本發(fā)明涉及信息隱藏和數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，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(diǎn)。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。但零水印技術(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，我們需要研究的地方還很多。

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(jià)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(gè)重要研究方向。

零水印技術(shù)：首先把表征圖像特征的某種信息通過某種特定的算法提取出來，然后以某種規(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(gè)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(shí)，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(gè)新的水印信息，判斷這個(gè)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。

鑒于此，如何提供一種視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的視頻零水印構(gòu)造算法的速度問題，并在保證視頻水印魯棒性的同時(shí)，有效抵擋住旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊成為目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的視頻零水印構(gòu)造算法的速度問題，并在保證視頻水印魯棒性的同時(shí)，有效抵擋住旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊。

第一方面，本發(fā)明提供一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法，包括：

提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度；

采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域，將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣計(jì)算其特征矩陣和特征值；

將水印圖像進(jìn)行加密，生成水印密文；

將所述水印密文與計(jì)算得到的特征值進(jìn)行異或處理，形成零水印，并將所述零水印注冊到知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中。

可選地，所述提取視頻中的關(guān)鍵幀，包括：

采用像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀；

其中，所述像素幀平均法，包括：

將視頻分為多個(gè)視頻段，取視頻段中所有幀的某一位置上的像素值求其平均值，將該視頻段中該位置上的像素值與該平均值之差最小的幀作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

可選地，所述將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域，包括：

將獲得的低頻信號進(jìn)行去噪；

將去噪后的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域。

可選地，所述將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值，包括：

將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換，根據(jù)表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值。

可選地，所述將水印圖像進(jìn)行加密，生成水印密文，包括：

將水印圖像進(jìn)行Arnold置亂加密，生成水印密文。

第二方面，本發(fā)明提供一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包括：關(guān)鍵幀提取模塊、關(guān)鍵幀處理模塊、水印圖像加密模塊和零水印構(gòu)造及注冊模塊；其中：

所述關(guān)鍵幀提取模塊，用于提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度；

所述關(guān)鍵幀處理模塊，包括：小波變換單元和拉東變換單元；

所述小波變換單元，用于采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域；

所述拉東變換單元，用于將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣計(jì)算其特征矩陣和特征值；

所述水印圖像加密模塊，用于將水印圖像進(jìn)行加密，生成水印密文；

所述零水印構(gòu)造及注冊模塊，用于將所述水印密文與計(jì)算得到的特征值進(jìn)行異或處理，形成零水印，并將所述零水印注冊到知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中。

可選地，所述關(guān)鍵幀提取模塊，具體用于采用像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度；

其中，所述像素幀平均法，包括：

取視頻段中所有幀的某一位置上的像素值求其平均值，將該視頻段中該位置上的像素值與該平均值之差最小的幀作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

可選地，所述小波變換單元，具體用于

采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號進(jìn)行去噪，將去噪后的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域。

可選地，所述拉東變換單元，具體用于

將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換，根據(jù)表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值。

可選地，所述水印圖像加密模塊，具體用于

將水印圖像進(jìn)行Arnold置亂加密，生成水印密文。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的視頻零水印構(gòu)造算法的速度問題，并在保證視頻水印魯棒性的同時(shí)，有效抵擋住旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他的實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法，包括下述步驟101-104：

101、提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度。

應(yīng)說明的是，步驟101提取關(guān)鍵幀的目的有兩個(gè)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(dòng)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(gè)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(shí)，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。

在具體應(yīng)用中，所述步驟101可以采用像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀。

其中，所述像素幀平均法，包括：

將視頻分為多個(gè)視頻段，取視頻段中所有幀的某一位置上的像素值求其平均值，將該視頻段中該位置上的像素值與該平均值之差最小的幀作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

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。

102、采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域，將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣計(jì)算其特征矩陣和特征值。

在具體應(yīng)用中，所述步驟102中的“將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域”，可以具體包括：

將獲得的低頻信號進(jìn)行去噪；

將去噪后的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域。

可理解的是，轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號具有較高的信噪比。

在具體應(yīng)用中，將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換時(shí)，由于矩陣龐大，程序所需的內(nèi)存、運(yùn)算量成倍增長，而拋物線radon畢竟精度受限，且在頻域上存在穩(wěn)定性等問題，此時(shí)宜選用在時(shí)間-空間域中計(jì)算較為妥當(dāng)；所以步驟102中的Radon變換可優(yōu)選為表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換，步驟102中的“將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值，可以具體為：

將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換，根據(jù)表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值。

可理解的是，在時(shí)間-空間域中對表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換求解，比在頻域中使用它的求解過程穩(wěn)定，計(jì)算精度高，節(jié)省內(nèi)存，計(jì)算速度也大大加快，更能抗抗旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊，也更適用于構(gòu)造視頻中的零數(shù)字水印。

103、將水印圖像進(jìn)行加密，生成水印密文。

優(yōu)選地，所述步驟103可以將水印圖像進(jìn)行Arnold置亂(即貓臉置亂)加密，生成水印密文。

104、將所述水印密文與計(jì)算得到的特征值進(jìn)行異或處理，形成零水印，并將所述零水印注冊到知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中。

在具體應(yīng)用中，舉例來說，所述知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫可以為IPR(知識產(chǎn)權(quán)Intellectual Property Rights)信息數(shù)據(jù)庫。

可理解的是，離散小波變換DWT：余弦變換DCT是經(jīng)典的譜分析工具，他考察的是整個(gè)時(shí)域過程的頻域特征或整個(gè)頻域過程的時(shí)域特征，因此對于平穩(wěn)過程，他有很好的效果，但對于非平穩(wěn)過程，他卻有諸多不足。在JPEG中，離散余弦變換將圖像壓縮為8×8的小塊，然后依次放入文件中，這種算法靠丟棄頻率信息實(shí)現(xiàn)壓縮，因而圖像的壓縮率越高，頻率信息被丟棄的越多。在極端情況下，JPEG圖像只保留了反映圖像外貌的基本信息，精細(xì)的圖像細(xì)節(jié)都損失了。離散小波變換是現(xiàn)代譜分析工具，他既能考察局部時(shí)域過程的頻域特征，又能考察局部頻域過程的時(shí)域特征，因此即使對于非平穩(wěn)過程，處理起來也得心應(yīng)手。他能將圖像變換為一系列小波系數(shù)，這些系數(shù)可以被高效壓縮和存儲(chǔ)，此外，小波的粗略邊緣可以更好地表現(xiàn)圖像，因?yàn)樗薉CT壓縮普遍具有的方塊效應(yīng)。小波變換可以有效的將數(shù)字信號由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域上，進(jìn)行低頻信號和高頻信號的分離。再將信號由頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域上。

本實(shí)施例的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)不直接在視頻中嵌入數(shù)字水印，而是構(gòu)造了一種特定的方法將水印生成在數(shù)據(jù)庫中，小波變換可以有效過濾掉圖像的噪聲，使用radon變換則可以有更好的幾何變換不變性。這樣構(gòu)造出來的視頻零水印不僅可以有效抵抗噪聲等干擾，能夠平衡傳統(tǒng)視頻數(shù)字水印嵌入時(shí)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)，在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的視頻零水印構(gòu)造算法的速度問題，改善了零水印構(gòu)造算法，提高了算法的構(gòu)造效率及準(zhǔn)確性，保證視頻水印魯棒性，離散小波變換后的信號具有較高的信噪比，radon變換后能夠有效抵擋住旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊。節(jié)省內(nèi)存，計(jì)算速度也大大加快，所以更適用于構(gòu)造視頻中的零數(shù)字水印。

圖2示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本實(shí)施例的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包括：關(guān)鍵幀提取模塊21、關(guān)鍵幀處理模塊22、水印圖像加密模塊23和零水印構(gòu)造及注冊模塊24；其中：

所述關(guān)鍵幀提取模塊21，用于提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度；

所述關(guān)鍵幀處理模塊22，包括：小波變換單元22a和拉東變換單元22b；

所述小波變換單元22a，用于采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域；

所述拉東變換單元22b，用于將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行拉東Radon變換，根據(jù)Radon變換生成的矩陣計(jì)算其特征矩陣和特征值；

所述水印圖像加密模塊23，用于將水印圖像進(jìn)行加密，生成水印密文；

所述零水印構(gòu)造及注冊模塊24，用于將所述水印密文與計(jì)算得到的特征值進(jìn)行異或處理，形成零水印，并將所述零水印注冊到知識產(chǎn)權(quán)信息數(shù)據(jù)庫中。

在具體應(yīng)用中，所述關(guān)鍵幀提取模塊21，可具體用于采用像素幀平均法提取視頻中的關(guān)鍵幀，保證各關(guān)鍵幀之間具有最小相似度；

其中，所述像素幀平均法，包括：

取視頻段中所有幀的某一位置上的像素值求其平均值，將該視頻段中該位置上的像素值與該平均值之差最小的幀作為該視頻段的關(guān)鍵幀。

在具體應(yīng)用中，所述小波變換單元22a，可具體用于

采用離散小波變換，將提取的關(guān)鍵幀中的數(shù)字圖像信號由時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域上進(jìn)行高頻信號和低頻信號的分解，將高頻信號濾出，將獲得的低頻信號進(jìn)行去噪，將去噪后的低頻信號由頻域轉(zhuǎn)為時(shí)域。

在具體應(yīng)用中，所述拉東變換單元22b，可具體用于

將轉(zhuǎn)為時(shí)域的低頻信號進(jìn)行表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換，根據(jù)表象加權(quán)高精度雙曲線radon變換生成的矩陣算出其特征矩陣和特征值。

在具體應(yīng)用中，所述水印圖像加密模塊23，可具體用于

將水印圖像進(jìn)行Arnold置亂加密，生成水印密文。

本實(shí)施例的基于小波和Radon變換的視頻零水印實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不直接在視頻中嵌入數(shù)字水印，而是構(gòu)造了一種特定的方法將水印生成在數(shù)據(jù)庫中，小波變換可以有效過濾掉圖像的噪聲，使用radon變換則可以有更好的幾何變換不變性。這樣構(gòu)造出來的視頻零水印不僅可以有效抵抗噪聲等干擾，能夠平衡傳統(tǒng)視頻數(shù)字水印嵌入時(shí)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)，在不修改原始視頻的基礎(chǔ)上能夠克服已有的視頻零水印構(gòu)造算法的速度問題，改善了零水印構(gòu)造算法，提高了算法的構(gòu)造效率及準(zhǔn)確性，保證視頻水印魯棒性，離散小波變換后的信號具有較高的信噪比，radon變換后能夠有效抵擋住旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等幾何攻擊。節(jié)省內(nèi)存，計(jì)算速度也大大加快，所以更適用于構(gòu)造視頻中的零數(shù)字水印。

本實(shí)施例所述的系統(tǒng)可以用于執(zhí)行上述方法實(shí)施例，其原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。

需要說明的是，對于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其與方法實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)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(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。