。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下(1)將待處理的視頻由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間；由于CIE-Lab顏色空間分離了顏色亮度和色彩變化，因此在CIE-Lab顏色空間里 計(jì)算圖像像素的能量值比在RGB顏色空間里計(jì)算得更準(zhǔn)確。(2)算變換到CIE-Lab顏色空間后的視頻圖像上每個(gè)像素的能量值；以25幀為一個(gè)幀序列，將視頻按照播放的時(shí)間順序劃分為若干個(gè)幀序列，以幀序 列為單位，計(jì)算視頻像素的能量值。用Iri，Irf，……Irf5表示第r個(gè)幀序列中的25幀圖像， 用Piij表示視頻圖像上第(i，j)個(gè)像素，像素能量值為
Es(i,j) =E(i，j) = α XEs(i, j) + (1-α ) XEt (i, j)
+ μ,, (/J-LlJ+l(Irt } +1、(Irt )-a(,y+1 (Irt +1、(Jrt )-biJ+l (Irt ‘
式中，α表示權(quán)重系數(shù)，Li, j、ai, ^bi, j分別表示像素Py的亮度通道值和兩個(gè)彩 色通道值，Li+1,j. ai+1, j、bi+1,」表示像素Piij豎直方向上相鄰像素Pi+1,」的亮度通道值和兩個(gè) 彩色通道值，Li, j+1、Hnbi^1表示像素Piij水平方向上相鄰像素的亮度通道值和兩 個(gè)彩色通道值。Liij(Irt)表示畫(huà)面幀Irt中像素Pi,」的亮度通道值。(3)獲取待添加水印的灰度圖；(4)查找水印的添加區(qū)域；一般將水印添加在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上，查找水印的添加區(qū)域和添加水 印的操作只對(duì)每個(gè)幀序列的最后一幀圖像進(jìn)行。以8X8的像素矩陣為一個(gè)單元，將待添加水印的圖像分成若干個(gè)互不交疊的單 元，計(jì)算每個(gè)單元中所有像素能量值之和，取能量值之和最大的前MXN個(gè)單元，作為水印 的添加區(qū)域。(5)將水印添加到查找出的區(qū)域內(nèi)；在所查找的區(qū)域上添加水印的過(guò)程為將所查找出的MXN個(gè)單元中像素在 CIE-Lab顏色空間的亮度通道值做二維離散余弦變換，將水印灰度圖中元素的灰度值疊加 在所查找出的MXN個(gè)單元的二維離散余弦變換系數(shù)矩陣的低頻分量系數(shù)上。(6)將添加水印后的視頻每幀圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間。與現(xiàn)有的添加方法相比，本發(fā)明方法能將水印添加在視頻視覺(jué)最重要的地方，攻 擊者在破壞水印時(shí)，不可避免地會(huì)引起視頻內(nèi)容質(zhì)量嚴(yán)重下降，從而提高添加水印的穩(wěn)定 性、魯棒性以及安全性。


圖1是本發(fā)明方法的技術(shù)方案流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1，一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，包括(1)將待處理的視頻由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間，得到CIE-Lab顏色 空間的視頻信息，使視頻亮度通道和彩色通道相分離；由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間按照下面的公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換
L = 0.299 χ 及 + 0.587 χ G + 0.114 χ 5- a = 0J\3x(R-L)(1)
6 = 0.564 χ (5-1)式中，R、G、B分別表示RGB顏色空間的紅、綠、藍(lán)顏色值。L表示CIE-Lab顏色空 間的亮度通道值，a和b表示CIE-Lab顏色空間的兩個(gè)彩色通道值。將視頻從RGB顏色空 間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間中處理，是因?yàn)镃IE-Lab顏色空間分離了顏色亮度和色彩變化，
4更能描述和反映人們對(duì)顏色的感知，計(jì)算出的視覺(jué)重要性值更精準(zhǔn)。而且兩種顏色空間的 相互轉(zhuǎn)換是可逆的。(2)計(jì)算變換到CIE-Lab顏色空間后的視頻圖像上像素的能量值；以25幀為一個(gè)幀序列，將視頻按照播放的時(shí)間順序劃分為若干個(gè)幀序列，用Iri， Ir2,……Irt5表示第r個(gè)幀序列中的25幀圖像，例如I32表示第3個(gè)幀序列的第2幀圖像。 水印一般添加在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上，即每隔24幀就對(duì)視頻進(jìn)行一次水印添加 的操作。用Pm表示視頻圖像上第(i，j)個(gè)像素，像素能量值的計(jì)算分為兩個(gè)部分，分別用 Es(i, j)和Et(i，j)表示，其中Es(i, j)的計(jì)算方法為
\kj M-Lmj (Irt} +1 fc )_ aMJ (Irt ] + % (lrt)~bMJ (Irt \ +
Es(Lj) = Xl
(2)
kj Μ' 1XM ^rt )| + \aiJ (/J-氣樹(shù)(lrt )| + \Kj(Ir, )|式中，Li,j Ji^bi,」分別表示像素P^的亮度通道值和兩個(gè)彩色通道值，Lw^aw, j^b^.j表示像素Piij豎直方向上相鄰像素Pi+1,j的亮度通道值和兩個(gè)彩色通道值，Lipai,
表示像素Piij水平方向上相鄰像素的亮度通道值和兩個(gè)彩色通道值。先分別 在同一幀畫(huà)面內(nèi)計(jì)算，然后對(duì)整個(gè)幀序列求和。由上式可以看出，Es(i，j)反映了同一幀畫(huà) 面內(nèi)一個(gè)像素與其鄰近像素之間的變化關(guān)系。因此，Es(i，j)的值越大，表明該像素與其相 鄰像素的各個(gè)顏色通道梯度變化越劇烈，則該像素的邊緣特征就越強(qiáng)，其視覺(jué)重要性相應(yīng) 也就越大。Et (i，j)表示在一個(gè)幀序列所有幀中同一個(gè)位置點(diǎn)像素在CIE-Lab顏色空間中亮 度通道值之和，它反映了同一個(gè)像素在這個(gè)幀序列內(nèi)的變化，其計(jì)算式為Et(JJ) = J^1Lu(Irt)(3)式中，Liij(Irt)表示畫(huà)面幀Irt中像素Pi,」的亮度通道值。將妨，j)和Et(i，j)加權(quán)求和后得到該像素的能量值，像素Pi,」的能量值E(i， j)的最終表達(dá)式為E(i, j) = α XEs(i, j) + (1-α ) XEt (i, j) (4)其中α表示權(quán)重系數(shù)，用來(lái)平衡Es(i，j)和Et(i，j)對(duì)能量值的貢獻(xiàn)。由于運(yùn)動(dòng) 變化較易被人眼捕捉到，因此在這里取α為0.3。(3)獲取待添加水印的灰度圖；待添加的水印可以是一段文字、一個(gè)圖標(biāo)、一幅圖像或其他各種傳達(dá)某種信息的 符號(hào)。由于水印只是用作標(biāo)志性信息，其亮度不能太大，否則會(huì)對(duì)原圖像造成破壞。一般， 水印灰度圖的亮度值在0 50之間。對(duì)于文字水印，對(duì)其進(jìn)行光柵化處理，得到M XN的矩陣表示灰度圖；對(duì)于圖像水印，同樣得到MXN的矩陣表示灰度圖，其灰度圖即為該圖像水印在 CIE-Lab顏色空間中的亮度通道值L。(4)在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上查找水印的添加區(qū)域；查找水印的添加區(qū)域只在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上進(jìn)行，對(duì)每個(gè)待添加水印 的圖像的查找方法相同。以8X8的像素矩陣為一個(gè)單元，將待添加水印的圖像劃分為若干
5個(gè)互不交疊的單元，計(jì)算每個(gè)單元中所有像素能量值E(i，j)之和，取能量值之和最大的前 MXN個(gè)單元，作為水印的添加區(qū)域。按照這MXN個(gè)單元的像素能量值之和從大到小依次標(biāo) 記為S1A2. . . SMXN。由于像素的能量值反應(yīng)了像素的視覺(jué)重要性，按照本發(fā)明方法查找出的 水印添加區(qū)域?yàn)樵瓐D像中視覺(jué)重要性最大的區(qū)域，將水印添加在這個(gè)區(qū)域可以有效的保護(hù) 水印不被破壞。(5)將水印添加到查找出的區(qū)域內(nèi)；首先，對(duì)所查找出的MXN個(gè)單元中像素的亮度通道值L做二維離散余弦變換，然 后按照水印灰度圖矩陣中元素的排列順序，將灰度圖矩陣中每個(gè)元素的灰度值疊加在所查 找出的單元的二維離散余弦變換系數(shù)矩陣的低頻分量系數(shù)上。水印灰度圖矩陣中的元素與 所查找出的MXN個(gè)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系為用aij(l彡i彡M，1彡j彡N)表示水印灰度圖矩陣中第(i，j)個(gè)元素，則an對(duì) 應(yīng)單元S1, a1N對(duì)應(yīng)單元Sn，a21對(duì)應(yīng)單元SN+1……am對(duì)應(yīng)單元Smxn，類似按照從左到右，從 上到下的順序與MXN個(gè)單元一一對(duì)應(yīng)。按照這樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系添加水印可以簡(jiǎn)化對(duì)圖像提 取水印的操作過(guò)程。最終，在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上添加的水印，但添加的水印的位置根據(jù)視 頻圖像的內(nèi)容不同而不同(6)將添加水印后的視頻每幀圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間；圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換方法如下
權(quán)利要求
一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，包括(1)將待處理的視頻由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE Lab顏色空間；(2)以25幀為一個(gè)幀序列，將視頻按照播放的時(shí)間順序劃分為若干個(gè)幀序列，以幀序列為單位，計(jì)算視頻像素的能量值；(3)獲取待添加水印的灰度圖；(4)在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上查找水印的添加區(qū)域；(5)將水印添加到查找出的區(qū)域內(nèi)；(6)將添加水印后的視頻每幀圖像由CIE Lab顏色空間轉(zhuǎn)換到RGB顏色空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，其特征在于，所述的步驟⑵ 中像素能量值的計(jì)算方法為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，其特征在于，所述的步驟⑷ 中查找水印的添加區(qū)域的方法為以8X8的像素矩陣為一個(gè)單元，將每個(gè)幀序列的最后一 幀圖像劃分為若干個(gè)互不交疊的單元，按照單元中所有像素能量值之和的大小順序，選取 與水印灰度圖中元素個(gè)數(shù)相同的單元作為水印的添加區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，其特征在于，所述的步驟(5) 中將水印添加到查找出的區(qū)域內(nèi)的方法為對(duì)所查找出的單元中像素在CIE-Lab顏色空間 的亮度通道值做二維離散余弦變換，將水印灰度圖中元素的灰度值疊加在所查找出的單元 的二維離散余弦變換系數(shù)矩陣的低頻分量系數(shù)上。全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于視頻內(nèi)容的水印添加方法，包括將視頻圖像由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIE-Lab顏色空間，以25幀圖像為一個(gè)幀序列將視頻劃分為若干個(gè)幀序列，計(jì)算像素的能量值，獲取待添加水印的灰度圖，以8×8的像素矩陣為一個(gè)單元，將幀序列的最后一幀圖像分成若干個(gè)單元，按照單元中像素能量值之和的大小順序，取與水印灰度圖中元素個(gè)數(shù)相同的單元作為水印的添加區(qū)域，將水印灰度圖中元素的灰度值疊加在所查找出的單元的二維離散余弦變換系數(shù)矩陣的低頻分量系數(shù)上，將水印添加在每個(gè)幀序列的最后一幀圖像上，最終將視頻圖像由CIE-Lab顏色空間轉(zhuǎn)換回RGB顏色空間。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101950405SQ201010251109
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者馮結(jié)青, 姜曉希 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)