專利名稱：一種視頻媒體的水印保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是涉及一種保護(hù)視頻媒體的水印方法。
背景技術(shù)：
近十幾年來，數(shù)字多媒體正逐漸滲透到人們的日常生活中。在各種多媒體信息中， 數(shù)字視頻占據(jù)著非常重要的位置。隨著多媒體處理技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，人們獲取到 視頻的途徑更為方便，但隨之出現(xiàn)了諸多問題如版權(quán)糾紛、非法傳播等等。因此，視頻水印 技術(shù)成為信息安全領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。水印技術(shù)可以在不影響視頻質(zhì)量的情況下，將用戶信息、版權(quán)信息等嵌入到視頻 文件中，能用于作品所有權(quán)的鑒定和追蹤非法用戶等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，網(wǎng)上交易 也變得越加平凡。對(duì)于如何有效保障流媒體信息，防止作品被非法傳播等都是商家急切想 解決的問題。在網(wǎng)絡(luò)商城中，用戶購買了商品之后，需要為該商品打上用戶信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)， 從而確定商品的擁有者身份。那么這一過程必須在商品交易過程中完成，這就對(duì)于操作的 實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。目前，許多水印算法都需要進(jìn)行編解碼的處理，時(shí)間上的開銷較 大，不能很好滿足該性能要求。因此，研究一種直接修改碼流信息的快速視頻水印具有一定 的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有水印嵌入方法需要復(fù)雜的編解碼計(jì)算的不足，提供 一種簡(jiǎn)單方便的視頻媒體的水印保護(hù)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下一種保護(hù)視頻媒體的水印方法，包括水印嵌入過程，所述水印嵌入過程根據(jù)視頻 媒體的幀結(jié)構(gòu)，將水印數(shù)據(jù)分割后嵌入到每一幀中，水印的嵌入通過直接修改視頻媒體的 控制信息實(shí)現(xiàn)。上述技術(shù)方案中，所述視頻媒體的控制信息為MPEG-2格式中的比特率標(biāo)識(shí)符，或 者M(jìn)KV封裝格式中的Void標(biāo)識(shí)符。當(dāng)視頻格式為MPEG-2時(shí)，水印嵌入的具體過程包括如下步驟11)讀取碼流信息，尋找碼流中的比特率標(biāo)識(shí)符，找到比特率的表示信息；12)選取比特信息的若干個(gè)比特進(jìn)行修改，將所要嵌入的水印信息直接替換，如嵌 “0”時(shí)置“0”，嵌“1”時(shí)置“1”；13)返回步驟11)，查找下一個(gè)比特率標(biāo)識(shí)符，直到水印信息嵌入完畢。與水印嵌入相對(duì)應(yīng)的水印提取過程包括如下步驟21)讀取碼流，查找比特率標(biāo)識(shí)符；22)根據(jù)比特信息的選定比特位來決定提取水印信息為“1”或者“0” ；23)返回步驟21)，尋找下一個(gè)比特率標(biāo)識(shí)符，直到所提取的水印信息長(zhǎng)度達(dá)到原 來長(zhǎng)度。
本發(fā)明的原理為視頻碼流信息中的比特率(bit rate)代表的意思是指每秒鐘 傳輸解碼的數(shù)據(jù)量大小，在MPG格式中是以18位長(zhǎng)度比特表示，基本的傳輸單位為400bit。 經(jīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)修改18位比特的最低兩位時(shí)，傳輸?shù)淖畲笳`差比特為3個(gè)基本單位的 誤差量。當(dāng)傳輸速率為最常用的512kb時(shí)(由低到高算起第8位為1，其他比特位為0)，假 設(shè)修改誤差量為最大，由00變?yōu)?1，此時(shí)的誤差量為lkb。最大的誤差率為1/512的大小， 并且該誤差不會(huì)傳遞影響到視頻中的其他包，計(jì)算PSNR(峰值信噪比)接近于無窮大，表明 了視頻質(zhì)量基本不下降。人眼對(duì)于如此小的變化是無法察覺的。由于碼流格式都是有固定 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，因此具有廣泛的適用性。當(dāng)視頻封裝格式為MKV時(shí)，水印嵌入的具體過程包括如下步驟31)讀取碼流信息，尋找碼流中的Void標(biāo)識(shí)符，找到該標(biāo)識(shí)符的表示信息；32)選取Void信息的若干個(gè)比特進(jìn)行修改，將所要嵌入的水印信息直接替換，如 嵌“0”時(shí)置“0”，嵌“1”時(shí)置“1”；33)返回步驟31)，查找下一個(gè)Void標(biāo)識(shí)符，直到水印信息嵌入完畢。與水印嵌入相對(duì)應(yīng)的水印提取過程包括如下步驟41)讀取碼流，查找Void標(biāo)識(shí)符；42)根據(jù)Void信息的選定比特位來決定提取水印信息為“1”或者“0” ；43)返回步驟41)，尋找下一個(gè)Void標(biāo)識(shí)符，直到所提取的水印信息長(zhǎng)度達(dá)到原來 長(zhǎng)度。本發(fā)明的原理為視頻MKV封裝格式中，全局控制信息Global elements中Void 標(biāo)識(shí)符暫時(shí)沒有被使用。Void標(biāo)識(shí)符后的內(nèi)容主要為了避免文件數(shù)據(jù)受到破壞，同時(shí)也是 預(yù)留了足夠的空間作為以后擴(kuò)充內(nèi)容時(shí)使用。在目前的標(biāo)準(zhǔn)格式中，Void后的內(nèi)容基本是 全零數(shù)據(jù)，不影響視頻數(shù)據(jù)的使用，文件數(shù)據(jù)解碼時(shí)會(huì)跳過該段內(nèi)容，因此可以作為水印的 嵌入載體。本發(fā)明可以根據(jù)視頻文件的長(zhǎng)度進(jìn)行改變。當(dāng)擁有較大的嵌入空間的時(shí)候可以采 用重復(fù)嵌入的方法來提高水印的安全性能。本發(fā)明也可以適用于其他開源格式的視頻碼 流，分析碼流格式選取可作為嵌入載體的控制信息，在固定窗口中進(jìn)行查找嵌入即可。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)、原理簡(jiǎn)單，能很容易實(shí)現(xiàn)；直接對(duì)碼流進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；2)、嵌入時(shí)無須進(jìn)行任何編解碼過程，水印信息對(duì)視頻基本沒有影響，不可察覺性 較高；3)、有很好的通用性，只要知道碼流的格式尋找到合適的嵌入位就可以用該方法 進(jìn)行水印嵌入。


圖1是MPG視頻碼流格式示意圖；圖2是嵌入位置bit rate所在位置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是MKV封裝格式中Void標(biāo)識(shí)位所在結(jié)構(gòu)示意圖；圖4查找過程示意圖；圖5水印嵌入流程圖6為本發(fā)明在測(cè)試視頻中的幀圖像及嵌入水印后視頻的幀圖像，其中圖6a，6c 為原始的視頻截圖，6b，6d為嵌入水印信息后的視頻截圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體操作分為水印嵌入和視頻認(rèn)證兩個(gè)過程，嵌入過程如下1)讀取一定大小的碼流信息，尋找碼流中的比特率標(biāo)識(shí)符(bit rate, 18bits)，找 到比特率的表示信息；2)選取18位比特信息的最低2個(gè)比特進(jìn)行修改，將要嵌入的信息直接修改。如嵌 “0”時(shí)置“0”，嵌“1”時(shí)置“1”；3)返回步驟1，查找下一個(gè)標(biāo)識(shí)符，直到水印信息嵌入完畢。視頻水印提取步驟如下1)利用同樣大小窗口讀取碼流，查找比特率標(biāo)識(shí)符(bit rate)；2)根據(jù)18位比特的最低兩位來決定提取水印信息為“1”或者“0”；3)返回步驟1，尋找下一個(gè)標(biāo)識(shí)符，直到水印信息長(zhǎng)度達(dá)到原來信息長(zhǎng)度時(shí)結(jié)束 提取。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖1為MPEG-2中節(jié)目碼流(PS)的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到碼流文件是由許多個(gè) Sequence單位來組成的。因此在每一個(gè)視頻序列段中進(jìn)行信息修改，所影響到的范圍也只 是對(duì)當(dāng)前整個(gè)長(zhǎng)度的Sequence。圖2為Sequence的頭結(jié)構(gòu)示意圖。由頭結(jié)構(gòu)示意圖可以知道，每個(gè)單位中都有一 個(gè)固定的結(jié)構(gòu)安排。由Sequence序列起始標(biāo)識(shí)符(000001B3)標(biāo)識(shí)著當(dāng)前為一個(gè)Sequence 的開始，然后查找到之后的一定位置就為水印的嵌入位置。嵌入水印的具體位置距離標(biāo)識(shí) 符的位數(shù)由碼流的結(jié)構(gòu)所決定。圖3為MKV封裝結(jié)構(gòu)示意圖。由結(jié)構(gòu)示意圖可以知道，每個(gè)單位中都有一個(gè)固定 的結(jié)構(gòu)安排。文件起始符為0xlA45DFA3，尋找到該標(biāo)識(shí)位之后就可以開始尋找Void標(biāo)識(shí) 位。由于該標(biāo)識(shí)位EC容易跟其他數(shù)據(jù)相同，所以必須結(jié)合其內(nèi)容尋找。當(dāng)找到EC標(biāo)識(shí)之 后，判斷其后內(nèi)容全部為0則可以確定為Void標(biāo)識(shí)位。圖4為查找過程示意圖。在確定水印嵌入位置時(shí)，通過在緩存區(qū)中滑動(dòng)窗口的方 法進(jìn)行尋找。窗口開始由緩存區(qū)的左邊開始進(jìn)行查找，若找到匹配的標(biāo)識(shí)符，則調(diào)用水印嵌 入程序，否則就繼續(xù)往下查找，直到緩沖區(qū)的尾部。圖5為視頻水印嵌入流程圖。首先將碼流裝載到緩存區(qū)中。然后查找標(biāo)識(shí)符，在 MPG文件中查找的是Sequence Star Code (0x000001B3)。準(zhǔn)確定位Sequence的起始位置之 后，就嵌入水印信息。接著判斷水印的嵌入是否已經(jīng)結(jié)束。當(dāng)水印嵌入完畢時(shí)就停止嵌入 直接完成，否則就循環(huán)進(jìn)行查找標(biāo)識(shí)位嵌入水印，直到水印嵌入完成為止。當(dāng)緩存區(qū)的數(shù)據(jù) 處理完成之后，重新裝載新的數(shù)據(jù)。如果由于文件太短且需嵌入位數(shù)較多，文件處理結(jié)束時(shí) 水印沒有嵌入完成，返回嵌入的位數(shù)。可以重新根據(jù)碼流速率跟長(zhǎng)度進(jìn)行嵌入位數(shù)調(diào)整。圖6為實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。兩組視頻都是在嵌入128bits的版權(quán)信息之后進(jìn)行對(duì)比的。 (a)為Discovery節(jié)目中的視頻截圖，視頻格式為MPG格式(b)為嵌入水印信息后對(duì)應(yīng)幀的 截圖。(c)為奧斯卡影片《老無所依》的視頻截圖，視頻封裝格式為MKV，(d)為嵌入水印信息后對(duì)應(yīng)幀的截圖。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，人眼無法分辨出是否嵌入了水印。對(duì)截取的視 頻圖像進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算其PSNR值也是趨向無窮。
權(quán)利要求
一種保護(hù)視頻媒體的水印方法，包括水印嵌入過程和水印提取過程，所述水印嵌入過程根據(jù)視頻媒體的幀結(jié)構(gòu)，將水印數(shù)據(jù)分別嵌入到每一幀中，其特征在于水印的嵌入通過直接修改視頻媒體的控制信息實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)視頻媒體的水印方法，其特征在于水印嵌入過程修改所 述視頻媒體中的控制信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻媒體的水印保護(hù)方法，其特征在于水印嵌入的具體過程 包括如下步驟11)讀取碼流信息，尋找碼流中的待嵌入標(biāo)識(shí)符，找到標(biāo)識(shí)符的表示信息； 12)選取該標(biāo)識(shí)位信息的若干個(gè)比特進(jìn)行修改，將所要嵌入的水印信息直接替換，如嵌 “0”時(shí)置“0”，嵌“1”時(shí)置“1”；13)返回步驟11)，查找下一個(gè)標(biāo)識(shí)符，直到水印信息嵌入完畢。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的視頻媒體的水印保護(hù)方法，其特征在于與水印嵌入相對(duì)應(yīng)的 水印提取過程包括如下步驟21)讀取碼流，查找標(biāo)識(shí)符；22)根據(jù)標(biāo)識(shí)位信息的選定比特位來決定提取水印信息為“1”或者“0”；23)返回步驟21)，尋找下一個(gè)標(biāo)識(shí)符，直到所提取的水印信息長(zhǎng)度達(dá)到原來長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)視頻媒體的水印方法，當(dāng)視頻為MPEG-2格式的TS流時(shí)， 其特征在于水印嵌入過程修改所述視頻媒體中，PES(PacketisedElementary Streams)包 中的控制信息比特率標(biāo)識(shí)符的內(nèi)容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)視頻媒體的水印方法，當(dāng)視頻為MKV封裝格式時(shí)，其特征 在于水印嵌入過程修改所述視頻媒體的全局控制信息Globalelements中Void標(biāo)識(shí)符的內(nèi) 容。
全文摘要
本發(fā)明提供一種保護(hù)視頻媒體的水印方法，屬于多媒體信號(hào)處理領(lǐng)域。通過修改視頻媒體的幀結(jié)構(gòu)，將水印數(shù)據(jù)分別嵌入到每一幀中，水印的嵌入通過直接修改視頻媒體的控制信息實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；直接對(duì)碼流進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；2)嵌入時(shí)無須進(jìn)行任何編解碼過程，水印信息對(duì)視頻基本沒有影響，不可察覺性較高；3)有很好的通用性，只要知道碼流的格式尋找到合適的嵌入位就可以用該方法進(jìn)行水印嵌入。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101894357SQ201010147148
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉紅梅, 李煌, 黃繼武 申請(qǐng)人:中山大學(xué)