專利名稱：T型視頻水印嵌入和提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體數(shù)字水印嵌入和提取方法，特別涉及一種基于運動速度圖的T 型視頻水印嵌入和提取方法。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息技術(shù)迅速發(fā)展，視頻、電子書籍等傳播和獲取變得十分簡 單，因而版權(quán)保護越來越必要。靜態(tài)數(shù)字水印作為版權(quán)保護的最重要的方式之一，已得到充 分的發(fā)展，但視頻水印作為視頻版權(quán)保護的最主要技術(shù)的發(fā)展卻相對滯后。目前視頻水印 技術(shù)從嵌入位置可分為三種(1)在原始域中嵌入水印，這種算法可以直接從靜止數(shù)字圖 像水印移植過來，因而簡單，但未利用人眼的視覺特性且未考慮后續(xù)壓縮對水印的影響，故 魯棒性不強，嵌入的水印很脆弱；( 在視頻編碼中嵌入水印，這中算法主要是修改DCT系 數(shù)，其優(yōu)點是不會增加視頻流的數(shù)據(jù)比特，但該類算法復(fù)雜，往往實時性不高；C3)在壓縮 域中嵌入水印，該類算法實時性較高。若根據(jù)嵌入幀類型不同又可分為無運動預(yù)測補償?shù)?I幀嵌入和有運動預(yù)測補償?shù)腜幀和B幀嵌入，因為在視頻序列中B或P幀的數(shù)量要遠大于 I幀的數(shù)量，即使單個的I幀嵌入水印的量大于單個B或P幀，但就總體而言還是B或P幀 所嵌入的水印容量大。在視頻水印技術(shù)的研究中還有很多技術(shù)問題沒有得到較好的解決，比如，由于視 頻的數(shù)據(jù)量極大，在視頻水印的處理中，如果運算處理較簡單，則不能充分利用人類視覺系 統(tǒng)的空域和時域的掩蓋效應(yīng)而實現(xiàn)一個魯棒的水印方案；反之，如果運算處理較復(fù)雜，則不 能滿足實時處理的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有視頻水印技術(shù)中水印嵌入的運算處理較復(fù)雜，嵌入 的水印數(shù)量少的技術(shù)問題。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種T型視頻水印嵌入和提取方法，包括水印嵌入 和水印提取兩大步驟，所述的水印嵌入步驟為，步驟a，在編碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出編碼端運動速度圖；步驟b，將所述的編碼端運動速度圖劃分為多個T型分割區(qū)，得到所述多個T型分 割區(qū)的中心宏塊V[i][j]的位置；步驟C，確定各個T型分割區(qū)的編碼端速度比較值J ；步驟d，依據(jù)水印的嵌入規(guī)則，通過修改V[i] [j]嵌入水印；所述提取水印的步驟為步驟e，在解碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出解碼端運動速度圖；步驟f，根據(jù)所述的解碼端運動速度圖，得到多個T型分割區(qū)的中心宏塊V[i][j] 的位置；步驟g，確定各個T型分割區(qū)的解碼端速度比較值J ；
步驟h，在解碼端提取水印序列。本發(fā)明的有益效果在于，提供一種容量大、魯棒性高的視頻水印的嵌入方案和一 套簡單有效的嵌入規(guī)則。該方案在運動速度圖上，當宏塊運動速度較大的采取T型嵌入，保 留了在運動速度嵌入水印能夠抵抗一些視頻格式的變換和數(shù)據(jù)比特率達變化帶來的攻擊 放入特點，該方案不僅增大了水印的嵌入量，而且提高了嵌入水印后的視頻質(zhì)量和算法的
魯棒性。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明T型視頻水印嵌入和提取方法的視頻系統(tǒng)示意圖；圖2為運動速度圖；圖3a為倒T型分割區(qū)示意圖；圖北為正T型分割區(qū)示意圖；圖4為將運動速度圖分割為多個重合的T型分割區(qū)的示意圖；圖5為圖4所示多個T型分割區(qū)中心宏塊的位置示意圖；圖6a為水印嵌入流程圖；圖6b為水印提取流程圖；圖7a至圖7c為football. Cif視頻序列經(jīng)過H. 264編碼后重建的視頻(第7幀) 以及提取的水印圖像；圖8a至圖8c為stefanJ99. cif視頻序列經(jīng)過H. 264編碼后重建的視頻(第四 幀)以及提取的水印圖像；圖9a至圖9c為foreman, qcif視頻序列經(jīng)過H. 264編碼后重建的視頻(第95幀) 以及提取的水印圖像。
具體實施例方式下面將結(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)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；?于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖1所示，為應(yīng)用本發(fā)明T型視頻水印嵌入和提取方法的視頻系統(tǒng)示意圖。所 述視頻系統(tǒng)包括編碼端和解碼端。在編碼端，將水印圖像轉(zhuǎn)化為水印序列，送入視頻壓縮編 碼器，視頻壓縮編碼器將水印序列嵌入視頻幀，形成視頻壓縮流。在解碼端，視頻壓縮解碼 器提取嵌入的水印序列，恢復(fù)水印圖像和視頻幀。在對水印的嵌入與提取過程進行詳細說明之前，對本發(fā)明的思想進行闡明。在運 動速度圖中，通過改變視頻序列中宏塊運動速度的大小來嵌入水印，即，將運動速度圖分割 為多個重合的T型分割區(qū)，在T型分割區(qū)域的中心宏塊中嵌入水印。本發(fā)明的方法應(yīng)用于 B幀和P幀的編解碼中。 所述的運動速度圖如圖2所示，計算的方法為 其中⑽表示宏塊的運動矢量；T表示參考幀時間間隔^表示宏塊的運動速度。當參考幀的時間間隔足 夠小時，宏塊的運動速度在這段時間間隔內(nèi)可以認為不變，在B幀和P幀圖像中，在宏塊的 位置處置以宏塊的運動速度而得到的圖就是運動速度圖V[x] [y]，其中坐標[χ] [y]表示 以宏塊為單位的宏塊位置。在同一參考幀下，B幀或P幀與參考幀的時間間隔取得足夠小 時，運動速度圖基本沒有變化。需要指明的是，圖2中的V
[1]、V
[2]、V
[3]、V[l] [2]......表示的是該宏塊的運動速度矢量。所述的T型分割區(qū)如圖3a、圖北所示，其中圖3a所示為正T型分割區(qū)，圖北所示 為倒T型分割區(qū)。每個T型分割區(qū)包含四個宏塊，呈正T型或倒T型分布。如圖3a所示， 宏塊V[i] [j]為中心宏塊，正T型分割區(qū)域內(nèi)其他宏塊分別表示為V[i] [j-1]、V[i] [j+1]、 V[i_l][j]。同樣，如圖北所示，宏塊V[i][j]為中心宏塊，倒T型分割區(qū)域內(nèi)其他宏塊分 別表示為 V[i] [j-1]、V[i] [j+1]、V[i+1] [j]。如圖4所示為將運動速度圖分割為多個重合的T型分割區(qū)的示意圖，T型分割區(qū)1 由宏塊v
[1]、V
[2]、V
[3]、V[l] [2]構(gòu)成，宏塊V
[2]為中心宏塊。T型分割區(qū) 2由宏塊￥[1]
)[1][1])[1][2]、￥[2][1]構(gòu)成，宏塊V[l][l]為中心宏塊。其中，T型 分割區(qū)1與T型分割區(qū)2在V[2] [1]處重合。丁型分割區(qū)3由宏塊￥[1][2]、￥[1][3]、￥[1^4]、￥[2][3]構(gòu)成，宏塊 V[l][3]為 中心宏塊。其中，T型分割區(qū)3與T型分割區(qū)2、T型分割區(qū)1在V[2][l]處重合。在運動速度圖中，可以采用正T型或倒T型嵌入方案，圖4和圖5所示的實施例中 是以T型嵌入方案進行說明。圖5所示為多個T型分割區(qū)中心宏塊的位置示意圖，圖中標示“W”的宏塊為水印 可能嵌入的位置，若運動速度圖大小為MXN則最多可嵌入水印的宏塊數(shù)目n，即最多可嵌 入水印的數(shù)目η為
Γ M-I Ν — Μ~2 N-2 Ν-2 ^ , .η= -γ- X -γ- + -y- χ+。其中 」”為取下整號。圖4和圖5所示實施例為M = 5，N = 8，圖7中最多可嵌入的水印為η = 12。下面對水印的嵌入與提取過程進行詳細說明。本發(fā)明視頻水印的嵌入過程為步驟101，對水印圖像進行預(yù)處理，如圖1中所示的系統(tǒng)圖二值水印圖像“U”，首先 將其轉(zhuǎn)換成O和1 二值序列，得到欲嵌入的水印序列COk = {0，1}，k = 0......m。 步驟102，在編碼時，根據(jù)B幀或P幀的運動矢量，求出運動速度圖(如圖2所示)。步驟103，確定水印的嵌入位置與數(shù)目n，由運動速度圖，根據(jù)T型嵌入方案，得到 T型分割區(qū)的中心宏塊V[i][j]的位置，即為嵌入水印的位置(如圖5所示)。步驟104，確定T型分割區(qū)的速度比較值J。對中心宏塊V[i] [j]周圍的三個宏塊V[i] [j_l]、V[i] [j+l]、V[i+l] [j]按其運動 速度大小進行快速排序，并令最大值為Amax，最小值A(chǔ)min，即Afflax = max{|V[i-l][j] I, V[i] [j-1] | , V[i] [j+1] |}Afflin = min{|V[i-l][j] I, V[i] [j-1] | , V[i] [j+1] |}得到T型分割區(qū)的速度比較值/ 二 V^nax X^nin。其中，|v[i-l][j]|、|V[i][j-l]|>|V[i][j+l]表示運動速度的幅值。步驟105，依據(jù)水印的嵌入規(guī)則，通過修改V[i] [j]嵌入水印，首先，將水印序列ωk = {0，1}，k = 0......m中的數(shù)值依照一定的對應(yīng)規(guī)則一一
對應(yīng)到中心宏塊V[i][j]，所述的對應(yīng)規(guī)則可以為從左至右，從上至下或者其他方式，但并 不以對應(yīng)規(guī)則限定本發(fā)明的保護范圍；當Cok= 1時，比較V[i][j]與j，gj> |V[i][j] |，則中心宏塊的運動速度V[i] [j]保持不變；若J < |v[i][j]|，則減小中心宏塊的運動速度v[i][j]，使得j> |v[i] I ；當Ok = O時，比較v[i][j]與J，若J彡|V[i][j]|，則中心宏塊的運動速度V[i] [j]保持不變；若J > |v[i][j]|，則增大中心宏塊的運動速度V[i][j]，使得JS |v[i] I。本發(fā)明視頻水印的提取過程為步驟201，在解碼B幀或P幀時，求出水印B幀或P幀所對應(yīng)的運動速度圖。步驟202，確定水印的嵌入位置與數(shù)目n，由運動速度圖，根據(jù)T型嵌入方案，得到 T型分割區(qū)的中心宏塊V[i][j]的位置，即為嵌入水印的位置。步驟203，確定T型分割區(qū)的速度比較值J。與步驟104類似，對中心宏塊V[i] [j]周圍的三個宏塊
權(quán)利要求
1.一種T型視頻水印嵌入和提取方法，包括水印嵌入和水印提取兩大步驟，其特征在 于，所述的水印嵌入步驟為步驟a，在編碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出編碼端運動速度圖； 步驟b，將所述的編碼端運動速度圖劃分為多個T型分割區(qū)，得到所述多個T型分割區(qū) 的中心宏塊V[i][j]的位置；步驟c，確定各個T型分割區(qū)的編碼端速度比較值J ； 步驟d，依據(jù)水印的嵌入規(guī)則，通過修改V[i] [j]嵌入水??； 所述提取水印的步驟為步驟e，在解碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出解碼端運動速度圖；步驟f，根據(jù)所述的解碼端運動速度圖，得到多個T型分割區(qū)的中心宏塊V
2.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述步驟b中，所 述的各個T型分割區(qū)包含四個宏塊，呈正T型或倒T型分布。
3.如權(quán)利要求2所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述的各個T型分 割區(qū)為部分重疊。
4.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述的步驟c中的編碼端速度比較值J為/ = y]AmwiX Amia ,其中Amax為編碼端運動速度圖中T型分割區(qū)中除去中心宏塊外，其他宏塊運動速度幅值的最大值，Afflin為編碼端運動速度圖中T型分割區(qū)中 除去中心宏塊外，其他宏塊運動速度幅值的最小值。
5.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述的步驟g中的解碼端速度比較值J為J = ^jAmwX Amin ,其中Amax為解碼端運動速度圖中T型分割區(qū)中除去中心宏塊外，其他宏塊運動速度幅值的最大值，Afflin為解碼端運動速度圖中T型分割區(qū)中 除去中心宏塊外，其他宏塊運動速度幅值的最小值。
6.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述步驟d中，所 述水印的嵌入規(guī)則為當Ok= 1時，比較V[i][j]與J，若J> |v[i][j]|，則中心宏塊的運動速度V[i][j] 保持不變；若|v[i][j]|，則減小中心宏塊的運動速度V[i][j]，使得j> Iv
7.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述步驟h，在解 碼端提取水印序列為若J > |v[i][j]l，則Ok= 1;否則COk = O。
8.如權(quán)利要求6所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述步驟d中還包 括將水印序列中的數(shù)值依照一定的對應(yīng)規(guī)則一一對應(yīng)到中心宏塊v[i] [j]。
9.如權(quán)利要求1所述的T型視頻水印嵌入和提取方法，其特征在于，所述視頻幀為B幀 或P幀。
全文摘要
一種T型視頻水印嵌入和提取方法，包括水印嵌入和水印提取兩大步驟，水印嵌入步驟為，在編碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出編碼端運動速度圖；將所述的編碼端運動速度圖劃分為多個T型分割區(qū)，得到所述多個T型分割區(qū)的中心宏塊V[i][j]的位置；確定各個T型分割區(qū)的編碼端速度比較值J；將水印序列嵌入所述中心宏塊V[i][j]；提取水印步驟為在解碼時根據(jù)視頻幀的運動矢量求出解碼端運動速度圖；根據(jù)所述的解碼端運動速度圖，得到多個T型分割區(qū)的中心宏塊V[i][j]的位置；確定各個T型分割區(qū)的解碼端速度比較值J；在解碼端提取水印序列。提供一種容量大、魯棒性高的視頻水印的嵌入方案和簡單有效的嵌入規(guī)則，增大水印嵌入量。
文檔編號H04N7/26GK102065287SQ200910238179
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者于志強, 俞能海, 葉松, 莊連生, 張飚, 徐甲甲, 郭寶安, 錢楊春 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 航天信息股份有限公司