本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于壓縮感知特征的MPEG視頻內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入與檢測方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，視頻作為一種多媒體信息，其在社會中的影響地位越來越重，視頻遭受篡改的事件也屢屢發(fā)生。與數(shù)字圖像相比，由于視頻制作的復(fù)雜性和傳播過程的特殊性，數(shù)字視頻在人們心目中具有一定的公信力，因此針對數(shù)字視頻的偽造將會造成很大的沖擊力和破壞力。篡改和偽造的視頻一旦被用于媒體傳播、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、保險和法庭證物等，將會對政治、軍事和社會的各方面產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

現(xiàn)階段，采用視頻水印和數(shù)字簽名進(jìn)行視頻篡改檢測是研究的熱點之一，通過預(yù)先在視頻中預(yù)先嵌入視頻水印并檢測這些信息的完整性來判斷視頻是否被篡改。其中，內(nèi)容認(rèn)證水印是其中一種用于檢測視頻是否被篡改的水印信息，因此，如何提高水印信息的保密性效果，使得內(nèi)容認(rèn)證水印信息不易偽造和檢測的準(zhǔn)確性，是當(dāng)今視頻篡改檢測的研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，提供一種基于壓縮感知特征的MPEG視頻內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入與檢測方法，該方法可提高水印信息的保密性效果，使得內(nèi)容認(rèn)證水印信息不易偽造，而且可有效保障內(nèi)容認(rèn)證水印信息檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種基于壓縮感知特征的MPEG視頻內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入與檢測方法，其特征在于：包括兩個步驟：

第一步，生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息，并將內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻全部I幀的各個宏塊中，得到帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻；

第二步，對第一步得到的帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻進(jìn)行內(nèi)容認(rèn)證水印信息的提取，并對提取的內(nèi)容認(rèn)證水印信息進(jìn)行檢測，判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中各個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改，實現(xiàn)判斷預(yù)先在MPEG視頻中嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息的MPEG視頻的完整性。

第一步中，所述生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息是指：包括以下步驟：

步驟S0201：提取MPEG視頻的其中一個宏塊中4個亮度塊的DCT低頻系數(shù)：

其中Y_i為宏塊中按存儲順序的第i個亮度塊，Y′_i為從第i個亮度塊提取出來的DCT低頻系數(shù)，.*運算符表示矩陣對應(yīng)位置的元素相乘作為結(jié)果矩陣中對應(yīng)位置的元素；

步驟S0202：求出4個亮度塊的特征值，得到第i個亮度塊的壓縮感知特征值F_i：

F_i＝Φ₁×Y′_i×Φ₂

其中，Φ₁是一個1行8列的高斯矩陣，Φ₂是一個8行1列的高斯壓縮參考矩陣；

步驟S0203：利用各亮度塊的壓縮感知特征值F_i生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息；具體為：首先按照各亮度塊的壓縮感知特征值F_i對亮度塊進(jìn)行排序，然后按升序順序?qū)?、2、3、4分別作為4個亮度塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，以生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息；

其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照步驟S0201～步驟S0203生成。

在上述方案中，Φ₁與Φ₂為使用者所持有的個性矩陣，作為水印的密鑰，在保證此密鑰不泄露的情況下，第三方即使獲得本發(fā)明所述的內(nèi)容認(rèn)證水印的生成、嵌入、提取和分析流程，也無法偽造水印信息，保證水印的安全性。特別的，可以為MPEG視頻中宏塊內(nèi)存儲的4個位置的亮度塊分別采用不同的Φ₁與Φ₂，采用多途徑控制密鑰的使用，防止單一途徑密鑰泄漏而造成的安全問題，這樣可以進(jìn)一步提高水印的安全性。本發(fā)明方法采用二次高斯壓縮得出的特征值作為內(nèi)容認(rèn)證水印的特征值，若要得到相同的特征值，兩個壓縮用的參考矩陣缺一不可，以達(dá)到保密性的效果，使得水印信息不易偽造。

第一步中，所述將內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻全部I幀的各個宏塊中，得到帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻是指：將步驟S0203生成的內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻的各個宏塊中，其中，內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻的其中一個宏塊具體為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為1的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為2的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為3的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為4的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

其中，Y為原始亮度塊；

內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照上述方法嵌入到MPEG視頻的其它宏塊中。

第二步，所述對第一步得到的帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻進(jìn)行內(nèi)容認(rèn)證水印信息的提取是指，包括以下步驟：

步驟S0301：提取帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的其中一個宏塊中4個亮度塊的DCT低頻系數(shù)：

其中為帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的宏塊中按存儲順序的第i個亮度塊，為從第i個亮度塊提取出來的DCT低頻系數(shù)，.*運算符表示矩陣對應(yīng)位置的元素相乘作為結(jié)果矩陣中對應(yīng)位置的元素；

步驟S0302：求出4個亮度塊的特征值，得到第i個亮度塊的壓縮感知特征值

其中，Φ₁是一個1行8列的高斯矩陣，Φ₂是一個8行1列的高斯壓縮參考矩陣；

步驟S0303：利用各亮度塊的壓縮感知特征值F_i生成帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息；具體為：首先按照各亮度塊的壓縮感知特征值F_i對亮度塊進(jìn)行排序，然后按升序順序?qū)?、2、3、4分別作為4個亮度塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，以生成帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息；

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照步驟S0301～步驟S0303提取。

第二步，所述判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中各個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改，實現(xiàn)判斷預(yù)先在MPEG視頻中嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息的MPEG視頻的完整性是指，判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其中一個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改包括以下步驟：

步驟S0304：根據(jù)步驟S0303提取帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，計算相應(yīng)內(nèi)容認(rèn)證水印信息亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為1的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為2的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為3的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為4的亮度塊的檢測值：

其中，Y^wm為帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其中一個宏塊的亮度塊；

步驟S0305：對該宏塊中每個亮度塊的檢測值進(jìn)行判斷：若其中一個亮度塊的檢測值Y^#為非0，則判斷該宏塊存儲的MPEG視頻信息被篡改，并將該宏塊存儲的MPEG視頻內(nèi)容改為全黑，以提示用戶知曉該處視頻內(nèi)容被篡改；否則，判斷為該宏塊存儲的MPEG視頻信息未被篡改；

判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改按照步驟S0304～步驟S0305進(jìn)行；最后得到的MPEG視頻即為篡改檢測結(jié)果的視頻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果：本發(fā)明基于壓縮感知特征的MPEG視頻內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入與檢測方法可提高水印信息的保密性效果，使得內(nèi)容認(rèn)證水印信息不易偽造，而且可有效保障內(nèi)容認(rèn)證水印信息檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入的流程圖；

圖2是本發(fā)明方法中內(nèi)容認(rèn)證水印檢測的流程圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實施例

如圖1和圖2所示，本發(fā)明基于壓縮感知特征的MPEG視頻內(nèi)容認(rèn)證水印嵌入與檢測方法，包括兩個步驟：

第一步，生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息，并將內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻全部I幀的各個宏塊中，得到帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻；

第二步，對第一步得到的帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻進(jìn)行內(nèi)容認(rèn)證水印信息的提取，并對提取的內(nèi)容認(rèn)證水印信息進(jìn)行檢測，判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中各個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改，實現(xiàn)判斷預(yù)先在MPEG視頻中嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息的MPEG視頻的完整性。

第一步中，上述生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息是指：包括以下步驟：

步驟S0201：提取MPEG視頻的其中一個宏塊中4個亮度塊的DCT低頻系數(shù)：

其中Y_i為宏塊中按存儲順序的第i個亮度塊，Y′_i為從第i個亮度塊提取出來的DCT低頻系數(shù)，.*運算符表示矩陣對應(yīng)位置的元素相乘作為結(jié)果矩陣中對應(yīng)位置的元素；

步驟S0202：求出4個亮度塊的特征值，得到第i個亮度塊的壓縮感知特征值F_i：

F_i＝Φ₁×Y′_i×Φ₂

其中，Φ₁是一個1行8列的高斯矩陣，Φ₂是一個8行1列的高斯壓縮參考矩陣；

步驟S0203：利用各亮度塊的壓縮感知特征值F_i生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息；具體為：首先按照各亮度塊的壓縮感知特征值F_i對亮度塊進(jìn)行排序，然后按升序順序?qū)?、2、3、4分別作為4個亮度塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，以生成內(nèi)容認(rèn)證水印信息；

其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照步驟S0201～步驟S0203生成。

第一步中，上述將內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻全部I幀的各個宏塊中，得到帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻是指：將步驟S0203生成的內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻的各個宏塊中，其中，內(nèi)容認(rèn)證水印信息嵌入到MPEG視頻的其中一個宏塊具體為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為1的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為2的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為3的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

內(nèi)容認(rèn)證水印信息為4的亮度塊嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息后為：

其中，Y為原始亮度塊；

內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照上述方法嵌入到MPEG視頻的其它宏塊中。

第二步，上述對第一步得到的帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻進(jìn)行內(nèi)容認(rèn)證水印信息的提取是指，包括以下步驟：

步驟S0301：提取帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的其中一個宏塊中4個亮度塊的DCT低頻系數(shù)：

其中為帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的宏塊中按存儲順序的第i個亮度塊，為從第i個亮度塊提取出來的DCT低頻系數(shù)，.*運算符表示矩陣對應(yīng)位置的元素相乘作為結(jié)果矩陣中對應(yīng)位置的元素；

步驟S0302：求出4個亮度塊的特征值，得到第i個亮度塊的壓縮感知特征值

其中，Φ₁是一個1行8列的高斯矩陣，Φ₂是一個8行1列的高斯壓縮參考矩陣；

步驟S0303：利用各亮度塊的壓縮感知特征值F_i生成帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息；具體為：首先按照各亮度塊的壓縮感知特征值F_i對亮度塊進(jìn)行排序，然后按升序順序?qū)?、2、3、4分別作為4個亮度塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，以生成帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息；

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻的其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息按照步驟S0301～步驟S0303提取。

第二步，上述判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中各個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改，實現(xiàn)判斷預(yù)先在MPEG視頻中嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印信息的MPEG視頻的完整性是指，判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其中一個宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改包括以下步驟：

步驟S0304：根據(jù)步驟S0303提取帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中的內(nèi)容認(rèn)證水印信息，計算相應(yīng)內(nèi)容認(rèn)證水印信息亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為1的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為2的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為3的亮度塊的檢測值：

帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中內(nèi)容認(rèn)證水印信息為4的亮度塊的檢測值：

其中，Y^wm為帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其中一個宏塊的亮度塊；

步驟S0305：對該宏塊中每個亮度塊的檢測值進(jìn)行判斷：若其中一個亮度塊的檢測值Y^#為非0，則判斷該宏塊存儲的MPEG視頻信息被篡改，并將該宏塊存儲的MPEG視頻內(nèi)容改為全黑，以提示用戶知曉該處視頻內(nèi)容被篡改；否則，判斷為該宏塊存儲的MPEG視頻信息未被篡改；

判斷帶內(nèi)容認(rèn)證水印的MPEG視頻中其它宏塊的內(nèi)容認(rèn)證水印信息是否被篡改按照步驟S0304～步驟S0305進(jìn)行；最后得到的MPEG視頻即為篡改檢測結(jié)果的視頻。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。