專利名稱：視頻水印嵌入和盲提取方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種視頻水印嵌入和盲提取方法及裝置。

背景技術(shù)：
隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對多媒體數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護已成為迫切需要解決的問題。傳統(tǒng)的加密技術(shù)在解決數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護方面的局限性，促進了數(shù)字水印技術(shù)的產(chǎn)生與飛速發(fā)展近幾年來數(shù)字水印技術(shù)作為保護數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)的一種新興技術(shù)，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。
數(shù)字水印技術(shù)是將一些標識信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)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)(如視覺或聽覺系統(tǒng))覺察或注意到。通過這些隱藏在載體中的信息，可以達到確認內(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。
視頻水印算法根據(jù)嵌入水印的數(shù)據(jù)域分為兩種非壓縮域和壓縮域算法。其中對于非壓縮域方法，Matsui等于1994年提出的一種DCT域視頻數(shù)據(jù)嵌入算法[Matsui K，Tanaka K，Video-steganographyHow to secretly embed asignature in a picture，InIMA Intellectual Property Project Proceedings，1994.1187-206]，該算法類似于圖像水印算法，只是通過DCT系數(shù)對每一幀視頻圖像的像素值進行變化，因此對噪聲、剪切等處理非常脆弱，而且若攻擊者掌握了同一幀視頻對象的多個不同水印版本，則可以通過比較得出原始的、未加水印的圖像幀。Swanson等對上述算法進行了改進，利用分塊DCT變換和頻率掩蔽特性相結(jié)合嵌入水印[Md Swanson，Mei Kobayashi，Ah Tewfik，Multimedia data embedding and watermarking technologies，Proceedings of theIEEE，1998，87(7)324-329]，提高了水印的魯棒性。此外Swanson等還提出了一種基于內(nèi)容的水印技術(shù)，提出了多分辨率的視頻水印算法。Langelarr等首先提出了兩種壓縮域上的嵌入算法，一種是替換幀內(nèi)編碼塊DCT系數(shù)的變長碼的方法，另一種是基于丟棄部分壓縮視頻流的方法[Langelaar G C，LagendijkR L，Biemond J.Real-time labeling methods for MPEG compressed video.In18thSymposium on Information Theory，1997.12532]。前一種方法計算量較小，水印嵌入比特率大，但是魯棒性很差，后一種方法計算較為復(fù)雜，水印嵌入比特率低，但水印魯棒性較強，可以抵抗解碼后重新編碼的攻擊。Hartung等研究了MPEG-2壓縮視頻域上的水印算法，在保持碼率基本不變的情況下，將水印嵌入到DCT系數(shù)中，并實現(xiàn)了水印的盲檢測[F.Hartung and B.Girod.Watermarking of Uncompressed and Compressed Video.Signal Processing，SpecialIssue on Copyright Protection and Access Control for Multimedia Service，1998，66(3)283301]。他們研究了該算法的魯棒性，指出其算法對壓縮、濾波、輕度旋轉(zhuǎn)具有魯棒性，對更大程度的旋轉(zhuǎn)，需要采用適當(dāng)?shù)臋z測和校正機制，由于去除或插入數(shù)據(jù)會導(dǎo)致收發(fā)雙方丟失同步信息，因此還需要同步信息丟失檢測及再次同步的機制。這種DCT域數(shù)據(jù)嵌入算法一般流程是先對圖像進行分塊，例如常分為大小是8×8像素的塊，然后對每個塊進行DCT變換，之后將得到變換系數(shù)進行修改，修改方式一般為加性、乘性等方法。
一般來說，應(yīng)用加性或乘性方式進行水印嵌入，需要與閾值相比較來得到嵌入的水印位。
在對現(xiàn)有技術(shù)的研究和實踐過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題 由于各種視頻存在千差萬別的情況，該閾值只能是一般情況的理論值，而實際取值還需要根據(jù)具體視頻而定。這樣，很多盲水印算法進行比較的閾值，其取值往往與理論計算值不符。


發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種視頻水印嵌入和盲提取方法及裝置是這樣實現(xiàn)的 一種視頻水印嵌入方法，包括 對圖像采樣得到4幅子圖像； 對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移； 對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
一種視頻水印提取方法，包括 對圖像幀進行采樣得到4幅子圖像； 分別對這4幅子圖像進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距； 將4副子圖像分為兩組，通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息； 由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
一種視頻水印嵌入設(shè)備，包括 采樣單元，用于對圖像采樣得到4幅子圖像； 變換單元，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 直方圖搬移單元，用于將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移； 合成單元，對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
一種視頻水印盲提取設(shè)備，包括 采樣單元，用于對圖像采樣得到4幅子圖像； 變換單元，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 計算單元，用于選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距； 提取單元，用于將4副子圖像分為兩組，并通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息； 恢復(fù)單元，用于由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
由以上本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案可見，本發(fā)明對圖像采樣得到4幅子圖像；對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移；對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像，這樣本實施例應(yīng)用變換域系數(shù)之間的關(guān)系方式進行水印嵌入，不需要設(shè)定閾值，也不需要進行與閾值的比較，而是直接檢測變換域系數(shù)之間大小的關(guān)系即可。本實施例使用的嵌入方式是基于關(guān)系的方法，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中采用與閾值比較而產(chǎn)生的缺陷。



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，下面描述中的附圖僅僅是本發(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)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明視頻水印嵌入方法實施例的流程圖； 圖2為本發(fā)明二維空間中的1-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2a)，2-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2b)和無窮范數(shù)(圖2c)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換示意圖； 圖3為本發(fā)明低頻、中頻、高頻區(qū)域示意圖； 圖4為本發(fā)明視頻水印的盲提取方法實施例的流程圖； 圖5為本發(fā)明視頻水印嵌入設(shè)備實施例的框圖； 圖6為本發(fā)明視頻水印嵌入設(shè)備實施例的另一框圖； 圖7為本發(fā)明視頻水印盲提取設(shè)備實施例的框圖。

具體實施例方式 本發(fā)明實施例提供一種視頻水印嵌入和盲提取方法及裝置。
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，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)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(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，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
圖1示出了本發(fā)明視頻水印嵌入方法實施例的流程，如圖1所述，該實施例包括 S110對圖像采樣得到4幅子圖像。
例如對一幀圖像A在其行和列兩個方向的奇偶像素索引分別進行采樣，得到4幅子圖像A1，A2，A3，A4。
具體可以采用下述采樣方式 A1＝A(1:2:row，1:2:column)； A2＝A(1:2:row，2:2:column)； A3＝A(2:2:row，1:2:column)； A4＝A(2:2:row，2:2:column)。
其中row是圖像的高，column是圖像的寬，1:2:row表示像素橫坐標從索引1開始每隔一個像素取一個索引，即1，3，5，......；同理，2:column表示像素縱坐標從索引2開始每隔一個像素取一個索引，即2，4，6，......。
經(jīng)過上面的采樣，可以得到原圖像的4幅采樣子圖像。例如，原圖像大小是352x288像素，那么采樣后的四幅子圖像為大小為176x144。
這樣就得到了4幅原圖像不同采樣位置的子圖像。之后分別對每個子圖像按照下面介紹的無窮范數(shù)變換域相關(guān)頻帶上系數(shù)之間的關(guān)系進行直方圖的搬移，從而達到水印嵌入的目的。
S120對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換。
現(xiàn)有技術(shù)多是將圖像進行線性變換，從空間域轉(zhuǎn)換到頻率域。動態(tài)范圍擴張是信號處理中常見的線性變換的必然結(jié)果。動態(tài)范圍擴張指的是從空間域轉(zhuǎn)換到頻率域之后，保存的數(shù)據(jù)發(fā)生范圍的變化。在空間域上，圖像像素值的范圍是
，而變換到頻率域上之后所保存的系數(shù)范圍將發(fā)生變化，從而需要更多的資源來存貯這些變換后的系數(shù)。
而本實施例中，利用一種新的保持動態(tài)范圍不變的整數(shù)可逆變換-無窮范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換。線性變換如離散余弦變換是L2空間的旋轉(zhuǎn)變換，保持旋轉(zhuǎn)向量的二范數(shù)不變；而無窮范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換是L∞空間的旋轉(zhuǎn)變換，是一個分段線性的變換，保持旋轉(zhuǎn)向量的無窮范數(shù)不變。為了減少信號的表達冗余，本實施例利用聯(lián)合直方圖分析給定信號，選定無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)中心和角度，從而達到最大去相鄰像素冗余的目的。無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換可以用簡單的錯切變換分段線性地實現(xiàn)。本實施例提出的無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換不僅整數(shù)可逆、計算簡單，而且能夠保持動態(tài)范圍不變，擁有很好的去相關(guān)性，能夠給出數(shù)據(jù)的能量集中的表達。而且這種無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換在圖像編碼和可逆數(shù)據(jù)隱藏中也有相關(guān)的應(yīng)用。
在歐幾里德空間中，2-范數(shù)旋轉(zhuǎn)是一個保持向量2-范數(shù)不變的旋轉(zhuǎn)。類似地有保持向量p-范數(shù)不變的p-范數(shù)旋轉(zhuǎn)。
在線性矢量空間V中，矢量x＝(x1，x2，...，xn)的p-范數(shù)定義為 其中，x是向量，xi＝x1，x2，...，xn為向量x中的元素，xi的值為圖像像素值的大小，n是向量元素的個數(shù)，||||是取范數(shù)操作，||是取絕對值操作。
X的物理意義是圖像的像素值大小。對于圖像來說，因為圖像的像素是二維信號，所以需要做二維的無窮范數(shù)變換。X可以理解為一行像素，xi則為一行像素上的每個像素點的像素值，例如灰度值。二維的無窮范數(shù)變換，需要做兩次變換，分別針對圖像的行和列上的像素。
當(dāng)p→∞時，即得無窮范數(shù)的定義 ||是取絕對值操作。
在二維空間中，1-范數(shù)等值線是菱形，2-范數(shù)等值線是圓周，無窮范數(shù)等值線是正方形。
一般地，在n維空間中，無窮范數(shù)等值集是一個規(guī)則的凸的封閉的超曲面。傳統(tǒng)的歐式空間的旋轉(zhuǎn)是以2-范數(shù)作為定義的，也就是固定圓心沿著半徑進行旋轉(zhuǎn)。一個點的2-范數(shù)就是這個點與原點之間的歐式距離。類似的，這里定義p-范數(shù)旋轉(zhuǎn)。就像保持1-范數(shù)不變叫做1-范數(shù)旋轉(zhuǎn)，保持無窮范數(shù)不變叫做無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)。圖2示出了二維空間中的1-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2a)，2-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2b)和無窮范數(shù)(圖2c)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換。其中A表示變換前向量的位置，B表是變換后向量的位置，箭頭表示旋轉(zhuǎn)方向。
相應(yīng)地，保持向量1-范數(shù)、2-范數(shù)和無窮范數(shù)不變的變換分別稱之為1-范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換、2-范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換和無窮范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換。本實施例可以采用無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換域中進行數(shù)據(jù)隱藏的方法，對子圖像進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換后得到變換系數(shù)。圖像像素的取值范圍是
，變換后的系數(shù)的范圍也是
。變換系數(shù)落于
之間，嵌入后被修改的系數(shù)也落于
之間，所以反變換所得的圖像像素仍落于
之間，即不會有像素的上溢或下溢問題，可以保持動態(tài)范圍不變。這樣，任何系數(shù)都可以作為待嵌入的位置，而且可以保證恢復(fù)出的圖像則沒有數(shù)據(jù)丟失。
S130將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移。
直方圖就是柱狀圖(這里的直方圖、柱狀圖指的是圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的名詞)，指的是圖像的統(tǒng)計信息，對圖像的每個點進行統(tǒng)計即可得到。圖像像素的取值范圍是
，變換后的系數(shù)的范圍也是
，所以其中心是127。也就是說對于無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)來說，直方圖的中心為127。這樣，其N階去中心距為 H(i)表示圖像直方圖的分布，a表示對直方圖中心范圍的設(shè)定，直方圖的中心被定義為(127-a，128+a)，所以去中心距計算的就是排除掉這個范圍之后的到中心的距離之和。M(a)表示去中心距。
H(i)可以看作是對圖像像素值出現(xiàn)頻率的統(tǒng)計。如一幅偏暗的圖像必然是像素值較低的頻率出現(xiàn)較高，因而直方圖能反映一幅圖像的很多性質(zhì)，直方圖的概念在圖像處理中非常常見。
去中心距是對直方圖的一種描述，其意義是對除去直方圖中的中間部分，其他部分到中心的距離之和的描述。1階去中心距就是距離之和，N階去中心距就是距離的n次方和。
以無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)后的直方圖像素值為127為中心，左右邊界大小a＝10(即127左右各加減10)的一階去中心距進行嵌入描述。一階去中心距對于多種攻擊具有很好的魯棒性，屬于圖像的一種不變描述。本實施例中的無窮范數(shù)嵌入位置可以如圖3中陰影區(qū)塊(x2，x3，x4)所示，中頻嵌入能夠比較好的平衡魯棒性和不可見性之間的關(guān)系。中頻嵌入指的是在頻率上嵌入位置的選擇，如圖3所示，三個陰影部分即為中頻區(qū)域，而左上區(qū)域(x1)為低頻區(qū)域，其余區(qū)域為高頻區(qū)域。嵌入的即是水印信息。對于二維無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換來說，變換后的頻率分布類似小波變換，其頻率分布的情況是，最左上角為頻率最低的部分，其他部分距離左上角越遠頻率越高，所以中頻部分就是在圖示坐在的區(qū)域。
水印嵌入是通過改變同一幀圖像采樣得到的不同子圖像的無窮范數(shù)變換域中頻的去中心距的關(guān)系來進行的。信息就是要嵌入的內(nèi)容，而要嵌入內(nèi)容是由二進制代碼來表示。每個二進制代碼即為信息位。這里的信息是指要嵌入的水印內(nèi)容，而水印內(nèi)容由二進制代碼來表示，每個二進制代碼即為信息位。
這里，所述根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移，具體可以為 如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為1，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖的去中心距，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖； 如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為0，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖。
例如，A1的中頻F1與A2的中頻F2分為第一組，A3的中頻F3與A4的中頻F4分為第二組。如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為1，則通過搬移使A1中頻(F1)的去中心距大于A2中頻(F2)的去中心距，A3中頻(F3)的去中心距大于A4中頻(F4)的去中心距；如果信息位為0，則通過搬移使A1中頻(F1)的去中心距小于A2中頻(F2)的去中心距，A3中頻(F3)的去中心距小于A4中頻(F4)的去中心距。如圖5所示，其中A表示圖像空間域，F(xiàn)表示圖像頻率域。
搬移是通過計算去中心距的平均值，通過適當(dāng)?shù)膹姸日{(diào)制，將兩個對比的去中心距拉開到所要求的值的范圍。適當(dāng)指的是一個經(jīng)驗值，可以滿足實際需要的值。
S140對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
將修改過后的4幅子圖像按采樣的逆過程合并成新的圖像。經(jīng)過上面嵌入過程，得到了不可見的視頻水印。
由上述實施例可見，本實施例應(yīng)用變換域系數(shù)之間的關(guān)系方式進行水印嵌入，不需要設(shè)定閾值，也不需要進行與閾值的比較，而是直接檢測變換域系數(shù)之間大小的關(guān)系即可。本實施例使用的嵌入方式是基于關(guān)系的方法，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中采用與閾值比較而產(chǎn)生的缺陷。
另外，本實施例的方法是一種保持動態(tài)范圍不變的方法，在限制帶寬的情況下，本實施例可以很好的傳輸變換域系數(shù)而不增加額外的負擔(dān)，在這一點上是本實施例的優(yōu)勢。
以下介紹本發(fā)明視頻水印的盲提取方法實施例。本發(fā)明視頻水印的盲提取方法實施例實際上是前述視頻水印嵌入過程的逆過程，如圖4所示，包括 S410對圖像進行采樣得到4幅子圖像。
對圖像幀A進行采樣得到4幅子圖像A1，A2，A3，A4。
該步驟可以如前面S110中的例子，例如對一幀圖像A在其行和列兩個方向的奇偶像素索引分別進行采樣，得到4幅子圖像A1，A2，A3，A4。
具體可以采用下述采樣方式 A1＝A(1:2:row，1:2:column)； A2＝A(1:2:row，2:2:column)； A3＝A(2:2:row，1:2:column)； A4＝A(2:2:row，2:2:column)。
其中row是圖像的高，column是圖像的寬，1:2:row表示像素橫坐標從索引1開始每隔一個像素取一個索引，即1，3，5，......；同理，2:column表示像素縱坐標從索引2開始每隔一個像素取一個索引，即2，4，6，......。
經(jīng)過上面的采樣，可以得到原圖像的4幅采樣子圖像。例如，原圖像大小是352x288像素，那么采樣后的四幅子圖像為大小為176x144。
這樣就得到了4幅原圖像不同采樣位置的子圖像。之后分別對每個子圖像按照下面介紹的無窮范數(shù)變換域相關(guān)頻帶上系數(shù)之間的關(guān)系進行直方圖的搬移，從而達到水印嵌入的目的。
S420分別對這4幅子圖像進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換。
如前所述，在線性矢量空間V中，矢量x＝(x1，x2，...，xn)的p-范數(shù)定義為 當(dāng)p→∞時，即得無窮范數(shù)的定義 一般地，在n維空間中，無窮范數(shù)等值集是一個規(guī)則的凸的封閉的超曲面。傳統(tǒng)的歐式空間的旋轉(zhuǎn)是以2-范數(shù)作為定義的，也就是固定圓心沿著半徑進行旋轉(zhuǎn)。一個點的2-范數(shù)就是這個點與原點之間的歐式距離。類似的，這里定義p-范數(shù)旋轉(zhuǎn)。就像保持1-范數(shù)不變叫做1-范數(shù)旋轉(zhuǎn)，保持無窮范數(shù)不變叫做無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)。圖2示出了二維空間中的1-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2a)，2-范數(shù)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換(圖2b)和無窮范數(shù)(圖2c)保持不變的旋轉(zhuǎn)變換。其中A表示變換前向量的位置，B表是變換后向量的位置，箭頭表示旋轉(zhuǎn)方向。
相應(yīng)地，保持向量1-范數(shù)、2-范數(shù)和無窮范數(shù)不變的變換分別稱之為1-范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換、2-范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換和無窮范數(shù)空間的旋轉(zhuǎn)變換。本實施例可以采用無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換域中進行數(shù)據(jù)隱藏的方法，對子圖像進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換后得到變換系數(shù)。圖像像素的取值范圍是
，變換后的系數(shù)的范圍也是
。變換系數(shù)落于
之間，嵌入后被修改的系數(shù)也落于
之間，所以反變換所得的圖像像素仍落于
之間，即不會有像素的上溢或下溢問題，可以保持動態(tài)范圍不變。這樣，任何系數(shù)都可以作為待嵌入的位置，而且可以保證恢復(fù)出的圖像則沒有數(shù)據(jù)丟失。
無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換可以用簡單的錯切變換分段線性地實現(xiàn)。本實施例提出的無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換不僅整數(shù)可逆、計算簡單，而且能夠保持動態(tài)范圍不變，擁有很好的去相關(guān)性，能夠給出數(shù)據(jù)的能量集中的表達。
S430選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距。
如前所述，N階去中心距為 由于在視頻嵌入方法實施例中已經(jīng)對直方圖進行了搬移，使得A1與A2，A3與A4之間的中頻去中心距之差有了明顯的不同，因此，這里通過比較子圖像之間的去中心距的大小關(guān)系，就可以提取出隱藏在視頻中的比特信息。
以無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)后的直方圖像素值為127為中心，左右邊界大小a＝10(即127左右各加減10)的一階去中心距進行嵌入描述。一階去中心距對于多種攻擊具有很好的魯棒性，屬于圖像的一種不變描述。本實施例中的無窮范數(shù)嵌入位置可以如圖3中陰影區(qū)塊(x2，x3，x4)所示，中頻嵌入能夠比較好的平衡魯棒性和不可見性之間的關(guān)系。中頻嵌入指的是在頻率上嵌入位置的選擇，如圖3所示，三個陰影部分即為中頻區(qū)域，而左上區(qū)域(x1)為低頻區(qū)域，其余區(qū)域為高頻區(qū)域。嵌入的即是水印信息。對于二維無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換來說，變換后的頻率分布類似小波變換，其頻率分布的情況是，最左上角為頻率最低的部分，其他部分距離左上角越遠頻率越高，所以中頻部分就是在圖示坐在的區(qū)域。
水印嵌入是通過改變同一幀圖像采樣得到的不同子圖像的無窮范數(shù)變換域中頻的去中心距的關(guān)系來進行的。信息就是要嵌入的內(nèi)容，而要嵌入內(nèi)容是由二進制代碼來表示。每個二進制代碼即為信息位。這里的信息是指要嵌入的水印內(nèi)容，而水印內(nèi)容由二進制代碼來表示，每個二進制代碼即為信息位。
S440將4副子圖像分為兩組，通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息。
這里，所述通過比較子圖像之間的去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息，具體可以為 如果第一組中第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中第二圖像直方圖，第二組中第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中第二圖像直方圖，則嵌入水印內(nèi)容的信息位為1； 如果第一組中第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中第二圖像直方圖，第二組中第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中第二圖像直方圖，則嵌入水印內(nèi)容的信息位為0。
S450由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
因為對子圖像的無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的中頻部分的去中心距進行了修改，使得A1與A2，A3與A4相應(yīng)部分的中頻去中心距的差值具有了信息量，所以根據(jù)大小關(guān)系就可以提取出這些信息，最終得到嵌入的水印。
以下介紹本發(fā)明視頻水印嵌入設(shè)備實施例，圖5示出了該實施例的框圖，如圖5所示，包括 采樣單元51，用于對圖像采樣得到4幅子圖像； 變換單元52，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 直方圖搬移單元53，用于將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移； 合成單元54，對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
優(yōu)選地，所述視頻水印嵌入設(shè)備實施例可以如圖6所示，所述直方圖搬移單元53包括第一搬移單元531和第二搬移單元532，其中， 第一搬移單元531，如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為1，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖的去中心距，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖； 第二搬移單元532，如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為0，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖。
利用該視頻水印嵌入設(shè)備實施例實現(xiàn)視頻水印嵌入的方法與前述圖1所示的方法類似，在此不再贅述。
以下介紹本發(fā)明視頻水印盲提取設(shè)備實施例，圖7示出了該實施例的框圖，如圖7所示，包括 采樣單元61，用于對圖像采樣得到4幅子圖像； 變換單元62，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換； 計算單元63，用于選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距； 提取單元64，用于將4副子圖像分為兩組，并通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息； 恢復(fù)單元65，用于由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
利用該視頻水印盲提取設(shè)備實施例實現(xiàn)視頻水印盲提取的方法與前述圖4所示的方法類似，在此不再贅述。
通過以上的實施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品可以存儲在存儲介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。
本發(fā)明可用于眾多通用或?qū)Ｓ玫挠嬎阆到y(tǒng)環(huán)境或配置中。例如個人計算機、服務(wù)器計算機、手持設(shè)備或便攜式設(shè)備、平板型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、置頂盒、可編程的消費電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)PC、小型計算機、大型計算機、包括以上任何系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計算環(huán)境等等。
本發(fā)明可以在由計算機執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令的一般上下文中描述，例如程序模塊。一般地，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等。也可以在分布式計算環(huán)境中實踐本發(fā)明，在這些分布式計算環(huán)境中，由通過通信網(wǎng)絡(luò)而被連接的遠程處理設(shè)備來執(zhí)行任務(wù)。在分布式計算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括存儲設(shè)備在內(nèi)的本地和遠程計算機存儲介質(zhì)中。
權(quán)利要求
1、一種視頻水印嵌入方法，其特征在于，包括
對圖像采樣得到4幅子圖像；
對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；
將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移；
對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對圖像采樣得到4幅子圖像包括
對一幀圖像A在其行和列兩個方向的奇偶像素索引分別進行采樣得到4幅子圖像。
3、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無窮范數(shù)的定義為
其中，x是向量，xi＝x1，x2，...，xn為向量x中的元素，xi的值為圖像像素值的大小，n是向量元素的個數(shù)，||||是取范數(shù)操作，||是取絕對值操作。
4、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移，包括
如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為1，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖的去中心距，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為0，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖。
5、一種視頻水印盲提取方法，其特征在于，包括
對圖像幀進行采樣得到4幅子圖像；
分別對這4幅子圖像進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；
選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距；
將4副子圖像分為兩組，通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息；
由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
6、如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述無窮范數(shù)的定義為
其中，x是向量，xi＝x1，x2，...，xn為向量x中的元素，xi的值為圖像像素值的大小，n是向量元素的個數(shù)，||||是取范數(shù)操作，||是取絕對值操作。
7、如權(quán)利要求5所述的水印盲提取方法，其特征在于，所述通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息，包括
如果第一組中第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中第二圖像直方圖，第二組中第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中第二圖像直方圖，則嵌入水印內(nèi)容的信息位為1；
如果第一組中第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中第二圖像直方圖，第二組中第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中第二圖像直方圖，則嵌入水印內(nèi)容的信息位為0。
8、一種視頻水印嵌入設(shè)備，其特征在于，包括
采樣單元，用于對圖像采樣得到4幅子圖像；
變換單元，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；
直方圖搬移單元，用于將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移；
合成單元，對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。
9、如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述直方圖搬移單元包括第一搬移單元和第二搬移單元，其中，
第一搬移單元，如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為1，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖的去中心距，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距大于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方第二搬移單元，如果嵌入水印內(nèi)容的信息位為0，則通過搬移使第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第一組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖，使第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第一圖像直方圖的去中心距小于第二組中經(jīng)無窮范數(shù)變換得到的第二圖像直方圖。
10、一種視頻水印盲提取設(shè)備，其特征在于，包括
采樣單元，用于對圖像采樣得到4幅子圖像；
變換單元，用于對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；
計算單元，用于選擇無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換的子圖像中的中頻部分，分別計算4副子圖像中頻部分直方圖的去中心距；
提取單元，用于將4副子圖像分為兩組，并通過分別比較兩組中各子圖像之間去中心距的大小關(guān)系提取出隱藏在視頻中的水印的比特信息；
恢復(fù)單元，用于由視頻中水印的比特信息恢復(fù)出嵌入的水印。
全文摘要
視頻水印嵌入和盲提取方法及裝置。一種視頻水印嵌入方法，包括對圖像采樣得到4幅子圖像；對4幅子圖像分別進行無窮范數(shù)旋轉(zhuǎn)變換；將經(jīng)過無窮范數(shù)變換得到的4副子圖像分為2組，每組2副子圖像，根據(jù)嵌入水印內(nèi)容的比特位信息分別對每組子圖像的中頻部分進行直方圖的搬移；對經(jīng)過搬移的4副子圖像分別進行無窮范數(shù)反變換，并將反變換后的4副子圖像合成新圖像。利用本發(fā)明，可以應(yīng)用變換域系數(shù)之間的關(guān)系方式進行水印嵌入，不需要設(shè)定閾值，也不需要進行與閾值的比較，而是直接檢測變換域系數(shù)之間大小的關(guān)系即可。
文檔編號H04N7/30GK101635855SQ200910090560
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者坦 肖 申請人:北京國鐵華晨通信信息技術(shù)公司