多媒體數(shù)字水印嵌入及分離方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多媒體數(shù)字水印嵌入方法及分離方法和裝置，其中水印嵌入方法包括：預(yù)設(shè)階段、水印處理階段以及密文處理階段；水印處理階段包括計算水印融合信息與解密信息的步驟。本發(fā)明提出的方案能夠根據(jù)用戶需求來設(shè)置水印嵌入的特征，魯棒性強，并能夠生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授權(quán)。
【專利說明】多媒體數(shù)字水印嵌入及分離方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字水印【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多媒體數(shù)字水印嵌入及分離方法和
>J-U裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多媒體技術(shù)和社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來越多的媒體文件被制作并分享在網(wǎng)絡(luò)上，版權(quán)保護問題就成為了越來越被關(guān)注的問題，很多技術(shù)被開發(fā)用來做數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護，其中數(shù)字水印就是一種比較有效的保護方式。多媒體數(shù)字水印，是將版權(quán)標識信息嵌入數(shù)字載體中，既不影響原載體的正常使用，也不容易被篡改，從而達到版權(quán)保護的目的。數(shù)字生活中有很多常見的多媒體水印例子，如電視廣播節(jié)目中的電視臺臺標就是一種水印形式；網(wǎng)絡(luò)新聞報道的插圖中嵌入新聞來源的標識；各大視頻門戶網(wǎng)站所播放的在線影視也會打上其相應(yīng)的商業(yè)標識，以告知版權(quán)所有者身份。
[0003]目前，在多媒體文件中嵌入水印信息，主要是采用兩種方式，一種是對原始數(shù)據(jù)進行處理，也就是在媒體制作的過程中把水印直接嵌入圖像或者視頻幀內(nèi)部，嵌入過程采用加密手段，使得觀看者可以直接觀看打上水印的內(nèi)容，或者在獲取相應(yīng)的解密手段后能將水印剝離而觀賞到無水印效果干擾的內(nèi)容；另一種方式是將水印直接加入數(shù)據(jù)的壓縮比特流進行傳輸，但是這種方式受到壓縮比特率的限制而不得不限定嵌入水印數(shù)據(jù)量的大小，無法容忍用戶自定義的水印信息。本申請使用前者的方式，即在媒體文件的原始數(shù)據(jù)中嵌入數(shù)字水印。
[0004]媒體中嵌入類似商標的水印，可以向觀看者申明當(dāng)前內(nèi)容的版權(quán)所有信息，由誰制作由誰發(fā)布等等，一般是制作方將原始圖像或者視頻幀與水印信息進行融合，使得水印的效果可以覆蓋一定區(qū)域的原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可見或隱藏，接收方通過融合的逆向方法從對應(yīng)的區(qū)域中抽取出嵌入的水印信息并且恢復(fù)原始內(nèi)容的使用效果。如果水印融合算法魯幫性不夠強，則容易被某些編輯手段進行模糊化處理甚至直接提取水印信息并篡改，從而可能導(dǎo)致版權(quán)侵犯行為。
[0005]水印呈現(xiàn)出的形式多種多樣，從靜止到運動，從清晰可見到隱藏至深。其中，制作視頻水印的復(fù)雜度比靜態(tài)圖像水印要高，而且由于視頻幀間連續(xù)性規(guī)律，使用幀間運算方法容易將基于原始數(shù)據(jù)處理的數(shù)字水印提取，使得版權(quán)保護手段失效。而且，相同的水印信息以不同清晰度融入原始數(shù)據(jù)以后，經(jīng)過壓縮編碼、傳輸以及解碼等過程，部分信息可能會丟失，導(dǎo)致版權(quán)效果減弱。
[0006]目前市面上大部分數(shù)字水印制作軟件，僅提供較為單一的靜態(tài)水印嵌入效果。即使有的軟件能提供一些水印動態(tài)效果，卻僅考慮水印嵌入的制作過程，不支持水印分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種多媒體數(shù)字水印嵌入方法，能夠根據(jù)用戶需求來設(shè)置水印嵌入的特征，水印直接融入原始圖像或視頻幀數(shù)據(jù)中，魯棒性強，不易被非法手段截取甚至篡改，嵌入后生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授權(quán)。
[0008]本發(fā)明還提出一種多媒體數(shù)字水印分離方法，能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體數(shù)字水印的分離。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0010]一種多媒體數(shù)字水印嵌入方法，包括:預(yù)設(shè)階段、水印處理階段以及密文處理階段；
[0011]所述預(yù)設(shè)階段包括:導(dǎo)入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果參數(shù)；所述水印效果參數(shù)包括視頻動態(tài)水印、水印起始位置、動態(tài)軌跡、運動速率或者可見程度；
[0012]所述水印處理階段包括計算水印融合信息與解密信息的步驟；所述計算水印融合信息與解密信息的步驟包括:
[0013]計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；使用快速獨立分量分析算法計算出對應(yīng)RGB的三路分離矩陣；計算出對應(yīng)RGB的三路信源陣列；找到每一路信源矩陣中的低頻矢量索引；根據(jù)水印嵌入需求對可見程度的要求，生成融合矩陣；將水印信息RGB分量對應(yīng)混合入關(guān)鍵幀每一路RGB低頻矢量并計算出對應(yīng)RGB的三路低頻矢量與水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息；
[0014]所述密文處理階段的密文包括:水印效果參數(shù)、水印關(guān)鍵幀索引、解密信息以及水印融合信息。
[0015]上述方法中，水印嵌入需求還可以包括:本地編解碼方案、待嵌入水印的視頻或圖像、水印圖片、以及密文加密口令。
[0016]上述方法中，所述的水印處理階段中，計算水印融合信息與解密信息的步驟之前還可以包括:啟動編解碼流水線、檢測關(guān)鍵幀；所述計算水印融合信息與解密信息的步驟之后還可以包括:啟動水印嵌入流水線、生成嵌入水印的媒體文件。
[0017]上述方法中，所述編解碼流水線可以為開啟解碼或編碼工作序列；
[0018]所述解碼工作序列可以為:解析媒體文件,讀取數(shù)據(jù)并輸出RGB模式的幀數(shù)據(jù)；
[0019]所述編碼工作序列可以為:接收RGB模式的幀數(shù)據(jù)，寫入對應(yīng)生成的媒體文件中。
[0020]針對視頻文件，檢測關(guān)鍵幀可以為:在視頻段中檢測能量分布較為均勻的視頻幀，將該視頻幀作為關(guān)鍵幀；針對圖像文件，檢測關(guān)鍵幀可以為:直接將所述圖像作為關(guān)鍵幀。
[0021]上述方法中，啟動水印嵌入流水線可以包括以下步驟:
[0022](I)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0023](2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0024](3)使用RGB三路分離矩陣計算出RGB三路信源矩陣陣列；
[0025](4)利用融合矩陣將信源低頻矢量與水印矢量相融合；
[0026](5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低頻矢量，產(chǎn)生嵌入水印后的信源；
[0027](6)由分離逆矩陣與嵌入水印后的信源計算出三路嵌入水印的RGB觀測分量。
[0028]上述方法中，密文處理階段可以包括:將水印融合信息與解密信息寫入密文文件和使用口令加密密文。
[0029]本發(fā)明還提出一種多媒體數(shù)字水印分離方法，包括:預(yù)設(shè)階段、密文處理階段以及水印處理階段；
[0030]所述水印處理階段包括:定位關(guān)鍵幀、利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片;
[0031]針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:通過關(guān)鍵幀索引從視頻序列中找到關(guān)鍵幀位置；針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:直接將圖像作為關(guān)鍵幀；
[0032]所述利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片包括以下步驟:
[0033]計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；利用水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量，恢復(fù)出水印信息；其中，所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量的索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息。
[0034]上述方法中，預(yù)設(shè)階段可以包括:導(dǎo)入本地編解碼方案、嵌入水印的圖像或視頻、加密密文、密文解密口令。
[0035]上述方法中，密文處理階段可以包括使用口令解密密文、解析密文中的信息。
[0036]上述方法中，水印處理階段還可以包括:啟動編解碼流水線、啟動水印分離流水線以及恢復(fù)原始媒體文件。
[0037]上述方法中，啟動水印分離流水線可以包括以下步驟:
[0038](I)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0039](2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0040](3)利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；
[0041](4)利用水印融合矩陣和水印矢量信息，計算出三路原始低頻矢量；
[0042](5)利用分離矩陣逆矩陣恢復(fù)RGB三路原始觀測陣列信息。
[0043]一種多媒體數(shù)字水印嵌入裝置，包括:
[0044]用戶接口抽象，用于導(dǎo)入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果參數(shù)；所述水印效果參數(shù)包括視頻動態(tài)水印、水印起始位置、動態(tài)軌跡、運動速率或者可見程度；
[0045]水印處理引擎，用于計算水印融合信息與解密信息；所述計算水印融合信息與解密信息的步驟包括:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；使用快速獨立分量分析算法計算出對應(yīng)RGB的三路分離矩陣；計算出對應(yīng)RGB的三路信源陣列；找到每一路信源矩陣中的低頻矢量索引；根據(jù)水印嵌入需求對可見程度的要求，生成融合矩陣；將水印信息RGB分量對應(yīng)混合入關(guān)鍵幀每一路RGB低頻矢量并計算出對應(yīng)RGB的三路低頻矢量與水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息；
[0046]加密密文模塊，用于執(zhí)行密文處理，所述密文處理的密文包括:水印效果參數(shù)、水印關(guān)鍵幀索弓1、解密信息以及水印融合信息。
[0047]上述裝置還可以包括:
[0048]編解碼模塊，用于開啟解碼或編碼工作序列；
[0049]所述解碼工作序列為:解析媒體文件,讀取數(shù)據(jù)并輸出RGB模式的幀數(shù)據(jù)；
[0050]所述編碼工作序列為:接收RGB模式的幀數(shù)據(jù)，寫入對應(yīng)生成的媒體文件中。
[0051]一種多媒體數(shù)字水印分離裝置，包括:
[0052]用戶接口抽象，用于執(zhí)行預(yù)設(shè)；[0053]加密密文模塊，用于執(zhí)行密文處理；
[0054]水印處理引擎，用于執(zhí)行水印處理，包括:定位關(guān)鍵幀、利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片；
[0055]針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:通過關(guān)鍵幀索引從視頻序列中找到關(guān)鍵幀位置；針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:直接將圖像作為關(guān)鍵幀；
[0056]所述利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片包括以下步驟:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；利用水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量，恢復(fù)出水印信息；其中，所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量的索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息。
[0057]綜上可見，本發(fā)明提出靈活有效的多媒體數(shù)字水印嵌入和分離方法及裝置，使用者可以根據(jù)用戶需求來設(shè)置水印嵌入的特征，包括水印信息、動態(tài)軌跡以及可見度等豐富的水印效果。水印直接融入原始圖像或視頻幀數(shù)據(jù)中，魯棒性強，不易被非法手段截取甚至篡改，嵌入后生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授權(quán)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1為本發(fā)明實施例一中多媒體數(shù)字水印處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖2為本發(fā)明實施例二中水印嵌入的實現(xiàn)流程圖；
[0060]圖3為本發(fā)明實施例二中編解碼流水線不意圖；
[0061]圖4為本發(fā)明實施例四中數(shù)字水印融合與加密實現(xiàn)流程圖；
[0062]圖5為本發(fā)明實施例五中數(shù)字水印嵌入流水線示意圖；
[0063]圖6為本發(fā)明實施例六中密文信息的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖示意圖；
[0064]圖7為本發(fā)明實施例七中數(shù)字水印分離的實現(xiàn)流程圖；
[0065]圖8為本發(fā)明實施例八中數(shù)字水印信息恢復(fù)實現(xiàn)流程圖；
[0066]圖9為本發(fā)明實施例九中數(shù)字水印分離流水線示意圖。
【具體實施方式】
[0067]本發(fā)明的解決方案是提供一種多媒體數(shù)字水印處理方法，可針對圖像、視頻文件進行水印的嵌入與分離。該方法依托于本地多媒體解決方案，對圖像或者視頻幀進行編解碼操作，其處理核心是對抽取出來的圖像或視頻幀進行解析，使用獨立分量分析算法找到水印圖片與原始數(shù)據(jù)相互融合的方式，并減弱視頻連續(xù)幀間的相關(guān)性。同時提供多種水印嵌入形式，支持視頻動態(tài)水印方向、水印可見度調(diào)整等。生成的加密密文適用于水印分離的逆向過程。對應(yīng)的裝置提供了向上的接口層，方便本地應(yīng)用程序使用。
[0068]本發(fā)明提供了一種多媒體數(shù)字水印嵌入方法和裝置，以及一種多媒體數(shù)字水印分離方法和裝置。
[0069]水印嵌入方法分為三個階段，預(yù)設(shè)階段、水印處理階段以及密文處理階段。
[0070]預(yù)設(shè)階段由本申請裝置的上層應(yīng)用程序?qū)胨∏度胄枨蟆Ｆ渲兴∏度胄枨?，包括本地編解碼方案、待嵌入水印的視頻或圖像、水印圖片、水印效果參數(shù)以及密文加密口令。水印效果參數(shù)，包括視頻動態(tài)水印、水印起始位置、動態(tài)軌跡、運動速率或者可見程度等信息。
[0071]水印處理階段，包括啟動編解碼流水線、檢測關(guān)鍵幀、計算水印融合信息與解密信息、啟動水印嵌入流水線、生成嵌入水印的媒體文件等步驟。
[0072]其中編解碼流水線，是開啟解碼與編碼兩個工作序列，解碼工作序列解析媒體文件，讀取數(shù)據(jù)并輸出RGB模式的幀數(shù)據(jù)，編碼工作序列接收RGB模式的幀數(shù)據(jù)，寫入對應(yīng)生成的媒體文件中。
[0073]檢測關(guān)鍵幀，是指在視頻段中檢測能量分布較為均勻的視頻幀，選取的目的在于提高水印嵌入算法性能，優(yōu)化水印呈現(xiàn)效果。若原始資源是圖像而非視頻，則直接將圖像作為關(guān)鍵幀來處理。
[0074]解密信息，包括關(guān)鍵幀的RGB三路分離矩陣和對應(yīng)三路信源中低頻矢量索引。水印融合信息，包括水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB的三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量。計算水印融合信息與解密信息，分為以下步驟:
[0075](I)計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0076](2)解析關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0077](3)初始化分離矩陣；
[0078](4)使用快速獨立分量分析算法計算出對應(yīng)RGB的三路分離矩陣；
[0079](5)計算出對應(yīng)RGB的三路信源陣列；
[0080](6)找到每一路信源中低頻矢量索引；
[0081](7)根據(jù)水印嵌入需求對可見程度的要求，生成融合矩陣；
[0082](8)將水印信息RGB分量對應(yīng)混合入每一路RGB低頻矢量并計算出對應(yīng)RGB的三路低頻矢量與水印混合后的三路次要信息矢量。
[0083]啟動水印嵌入流水線，分為以下步驟:
[0084](I)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0085](2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0086](3)使用RGB三路分離矩陣計算出RGB三路信源矩陣陣列；
[0087](4)利用融合矩陣將信源低頻矢量與水印矢量相融合；
[0088](5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低頻矢量，產(chǎn)生嵌入水印后的信源；
[0089](6)由分離逆矩陣與嵌入水印后的信源計算出三路嵌入水印的RGB觀測分量。
[0090]水印嵌入的密文處理階段，包括水印融合信息與解密信息寫入密文文件、使用口令加密密文。密文正文包括水印效果參數(shù)、水印關(guān)鍵幀索引、水印解密信息以及水印融合信肩、O
[0091]水印分離方法也分為三個階段，預(yù)設(shè)階段、密文處理階段以及水印處理階段。
[0092]預(yù)設(shè)階段，由本申請裝置的上層應(yīng)用程序?qū)氡镜鼐幗獯a方案、嵌入水印的圖像或視頻、加密密文、密文解密口令。
[0093]密文處理階段，使用口令解密密文、解析密文中的信息。
[0094]水印處理階段，包括啟動編解碼流水線、定位關(guān)鍵幀、利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片、啟動水印分離流水線以及恢復(fù)原始媒體文件。
[0095]定位關(guān)鍵幀，是通過關(guān)鍵幀索引從視頻序列中找到關(guān)鍵幀位置。若原始資源是圖像而非視頻，則直接將圖像作為關(guān)鍵幀來處理。
[0096]利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片，分為以下步驟:
[0097](I)計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0098](2)解析關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0099](3)利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；
[0100](4)利用水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量，計算出水印信息；
[0101](5)恢復(fù)水印圖片效果。
[0102]啟動水印分離流水線，分為以下步驟:
[0103](I)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域；
[0104](2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；
[0105](3)利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；
[0106](4)利用水印融合矩陣和水印矢量信息，計算出二路原始低頻矢量；
[0107](5)利用分離矩陣逆矩陣恢復(fù)RGB三路原始觀測陣列信息；
[0108]為了使本申請的目的、技術(shù)手段和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本申請做進一步詳細說明。
[0109]實施例一:
[0110]如圖1為本發(fā)明實施例一中多媒體數(shù)字水印處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所配置的裝置由用戶接口抽象101、編解碼方案模塊102、水印處理引擎103、加密密文模塊104和文件存儲模塊105組成。在該結(jié)構(gòu)中，用戶接口抽象101用于與應(yīng)用程序?qū)?，接收上層設(shè)置的參數(shù)，即某個應(yīng)用程序?qū)Χ嗝襟w數(shù)字水印的處理需求描述。編解碼方案模塊102可以接收本地多媒體方案，支持視頻與圖像的編解碼，可以抽取多媒體文件中的數(shù)據(jù)，也可以將多媒體數(shù)據(jù)寫入某種格式的媒體文件中。水印處理引擎103是本申請方法的處理中心，也是本申請裝置的核心組件，用來分析從編解碼方案模塊102中輸出的多媒體數(shù)據(jù)，根據(jù)需求描述將水印嵌入多媒體原始數(shù)據(jù)中或者從媒體數(shù)據(jù)中分離，針對圖像媒體可以嵌入與分離靜態(tài)水印信息，針對視頻媒體還可以支持動態(tài)水印，以流水線操作的方式進行處理，可以支持存儲與在線形式的媒體數(shù)據(jù)輸入輸出。加密密文模塊104是用戶交互授權(quán)組件，根據(jù)需求中的用戶口令，將水印處理引擎103輸出的信息進行文本化并加密，用于終端間傳輸和授權(quán)驗證操作。文件存儲模塊105則是對生成的文件做存儲處理，即時播放或者存儲，保存本地或者云端。
[0111]實施例二:
[0112]如圖2為本發(fā)明實施例二中水印嵌入的實現(xiàn)流程圖。從信息導(dǎo)入到處理結(jié)果輸出，具體描述如下:
[0113]多媒體數(shù)字水印嵌入主流程首先進入預(yù)設(shè)階段，該階段中由上層應(yīng)用程序向本申請的裝置中設(shè)置需求參數(shù)。
[0114]步驟201，導(dǎo)入本地編解碼方案需求，就是使本申請的裝置獲取到本地的多媒體處理能力，支持后續(xù)編解碼工作。[0115]步驟202，導(dǎo)入視頻或者圖像資源，這個作為用戶需要打入水印的原始媒體文件，同時導(dǎo)入水印圖片，本申請的裝置的用戶接口抽象101提供接收水印圖片形式的對上接口，而用戶如何選擇或者創(chuàng)建水印圖片信息的過程以及界面風(fēng)格，由上層應(yīng)用程序提供界面支持。
[0116]步驟203，導(dǎo)入水印參數(shù)效果，這個步驟就是要設(shè)置堆水印的需求描述，上步驟202中已經(jīng)設(shè)置了水印圖片，這里就要對水印的呈現(xiàn)方式做具體描述。
[0117]所述水印呈現(xiàn)方式包括，靜止于某個固定位置上的水印效果；以某種運動軌跡進行飛行移動的動態(tài)效果等。描述中包括水印的初始位置，動態(tài)方式，動態(tài)速率，可見程度等多種信息，這些信息會在后續(xù)水印嵌入或者分離過程中影響算法的具體實施。
[0118]所述步驟203中，如果針對圖像資源的水印嵌入，則不提供動態(tài)水印需求的描述，僅提供靜態(tài)方式呈現(xiàn)。
[0119]步驟204，導(dǎo)入密文口令，這個密文口令由上層應(yīng)用程序與用戶交互時得到，目的用于以密碼串對水印嵌入的過程描述進行加密。使得當(dāng)嵌入水印后的媒體文件需要在另一臺終端上進行水印分離操作時，必須首先經(jīng)過某種用戶間的授權(quán)動作傳遞加密密文，再進行使用口令對密文進行解密，繼而利用解密后的密文內(nèi)容進行水印分離。也可以接收非加密情況，則密文則以明文形式生成。步驟204之后進行水印處理階段。
[0120]步驟205，在水印數(shù)據(jù)處理之前，啟動編解碼流水線。由于之前設(shè)置了待嵌入水印的視頻或者圖像資源，該步驟對資源進行定位，資源可能在本地也可能在云端服務(wù)器中，所以要確定資源獲取方式，并嘗試讀取和分析文件數(shù)據(jù)。打開解碼與編碼兩個工作序列，同時進行編解碼工作以實現(xiàn)實時轉(zhuǎn)換與顯示的目的。具體詳見如實施例三描述。
[0121]步驟206，檢測關(guān)鍵幀。水印呈現(xiàn)方式可能是靜態(tài)的，也可能是動態(tài)的，對于視頻水印的嵌入，由于是要直接修改原始媒體數(shù)據(jù)，也就是要把水印嵌入到每一幀數(shù)據(jù)中，若每一幀都單獨計算并產(chǎn)生對應(yīng)的解密信息的話，計算量龐大且生成的解密信息也很龐大，不利于實時性和傳輸?shù)姆奖?。所以本申請結(jié)合快速獨立分量分析算法(Fast-1CA)特性，在視頻幀序列中選擇關(guān)鍵幀作為水印嵌入基準，而不用對每一幀都獨立運算，以減少計算量和解密信息存儲量。
[0122]所述關(guān)鍵幀，是指某個視頻幀，其能量分布較為均勻，就是幀數(shù)據(jù)陣列中整體數(shù)據(jù)灰度分布均衡，沒有明顯太亮或者太暗的區(qū)域效果。這樣的選取，主要是為了實施Fast-1CA算法時，數(shù)據(jù)分離效果明顯，信源頻率分布也更加均勻而使得水印效果更佳。若原始資源是圖像資源，直接將圖像作為關(guān)鍵幀來處理。
[0123]步驟207，計算關(guān)鍵幀水印融合信息(簡稱水印融合信息)與解密信息。找到關(guān)鍵幀之后，將對該幀數(shù)據(jù)需要嵌入水印的區(qū)域進行解析，找到把水印與原始數(shù)據(jù)相融合的方式，作為水印融合信息，同時輸出可以作為方法逆向運算的數(shù)據(jù)段，作為解密信息。具體詳見如下實施例四描述。
[0124]步驟208，將水印融合信息與解密信息寫入密文文件，這些信息將作為水印分離時所必須參考的數(shù)據(jù)之一被寫入密文文件。具體相見如下實施例五描述。
[0125]步驟209，當(dāng)密文文件的內(nèi)容確定后，將用戶口令作為對密碼對密文全文進行加密，用以安全傳輸和用戶之間交互授權(quán)的憑據(jù)。
[0126]步驟210，啟動水印嵌入流水線。一旦確定了關(guān)鍵幀，分析出了水印融合信息與解密信息，就可以對視頻段進行水印嵌入，啟動流水線形式的工作序列，對視頻幀逐一處理。從解碼工作序列中獲取每一幀原始數(shù)據(jù)，輸出嵌入水印的幀數(shù)據(jù)。具體相見如下圖6描述。
[0127]考慮到用戶對水印需求，可能會在制作水印視頻的過程中變更水印圖片，則需要針對更新的水印圖片需要在相應(yīng)視頻段內(nèi)部重新選取關(guān)鍵幀并計算融合信息與解密信息。所以所述步驟206至步驟210，即虛線框部分，為可循環(huán)重復(fù)過程。
[0128]步驟211，是生成嵌入水印的媒體文件，主要是將步驟210輸出的幀數(shù)據(jù)送入編碼工作序列中，寫入新的媒體文件。
[0129]實施例三:
[0130]如圖3為本發(fā)明實施例三中編解碼流水線示意圖，具體描述如下:
[0131]解碼工作序列:
[0132]步驟301，通過本地手段或者遠程手段，獲取到媒體文件數(shù)據(jù)。
[0133]步驟302，分析媒體文件格式，解析容器以及數(shù)據(jù)流，播放前的解復(fù)用，判斷該媒體文件是否可以被本地多媒體方案所接收并處理。
[0134]步驟303，若本地多媒體方案無法處理該媒體格式，則轉(zhuǎn)入錯誤處理，通知上層應(yīng)用程序。
[0135]步驟304，若本地多媒體方案兼容該媒體格式，則提供抽取圖像或視頻幀數(shù)據(jù)。
[0136]步驟305，當(dāng)圖像數(shù)據(jù)或視頻幀數(shù)據(jù)輸出至水印處理引擎103之前，將其數(shù)據(jù)陣列轉(zhuǎn)化為RGB色彩模式，便于后期算法實施。
[0137]編碼工作序列:
[0138]步驟306，編碼開展之前首先判斷本地多媒體方案是否兼容目標編碼格式。若不兼容則轉(zhuǎn)入步驟303做錯誤處理。
[0139]步驟307，創(chuàng)建新的目標文件實體。
[0140]步驟308，接收由水印處理引擎103輸出的RGB模式的幀數(shù)據(jù)。
[0141 ] 步驟309，將幀數(shù)據(jù)壓縮并寫入目標文件實體中。
[0142]實施例四:
[0143]如圖4為本發(fā)明實施例四中數(shù)字水印融合與加密實現(xiàn)流程圖，其中核心算法是使用Fast-1CA,具體描述如下:
[0144]步驟401，在上述步驟206中已經(jīng)獲取到關(guān)鍵幀，則在本步驟中從解碼工作序列中提取關(guān)鍵幀的RGB數(shù)據(jù)。
[0145]步驟402，根據(jù)上層應(yīng)用設(shè)置的水印需求，起始位置、動態(tài)軌跡以及運動速率等信息，計算出水印嵌入該關(guān)鍵幀的區(qū)域位置，也就是水印顯示的區(qū)域，其區(qū)域尺寸與水印圖片的尺寸相同。但是若將水印圖片與顯示區(qū)域直接一比一的比例混合，很容易利用幀間算法找到融合規(guī)定并破解。本申請的方法是在該顯示區(qū)域周圍進行隱式擴充，使用延伸查詢的方式將該顯示區(qū)域數(shù)據(jù)提升至多維空間，多出的維度數(shù)據(jù)都是從該顯示區(qū)域周圍延伸進來的，形成多維陣列數(shù)據(jù)，表示為Observe，其維數(shù)為N，每一維空間的數(shù)據(jù)量和水印圖片信息量相同，假設(shè)水印圖片信息量為M，則Observlrey為NXM矩陣。維數(shù)的增加雖然可以增強算法的魯棒性，但同時也會增加計算復(fù)雜度，實際算法過程中，一般擴充至四維空間即可滿足算法魯棒性能，又不影響實時性能。
[0146]步驟403，分析Observkey,從中拆分提取出分別對應(yīng)RGB的陣列數(shù)據(jù)，作為三路原始觀測分量，表示為 Observkey_K、Observkey^ 和 0bservkey_B。
[0147]步驟404，F(xiàn)ast-1CA算法實施前，需要輸入一個初始的分離矩陣，其尺寸為NXN，矩陣數(shù)據(jù)隨機獲取，表示為WOTiginal。
[0148]步驟405，得到初始的隨機分離矩陣和RGB三路原始觀測分量以后，實施Fast-1CA迭代，在一定量化誤差范圍內(nèi)尋求相關(guān)度較低的獨立分量的求解，以下三個公式描述了求解的關(guān)系:
[0149]Sourcekey_K = ffkey_E ? 0bservkey_E (I)
[0150]Sourcekey_G = Wkey_G ? 0bservkey_G (2)
[0151]Sourcekey_B = Wkey_B ? 0bservkey_B (3)
[0152]根據(jù)算法原理，在已知一定維數(shù)的觀測分量的前提下，尋找出相同維數(shù)的信源，該信源中各維之間相互統(tǒng)計獨立。
[0153]步驟406，根 據(jù)所述步驟405中的求解關(guān)系，即公式(I) (2) (3)，算法輸出對應(yīng)RGB
的三路分離矩陣Wkey_K、ffkey_G, Wkey_B，均為NXN方陣。
[0154]步驟407，根據(jù)所述步驟405中的求解公式，同時得出對應(yīng)RGB的三路信源陣列Sourcekey_K、Sourcekey_G、Sourcekey_B,均為 NXM 矩陣。
[0155]步驟408，由于Fast-1CA是基于高階統(tǒng)計特性的分析方法，將觀測分量按頻率段投影形成信源分量，則信源分量中低頻矢量投影包含據(jù)大部分能量，則分別在Sourcekey_E> Sourcekey_G> Sourcekey_B中找到其能量最大的低頻矢量索引,低頻矢量表示為 LowFrequencykey_K、LowFrequencykey_G> LowFrequencykey_B,其索引表示為 Indexkey_K、Indexkey_G、Indexkey_B。
[0156]步驟409，把步驟406輸出的關(guān)鍵幀的三路分離矩陣Wkey_K、ffkey_G> Wkey_B與步驟408輸出的對應(yīng)的三路信源陣列的低頻矢量索引Indexkey_K、Indexkey_G, Indexkey_B,作為解密信息保存。
[0157]步驟410，由于信源陣列的低頻矢量包含了絕大部分的圖片區(qū)域能量，將水印信息與該低頻矢量進行線性融合，該線性融合表示為融合矩陣Mix，由于將兩個一維矢量信息進行融合，Mix為二維方陣。
[0158]所述融合矩陣Mix，其取值根據(jù)水印需求中對水印可見度的要求。
[0159]步驟411,水印信息表示為一維矢量Watermark,分為RGB三路矢量WatermarkK、Watermark^、WatermarkB,以下公式描述了融合過程:
[0160]
【權(quán)利要求】
1.一種多媒體數(shù)字水印嵌入方法，其特征在于，所述方法包括:預(yù)設(shè)階段、水印處理階段以及密文處理階段； 所述預(yù)設(shè)階段包括:導(dǎo)入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果參數(shù)；所述水印效果參數(shù)包括視頻動態(tài)水印、水印起始位置、動態(tài)軌跡、運動速率或者可見程度； 所述水印處理階段包括計算水印融合信息與解密信息的步驟；所述計算水印融合信息與解密信息的步驟包括:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；使用快速獨立分量分析算法計算出對應(yīng)RGB的三路分離矩陣；計算出對應(yīng)RGB的三路信源陣列；找到每一路信源矩陣中的低頻矢量索引；根據(jù)水印嵌入需求對可見程度的要求，生成融合矩陣；將水印信息RGB分量對應(yīng)混合入關(guān)鍵幀每一路RGB低頻矢量并計算出對應(yīng)RGB的三路低頻矢量與水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息； 所述密文處理階段的密文包括:水印效果參數(shù)、水印關(guān)鍵幀索引、解密信息以及水印融合信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水印嵌入需求還包括:本地編解碼方案、待嵌入水印的視頻或圖像、水印圖片、以及密文加密口令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水印處理階段中，計算水印融合信息與解密信息的步驟之前還包括:啟動編解碼流水線、檢測關(guān)鍵幀； 所述計算水印融合信息與解密信息的步驟之后還包括:啟動水印嵌入流水線、生成嵌入水印的媒體文件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，`所述編解碼流水線為開啟解碼或編碼工作序列； 所述解碼工作序列為:解析媒體文件，讀取數(shù)據(jù)并輸出RGB模式的幀數(shù)據(jù)； 所述編碼工作序列為:接收RGB模式的幀數(shù)據(jù)，寫入對應(yīng)生成的媒體文件中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，針對視頻文件，所述檢測關(guān)鍵幀為:在視頻段中檢測能量分布較為均勻的視頻幀，將該視頻幀作為關(guān)鍵幀； 針對圖像文件，所述檢測關(guān)鍵幀為:直接將所述圖像作為關(guān)鍵幀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述啟動水印嵌入流水線包括以下步驟: (1)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域； (2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量； (3)使用RGB三路分離矩陣計算出RGB三路信源矩陣陣列； (4)利用融合矩陣將信源低頻矢量與水印矢量相融合； (5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低頻矢量，產(chǎn)生嵌入水印后的信源； (6)由分離逆矩陣與嵌入水印后的信源計算出三路嵌入水印的RGB觀測分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述密文處理階段包括:將水印融合信息與解密信息寫入密文文件和使用口令加密密文。
8.一種多媒體數(shù)字水印分離方法，其特征在于，所述方法包括:預(yù)設(shè)階段、密文處理階段以及水印處理階段； 所述水印處理階段包括:定位關(guān)鍵幀、利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片； 針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:通過關(guān)鍵幀索引從視頻序列中找到關(guān)鍵幀位置；針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:直接將圖像作為關(guān)鍵幀； 所述利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片包括以下步驟:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；利用水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量，恢復(fù)出水印信息；其中，所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量的索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)階段包括:導(dǎo)入本地編解碼方案、嵌入水印的圖像或視頻、加密密文、密文解密口令。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的密文處理階段包括使用口令解密密文、解析密文中的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述水印處理階段還包括:啟動編解碼流水線、啟動水印分離流水線以及恢復(fù)原始媒體文件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述啟動水印分離流水線包括以下步驟: (1)計算出當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域； (2)解析當(dāng)前幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量； (3)利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量； (4)利用水印融合矩陣和水印矢量信息，計算出三路原始低頻矢量； (5)利用分離矩陣逆矩陣恢復(fù)RGB三路原始觀測陣列信息。
13.一種多媒體數(shù)字水印嵌入裝置，其特征在于，所述裝置包括: 用戶接口抽象，用于導(dǎo)入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果參數(shù)；所述水印效果參數(shù)包括視頻動態(tài)水印、水印起始位置、動態(tài)軌跡、運動速率或者可見程度； 水印處理引擎，用于計算水印融合信息與解密信息；所述計算水印融合信息與解密信息的步驟包括:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；使用快速獨立分量分析算法計算出對應(yīng)RGB的三路分離矩陣；計算出對應(yīng)RGB的三路信源陣列；找到每一路信源矩陣中的低頻矢量索引；根據(jù)水印嵌入需求對可見程度的要求，生成融合矩陣；將水印信息RGB分量對應(yīng)混合入關(guān)鍵幀每一路RGB低頻矢量并計算出對應(yīng)RGB的三路低頻矢量與水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息； 加密密文模塊，用于執(zhí)行密文處理，所述密文處理的密文包括:水印效果參數(shù)、水印關(guān)鍵幀索引、解密信息以及水印融合信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝 置，其特征在于，所述裝置還包括: 編解碼模塊，用于開啟解碼或編碼工作序列； 所述解碼工作序列為:解析媒體文 件，讀取數(shù)據(jù)并輸出RGB模式的幀數(shù)據(jù)； 所述編碼工作序列為:接收RGB模式的幀數(shù)據(jù)，寫入對應(yīng)生成的媒體文件中。
15.一種多媒體數(shù)字水印分離裝置，其特征在于，所述裝置包括: 用戶接口抽象，用于執(zhí)行預(yù)設(shè)；加密密文模塊，用于執(zhí)行密文處理； 水印處理引擎，用于執(zhí)行水印處理，包括:定位關(guān)鍵幀、利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片； 針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:通過關(guān)鍵幀索引從視頻序列中找到關(guān)鍵幀位置；針對圖像文件，所述定位關(guān)鍵幀為:直接將圖像作為關(guān)鍵幀； 所述利用水印融合信息與解密信息恢復(fù)水印圖片包括以下步驟:計算出關(guān)鍵幀水印嵌入?yún)^(qū)域，提取RGB三路觀測分量；利用對應(yīng)RGB的三路分離矩陣計算出嵌入水印的信源陣列，并利用三路信源中低頻矢量索引去提取三路信源低頻矢量；利用水印融合矩陣和關(guān)鍵幀的RGB三路低頻矢量與水印混合后輸出的三路次要信息矢量，恢復(fù)出水印信息；其中，所述RGB的三路分離矩陣和低頻矢量的索引為解密信息，所述融合矩陣和次要信息矢量為水印融合信息。`
【文檔編號】H04N21/8358GK103533457SQ201310362964
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】吳亮, 郝剛, 季兵 申請人:三星電子（中國）研發(fā)中心, 三星電子株式會社