本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展和人類生活的不斷進(jìn)步，多媒體技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，多媒體如視頻、音頻、圖像、文本等信息在我們的日常生活中也扮演著越來越重要的角色。由此，視頻的產(chǎn)權(quán)保護(hù)漸漸成為人們研究的焦點。數(shù)字水印技術(shù)是將一些標(biāo)識信息即數(shù)字水印，直接嵌入數(shù)字載體當(dāng)中，但不影響原載體的使用價值，也不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到。通過這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。

零水印作為一種不對原視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的新型數(shù)字水印技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。零水印技術(shù)的原理為：首先把表征圖像特征的信息通過算法提取出來，然后以規(guī)定的方式將作者的標(biāo)識信息與該信息結(jié)合，形成一個注冊的水印信息，最后將該水印信息注冊到第三方的知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中。由于零水印方案中的數(shù)字水印是注冊到第三方的數(shù)字水印信息數(shù)據(jù)庫中，而不是嵌入到數(shù)字媒體中，因此也就不存在數(shù)字媒體質(zhì)量下降或水印量受限制等問題。當(dāng)有數(shù)字載體作品需要作版權(quán)判定時，首先通過一定的算法方式提取待檢測作品的特征量，然后將原作者的標(biāo)識信息與提取出的作品特征量以原規(guī)定算法方式結(jié)合，得到一個新的水印信息，判斷這個水印信息與第三方知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中注冊的水印信息的相似性，如果相似性極小，則認(rèn)為待檢測作品不是原注冊過的作品，反之認(rèn)為是原作者的作品。

但是，零水印技術(shù)目前發(fā)展還不夠成熟，視頻作為一種復(fù)雜的傳播媒體其變化性很大，攻擊者即使只對目標(biāo)多媒體做輕微的幾乎不可察覺的幾何攻擊如旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、變換等；大多數(shù)水印檢測器卻不能正確提取水印信息。如何抵抗幾何攻擊仍然是這個領(lǐng)域所面臨的最大困難，也是研究的熱點之一。因此研究抗幾何攻擊的視頻水印方法成為研究難點中的難點，也是視頻水印研究中亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法及裝置，通過對關(guān)鍵幀圖像的處理和奇異值分解可以更好的達(dá)到使視頻零水印具有抗幾何攻擊的效果；實現(xiàn)了不直接在視頻中嵌入數(shù)字水印，將水印生成在數(shù)據(jù)庫中，并且能夠完全不修改視頻的信息。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法，所述方法包括如下步驟：

通過像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀圖像；

對所述關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理，將處理后關(guān)鍵幀圖像的低頻子帶進(jìn)行奇異值分解，得到分解后的奇異值分解系數(shù)；

將水印圖像經(jīng)過加密后生成水印密文；

對水印密文和奇異值分解系數(shù)進(jìn)行異或處理，形成零水印，將零水印注冊到第三方數(shù)據(jù)庫中。

所述通過像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀圖像的步驟包括：

選取多幅關(guān)鍵幀圖像時，以幀之間的相似度作為衡量依據(jù)，每次尋找關(guān)鍵幀圖像都保證各關(guān)鍵幀圖像之間具有最小相似度，以使關(guān)鍵幀圖像帶有最大信息量。

所述對關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理將處理后關(guān)鍵幀圖像的低頻子帶進(jìn)行奇異值分解得到分解后的奇異值分解系數(shù)的步驟包括：

將視頻關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行歸一化處理，所述歸一化處理包括：分別進(jìn)行坐標(biāo)中心化、x-shearing歸一化、縮放歸一化和旋轉(zhuǎn)歸一化；

進(jìn)行contourlet變換；

將低頻子帶進(jìn)行8*8塊的奇異值分解，得到每一塊分解后的第一個奇異值分解系數(shù)。

所述將水印圖像經(jīng)過加密后生成水印密文的步驟包括：

將待嵌入的二值水印圖像掃描為一維二值序列，再對此序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理；利用Logistic映射生成二值混沌序列；將混沌序列同水印擴(kuò)頻后的序列進(jìn)行異或處理，得到水印密文。

所述像素幀平均法是獲取視頻段中所有幀的預(yù)設(shè)位置上的像素值，根據(jù)像素值的平均值來作為比較的標(biāo)準(zhǔn)；其中，將所述視頻段中所述的預(yù)設(shè)位置像素值最為接近平均值的幀，作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

另一方面，本發(fā)明提供一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成裝置，所述裝置包括：

獲取單元，用于通過像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀圖像；

處理單元，用于對所述關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理，將處理后關(guān)鍵幀圖像的低頻子帶進(jìn)行奇異值分解，得到分解后的奇異值分解系數(shù)；

加密單元，用于將水印圖像經(jīng)過加密后生成水印密文；

生成單元，用于對水印密文和奇異值分解系數(shù)進(jìn)行異或處理，形成零水印，將零水印注冊到第三方數(shù)據(jù)庫中。

所述獲取單元包括：

用于當(dāng)選取多幅關(guān)鍵幀圖像時，以幀之間的相似度作為衡量依據(jù)，每次尋找關(guān)鍵幀圖像都保證各關(guān)鍵幀圖像之間具有最小相似度，以使關(guān)鍵幀圖像帶有最大信息量的模塊。

所述處理單元包括：

用于將視頻關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行歸一化處理，所述歸一化處理包括：分別進(jìn)行坐標(biāo)中心化、x-shearing歸一化、縮放歸一化和旋轉(zhuǎn)歸一化；進(jìn)行contourlet變換；將低頻子帶進(jìn)行8*8塊的奇異值分解，得到每一塊分解后的第一個奇異值分解系數(shù)的模塊。

所述加密單元包括：

用于將待嵌入的二值水印圖像掃描為一維二值序列，再對此序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理；利用Logistic映射生成二值混沌序列；將混沌序列同水印擴(kuò)頻后的序列進(jìn)行異或處理，得到水印密文的模塊。

所述像素幀平均法是獲取視頻段中所有幀的預(yù)設(shè)位置上的像素值，根據(jù)像素值的平均值來作為比較的標(biāo)準(zhǔn)；其中，將所述視頻段中所述的預(yù)設(shè)位置像素值最為接近平均值的幀，作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法及裝置，通過對關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理，將關(guān)鍵幀圖像轉(zhuǎn)換成唯一的標(biāo)準(zhǔn)形式來抵抗仿射變換并可以有效的抵擋住平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何變換的攻擊；然后進(jìn)行奇異值分解能夠平衡傳統(tǒng)視頻數(shù)字水印嵌入時出現(xiàn)的水印魯棒性和視頻清晰度之間的矛盾，并在提高視頻水印魯棒性的同時，不更改任何視頻數(shù)據(jù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

零水印作為一種不對原視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的新型數(shù)字水印技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。由于零水印方案中的數(shù)字水印是注冊到第三方的數(shù)字水印信息數(shù)據(jù)庫中，而不是嵌入到數(shù)字媒體中，因此也就不存在數(shù)字媒體質(zhì)量下降或水印量受限制等問題。但是，零水印技術(shù)目前發(fā)展還不夠成熟，視頻作為一種復(fù)雜的傳播媒體其變化性很大，攻擊者即使只對目標(biāo)多媒體做輕微的幾乎不可察覺的幾何攻擊如旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、變換等；大多數(shù)水印檢測器卻不能正確提取水印信息。如何抵抗幾何攻擊仍然是這個領(lǐng)域所面臨的最大困難，因此研究抗幾何攻擊的視頻水印方法成為研究難點中的難點，也是視頻水印研究中亟待解決的問題。為解決上述問題，本發(fā)明下述實施例提出了一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法及裝置。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成方法，包括如下步驟：

S101：通過像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀圖像；

在本步驟中，當(dāng)選取多幅關(guān)鍵幀時，以幀之間的相似度作為衡量依據(jù)，每次尋找關(guān)鍵幀都保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度，以使關(guān)鍵幀帶有最大信息量；

提取關(guān)鍵幀的目的有兩個方面：(1)靜態(tài)表示視頻節(jié)目的主題和主要內(nèi)容，而不是動態(tài)的細(xì)節(jié)。(2)從關(guān)鍵幀中提取顏色、紋理和形狀特征，以作為視頻摘要和數(shù)據(jù)庫索引的數(shù)據(jù)源，而不需要對每個畫面都重復(fù)。因此，關(guān)鍵幀應(yīng)該具有代表性，不僅應(yīng)代表主題方面的特征，還應(yīng)該視特征的不同而不同。因此，在代表特征不具體的情況一下，一般去掉重復(fù)(或冗余)幀。當(dāng)選取多幅關(guān)鍵幀時，用于關(guān)鍵幀選取的準(zhǔn)則是優(yōu)先考慮關(guān)鍵幀之間的不相似性，即以幀之間相似度作為衡量依據(jù)，每次尋找關(guān)鍵幀都保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度，以使關(guān)鍵幀帶有最大信息量。這里使用的像素幀平均法是取一視頻段中所有幀的某位置上的像素值求其平均來作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，將視頻段中此位置像素值最為接近平均值的幀，作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

S102：對所述關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理，將處理后關(guān)鍵幀圖像的低頻子帶進(jìn)行奇異值分解，得到分解后的奇異值分解系數(shù)；

在本步驟中，首先將視頻關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行歸一化處理，所述歸一化處理包括：分別進(jìn)行坐標(biāo)中心化、x-shearing歸一化、縮放歸一化和旋轉(zhuǎn)歸一化；然后后進(jìn)行contourlet變換，最后將其低頻子帶進(jìn)行8*8塊的SVD(奇異值分解)，得到每一塊分解后的第一個SVD系數(shù)。

S103：將水印圖像經(jīng)過加密后生成水印密文；

在本步驟中，將待嵌入的二值水印圖像掃描為一維二值序列，再對此序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理；利用Logistic映射生成二值混沌序列；將混沌序列同水印擴(kuò)頻后的序列進(jìn)行異或處理，得到水印密文。

S104：對水印密文和奇異值分解系數(shù)進(jìn)行異或處理，形成零水印，將零水印注冊到第三方數(shù)據(jù)庫中。

從上述描述可知，本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印方法視頻零水印生成方法，利用圖像的不變矩尋找一組參數(shù)使其能夠消除其他變換函數(shù)對圖像變換的影響的圖像歸一化方法，將關(guān)鍵幀圖像轉(zhuǎn)換成唯一的標(biāo)準(zhǔn)形式來抵抗仿射變換。圖像歸一化使得圖像可以抵抗幾何變換的攻擊，它能夠找出圖像中的那些不變量。之后再進(jìn)行contourlet變換和奇異值分解可以更好的達(dá)到使視頻零水印具有抗幾何攻擊的效果。而且該方法能夠在完全不修改視頻信息的情況下提供一種高安全性的數(shù)字水印的注冊方法，它不影響水印的透明性，水印也具有更強(qiáng)的魯棒性，可以更好的應(yīng)用在視頻內(nèi)容的版權(quán)保護(hù)中，并且此方法對于視頻的抗幾何攻擊能力效果較強(qiáng)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成裝置。如圖2所示，本發(fā)明的裝置具體包括如下內(nèi)容：

獲取單元，用于通過像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀圖像；

處理單元，用于對所述關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行處理，將處理后關(guān)鍵幀圖像的低頻子帶進(jìn)行奇異值分解，得到分解后的奇異值分解系數(shù)；

加密單元，用于將水印圖像經(jīng)過加密后生成水印密文；

生成單元，用于對水印密文和奇異值分解系數(shù)進(jìn)行異或處理，形成零水印，將零水印注冊到第三方數(shù)據(jù)庫中。

所述獲取單元包括：

用于當(dāng)選取多幅關(guān)鍵幀圖像時，以幀之間的相似度作為衡量依據(jù)，每次尋找關(guān)鍵幀圖像都保證各關(guān)鍵幀圖像之間具有最小相似度，以使關(guān)鍵幀圖像帶有最大信息量的模塊。

所述處理單元包括：

用于首先將視頻關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行歸一化處理，所述歸一化處理包括：分別進(jìn)行坐標(biāo)中心化、x-shearing歸一化、縮放歸一化和旋轉(zhuǎn)歸一化；然后后進(jìn)行contourlet變換，最后將低頻子帶進(jìn)行8*8塊的奇異值分解，得到每一塊分解后的第一個奇異值分解系數(shù)的模塊。

所述加密單元包括：

用于將待嵌入的二值水印圖像掃描為一維二值序列，再對此序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理；利用Logistic映射生成二值混沌序列；將混沌序列同水印擴(kuò)頻后的序列進(jìn)行異或處理，得到水印密文的模塊。

從上述描述可知，本發(fā)明提供的一種抗幾何攻擊的視頻零水印生成裝置，可以實現(xiàn)不直接在視頻中嵌入數(shù)字水印，將水印生成在數(shù)據(jù)庫中，這樣在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的零水印構(gòu)造的效率問題，并在提高視頻水印魯棒性的同時，有效的抵擋住平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何攻擊。能夠平衡傳統(tǒng)視頻數(shù)字水印嵌入時出現(xiàn)的水印魯棒性和視頻清晰度之間的矛盾，不更改任何視頻數(shù)據(jù)。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。