專利名稱：一種視頻水印實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻信息處理領(lǐng)域，主要涉及視頻靜止時(shí)的可見視頻水印的實(shí)現(xiàn)方
法。
背景技術(shù)：
視頻水印是加載在數(shù)字視頻上的水印，是一種有效的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)技術(shù)。視頻水印可以分為可感知的和不易感知的兩種?？筛兄臄?shù)字水印一般為較淡的或半透明的不礙觀瞻的圖案，主要用于當(dāng)場聲明對(duì)產(chǎn)品的所有權(quán)、著作權(quán)及來源，起到一個(gè)宣傳廣告或約束的作用。不易感知的數(shù)字水印就像隱形墨水技術(shù)中的看不見的文字，隱藏在數(shù)字產(chǎn)品中。目前在視頻水印研究方面，大部分研究的是不易感知水印，而將可感知水印與不易感知水印相結(jié)合的相關(guān)研究尚未出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種視頻播放時(shí)不可見、視頻靜止時(shí)可見的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，該方法具有簡單、有效的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。在相鄰兩巾貞相同空域位置嵌入符號(hào)相反的同一位水印值，同時(shí)對(duì)視頻的適用要求為幀率達(dá)到60Hz及以上。該方法將視頻幀分為奇數(shù)幀和偶數(shù)幀，將二值水印按照一定的比例與奇數(shù)幀像素值相加(或相減)，與偶數(shù)幀像素值相減(或相加)，使相鄰兩幀相同位置像素平均值與原視頻圖像像素值相等，達(dá)到奇偶幀水印嵌入處的圖像像素值互補(bǔ)的效果。該發(fā)明包括三種基本方案第一種方案是將水印嵌入到視頻的亮度(Y)分量中；第二、三方案是將水印分別嵌入到視頻的兩個(gè)色度(U、V)分量中。同時(shí)可根據(jù)此三種基本方案組合衍生出其它方案。本發(fā)明將水印直接嵌入到圖像空域像素中，水印嵌入方法水印嵌入前，根據(jù)載體圖像待嵌入位置像素值調(diào)整水印值b，根據(jù)視頻幀的奇偶性，確定水印值b的正負(fù)值，如公式2 ;水印值確定后，水印的嵌入方法如公式1，當(dāng)水印信息位是O時(shí)，載體圖像像素值與調(diào)整后的水印值b相減；當(dāng)水印信息位是I時(shí)，載體圖像像素值與調(diào)整后的水印值b相加。X = \ )、公式 I
\x(ij) + h,W = l
J + roimd(a * X(i, J)),視頃_^滴1哪貞八、 {- round{a * X(i, J)),掃廁>貞為(S懶-“式其中，X(i，j)為視頻圖像的像素值，X為水印嵌入后的像素值，W表示水印信息位。參數(shù)b表示要嵌入的水印值，符號(hào)根據(jù)要嵌入的視頻幀的奇偶性進(jìn)行調(diào)節(jié)，大小由像素值決定。α為權(quán)值因子，其值根據(jù)所選方案和視頻自行設(shè)定。round ()函數(shù)表示輸出該函數(shù)輸入值(a*X(i，j))四舍五入后的整數(shù)值。視頻幀為奇數(shù)幀時(shí)，b值為正整數(shù)+round O ；視頻幀為偶數(shù)幀時(shí)，b值為負(fù)整數(shù)-round ()。方案一將水印嵌入到視頻幀Y分量中。人眼對(duì)亮度分量敏感，且壓縮編碼過程中量化步長較小，嵌入Y分量的水印值不易過大，權(quán)值因子α值小于1/8。方案二 將水印嵌入到視頻幀的U分量中。人眼對(duì)色度分量不夠敏感，壓縮編碼中量化步長較大，嵌入U(xiǎn)分量的水印值不應(yīng)過小，權(quán)值因子a小于1/6即能滿足要求。方案三將水印嵌入到視頻幀的V分量中。方案三與方案二類似，權(quán)值因子a的選取可參照方案二。但實(shí)驗(yàn)表明，V分量的改變較U分量更易被察覺，因此水印更適合嵌入在V分量像素值較小的區(qū)域或視頻幀中。具體方法步驟I)讀取二值水印圖像； 2)選擇欲將水印嵌入到視頻幀的分量，逐一獲取視頻文件的視頻幀，判斷視頻幀的奇偶性；根據(jù)水印圖像大小確定待嵌入?yún)^(qū)域；3)根據(jù)視頻幀奇偶性調(diào)整水印值符號(hào)，使相鄰兩幀相同位置嵌入的同一位水印值的符號(hào)相反，將調(diào)整后的水印值嵌入視頻幀分量的像素中；4)將下一個(gè)視頻幀作為當(dāng)前視頻幀，重復(fù)執(zhí)行步驟3直至視頻文件的所有視頻幀處理完畢。所述步驟2)中，選擇欲將水印嵌入到視頻幀的分量，所述分量的選擇可以是以下方案的一種或幾種的組合a.將水印嵌入到視頻幀的Y分量中，權(quán)值因子α小于1/8 ；b.將水印嵌入到視頻幀的U分量中，權(quán)值因子α小于1/6 ；c.將水印嵌入到視頻幀的V分量中，權(quán)值因子α小于1/6。本發(fā)明利用人眼視覺暫留特性以及視頻中相鄰兩幀圖像相似度高的特點(diǎn)，將水印直接嵌入到視頻圖像的空域中，達(dá)到在視頻靜止時(shí)水印清晰可見，在視頻播放時(shí)水印不可見且不影響視頻的主觀質(zhì)量的效果。同時(shí)，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)權(quán)值因子α值能夠在經(jīng)H. 264/AVC壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮后水印依然有效、可見。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出了針對(duì)視頻水印的一種全新思路和技術(shù)平臺(tái)，具有嵌入方法簡單、有效、實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本發(fā)明兼具可見性水印和不可見水印的特性和優(yōu)點(diǎn)水印在視頻播放時(shí)不可見；靜止時(shí)無需其他操作和設(shè)備，水印即可直觀可見；水印具有魯棒性和明確性，能夠抵抗噪聲和壓縮處理且經(jīng)攻擊后仍清晰可見。因此，本發(fā)明無需水印提取算法和提取設(shè)備，額外開銷小。另外，本發(fā)明作為一種全新的技術(shù)平臺(tái)，具有良好的可擴(kuò)展性，技術(shù)人員和開發(fā)人員可在本發(fā)明技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上根據(jù)自身需求，進(jìn)行改進(jìn)和潤飾。本發(fā)明可應(yīng)用于1.版權(quán)保護(hù)，證明視頻的擁有性和所屬性，在不損害原視頻的情況下達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的；2.確定視頻的真實(shí)性和完整性，本發(fā)明水印在奇偶幀中不同，視頻一旦遭到抽幀(奇數(shù)幀)，即可通過水印簡單識(shí)別；3.廣告，嵌入內(nèi)容可以是作者的姓名、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，不同于現(xiàn)有形式的視頻廣告，本發(fā)明將廣告嵌于視頻本身當(dāng)中，不需要額外的設(shè)備和開銷，在不改動(dòng)視頻的情況下外界無法消除廣告內(nèi)容。


圖I視頻靜止時(shí)可見視頻水印總體方案流程圖。
圖2為嵌入水印后的第一幀圖像。圖3為嵌入水印后的第二幀圖像。圖4為經(jīng)H. 264/AVC壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮后的第一幀圖像。圖5為經(jīng)H. 264/AVC壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮后的第二幀圖像。圖6中(a)和(b)分別為嵌入水印后視頻和經(jīng)H. 264/AVC壓縮后視頻的第一幀U分量圖像。圖7中(a)和(b)分別為嵌入水印后視頻和經(jīng)H. 264/AVC壓縮后視頻的第二幀U分量圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)例選取方案二，即向視頻色度U分量中嵌入水印。水印的具體實(shí)施方式
如下讀取二值水印圖像，確定圖像高度與寬度。從三種方案中選取方案二，即向視頻色度U分量中嵌入水印。逐一獲取每個(gè)視頻幀的U分量，并判斷視頻幀的奇偶性。根據(jù)水印圖像大小確定待嵌入?yún)^(qū)域。判斷當(dāng)前視頻幀的奇偶性，根據(jù)視頻幀奇偶性和待嵌入?yún)^(qū)域每個(gè)像素值調(diào)整相對(duì)應(yīng)的水印值，當(dāng)前幀為奇數(shù)幀，水印為正(負(fù))值；當(dāng)前幀為偶數(shù)幀，水印為負(fù)(正)值，如公式2。根據(jù)公式I將調(diào)整后的水印值b嵌入U(xiǎn)分量的像素中。在調(diào)整像素值時(shí)要注意，色度范圍是16-240，因此，當(dāng)像素值U(i，j)彡240-b時(shí)，U(i，j)=240 ;當(dāng)像素值U(i，j) ( 16_b時(shí)，U(i，j)=16。將下一個(gè)視頻幀作為當(dāng)前視頻幀，重復(fù)執(zhí)行步驟3直至視頻文件的所有視頻幀處
理完畢。為了評(píng)測本發(fā)明嵌入水印后的效果以及經(jīng)壓縮編碼壓縮后水印的效果，我們利用本實(shí)例中的方法進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用352X288的foreman序列，水印信息為標(biāo)有“TK”兩字母的大小為80X46的二值水印圖像。圖2和圖3分別為嵌入水印后的第一幀和第二幀圖像。圖4和圖5為視頻經(jīng)H. 264/AVC壓縮編碼壓縮后帶有水印的第一幀和第二幀圖像。我們利用峰值信噪比觀察水印嵌入視頻后視頻的客觀質(zhì)量，對(duì)此，我們做了一些改進(jìn)。由于本發(fā)明是利用人眼的視覺暫留特性在高幀率的視頻中嵌入水印，因此我們利用相鄰兩幀像素差值的變化作為衡量視頻主觀質(zhì)量的因子，對(duì)峰值信噪比中嵌入水印的像素值進(jìn)行修改如下I f (/, j) = Xf (/, j) + (Xf (i, j) — X/+1 (/，j)) — (Xf (i, j) — X；tl (i, j))其 中Xf (i，j)表示原始視頻第f幀(i，j)處的像素值，Xf+1(i, j)表示原始視頻第(f+1)幀(i，j)處的像素值，V f(i, j)表示嵌入水印后第f幀(i，j)處的像素值，V f+1(i, j)表示嵌入水印后第(f+Ι)幀(i，j)處的像素值，&(i,Z)表示經(jīng)修改后帶有水印的第f巾貞(i，j)處的像素值。在本實(shí)驗(yàn)中，使用352X288的foreman序列，巾貞數(shù)為300,因此f的可取值范圍為[2，300-1]，(i，j)范圍為視頻幀中所有的像素值，I < i < 352，I ^ j ^ 2880在峰值信噪比PSNR計(jì)算過程中，我們用1,替換原帶有水印的視頻幀。利用上述改進(jìn)對(duì)foreman序列和經(jīng)H. 264/AVC壓縮的視頻序列前4幀分別進(jìn)行峰值信噪比PSNR計(jì)算，結(jié)果如表1，
權(quán)利要求
1.一種視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，在相鄰兩幀相同空域位置嵌入符號(hào)相反的同一位水印值，同時(shí)對(duì)視頻的適用要求為幀率達(dá)到60HZ及以上；該方法將視頻幀分為奇數(shù)幀和偶數(shù)巾貞，將二值水印按照比例與奇數(shù)幀像素值相加或相減，與偶數(shù)幀像素值相減或相加，使相鄰兩幀相同位置像素平均值與原視頻圖像像素值相等，達(dá)到奇偶幀水印嵌入處的圖像像素值互補(bǔ)的效果。
2.如權(quán)利要求I所述的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，將水印直接嵌入到圖像空域像素中，水印嵌入方法為水印嵌入前，根據(jù)載體圖像待嵌入位置像素值調(diào)整水印值b，根據(jù)視頻幀的奇偶性，確定水印值b的正負(fù)值，如公式2 ;水印值確定后，水印的嵌入方法如公式1，當(dāng)水印信息位是O時(shí)，載體圖像像素值與調(diào)整后的水印值b相減；當(dāng)水印信息位是I時(shí)，載體圖像像素值與調(diào)整后的水印值b相加；
3.如權(quán)利要求2所述的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，具體步驟為 1)讀取二值水印圖像； 2)選擇欲將水印嵌入到視頻幀的分量，逐一獲取視頻文件的視頻幀，判斷視頻幀的奇偶性；根據(jù)水印圖像大小確定待嵌入?yún)^(qū)域； 3)根據(jù)視頻幀奇偶性調(diào)整水印值符號(hào)，使相鄰兩幀相同位置嵌入的同一位水印值的符號(hào)相反，將調(diào)整后的水印值嵌入視頻幀分量的像素中； 4)將下一個(gè)視頻幀作為當(dāng)前視頻幀，重復(fù)執(zhí)行步驟3直至視頻文件的所有視頻幀處理完畢。
4.如權(quán)利要求3所述的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，所述步驟3)中根據(jù)視頻幀的奇偶性調(diào)整水印值符號(hào)嵌入視頻幀的詳細(xì)步驟包括當(dāng)前幀為奇數(shù)幀，水印為正值；當(dāng)前幀為偶數(shù)幀，水印為負(fù)值；根據(jù)公式I將調(diào)整后的水印值直接嵌入視頻幀分量的像素中。
5.如權(quán)利要求3所述的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，所述步驟3)中根據(jù)視頻幀的奇偶性調(diào)整水印值符號(hào)嵌入視頻幀的詳細(xì)步驟包括當(dāng)前幀為奇數(shù)幀，水印為負(fù)值；當(dāng)前幀為偶數(shù)幀，水印為正值；根據(jù)公式I將調(diào)整后的水印值直接嵌入視頻幀分量的像素中。
6.如權(quán)利要求3所述的所述的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，所述步驟2)中，選擇欲將水印嵌入到視頻幀的分量，所述分量的選擇可以是以下方案的一種或幾種的組合 a.將水印嵌入到視頻幀的Y分量中，權(quán)值因子α小于1/8; b.將水印嵌入到視頻幀的U分量中，權(quán)值因子α小于1/6;C.將水印嵌入到視頻幀的V分量中，權(quán)值因 子α小于1/6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種視頻播放時(shí)不可見、視頻靜止時(shí)可見的視頻水印實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明利用人眼視覺暫留特性以及視頻中相鄰兩幀圖像相似度高的特點(diǎn)，對(duì)幀率達(dá)到60Hz及以上的視頻，在相鄰兩幀相同空域位置嵌入符號(hào)相反的同一位水印值，達(dá)到在視頻靜止時(shí)水印清晰可見，在視頻播放時(shí)水印不可見且不影響視頻的主觀質(zhì)量的效果。本發(fā)明在經(jīng)H.264/AVC壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮后水印依然有效、清晰可見。本發(fā)明無需提取算法和提取設(shè)備，具有開銷小，使用簡單、有效的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102905127SQ20121028098
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者楊峰, 譚凱 申請(qǐng)人:山東師范大學(xué)