一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法
一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机技术领域，尤其设一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方 法。
【背景技术】
[0002] 现在，数字视频内容的盗版越来越容易，也越来越严重。拷贝会使传统模拟媒体 (如电视上播放的节目）产生内容上质量上的损失，而数字视频内容可W拷贝无数次，而且 每一份拷贝都不会造成质量的下降，边际成本几乎为零。PC、互联网的普及，使得未经授权 的视频分享日益普遍。因此，版权方会在自家的视频内容上嵌入数字水印，W保护版权权 利。
[0003] 目前的视频数字水印算法对诸如视频压缩、加噪和滤波等一般处理都具有较好的 鲁椿性，但对于几何攻击性能还不太理想。几何形变的攻击是恶意攻击者利用图像处理手 段对加过水印的图像或视频进行几何形状的修改，如对图像进行旋转、平移、伸缩等仿射变 换或随机几何变换。该样攻击后，当发生版权纠纷需要提取水印是，攻击后的图像与水印信 号之间失去了同步关系，使得两者的相关值很低，从而导致检测失败。最近的研究表明，哪 怕十分微弱的几何变换，也能摧毁大多数的水印方案，因此，如何有效抵抗几何形变的攻击 是当今数字水印研究的热点和难点之一。
[0004] 与此同时，此类攻击往往伴随着针对数字视频水印的时间轴同步攻击方法，如帖 删除、帖插入等，操作简单，但依旧对水印信息破坏极大。
[0005] 现有方案，可称之为几何反变换法，经过几何形变后，水印信号依然存在于图像之 中，只不过水印信号与原图像之间的同步发生了变化，致使检测失败。由此不难想像，如果 我们能够知道攻击者所进行的几何变换，那么在水印检测时就能将攻击后的图像反变换回 来，从而提取出水印。该类算法按照是否需要原始图像，分为半盲相关法和盲相关法。
[0006] 半盲检测算法在检测水印时借助原始图像，根据原始图像和攻击后的图像的特征 点之间的对应关系来判断所经历的几何变换或者用原始图像弥补几何变换（剪切缩放等） 引起的失真。
[0007] 盲相关法是抗几何攻击的水印算法的主流，在抵抗几何攻击检测水印时，不需要 原始图像。有些者提出一种基于模板的同步技术，针对仿射变换，通过在嵌入水印的过程中 嵌入的特定的模板，在检测过程中利用此模板预测遭受的仿射变换。该些模板通常由频率 峰值组成，频率峰值的位置组成特殊的形状，如圆形方形等，检测过程中利用模板峰值位置 的改变预测仿射变换。
[0008] 对于前者，实际上，借助原始图像也未必能解决水印同步问题，特别是当图像同时 旋转和缩放或者经历打印扫描过程时，再者，检测的时候如果需要原始图像，该无疑会增加 存储成本。
[0009] 而对于后者，该种方法的缺点是模板很容易被滤除；有人提出了一种自参考方法， 将同一个水印在图像不同的位置分别嵌入，在检测过程中首先计算预测水印的自相关函 数，由于水印的多次嵌入会使结果出现多个峰值，利用峰值位置改变可w预测仿射变换。然 而，该种水印算法可W较好地抵抗旋转伸缩平移和改变长宽比等全局几何攻击W及打印扫 描攻击，但是不能很好地抵抗滤波和镜像等攻击。
【发明内容】
[0010] 本专利针对上述问题，提出一种新的视频数字水印的算法，利用视频序列的时空 域几何特征，针对几何变形的不变量（平均交流能量），实现视频序列的时间轴同步和几何 失真矫正，可有效抵抗攻击。
[0011] 为了解决上述问题，本发明提出了一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法， 包括如下步骤：
[0012] 在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；W 及采用优良空频分解特性的小波分解；
[0013] 在数字视频水印提取的过程中，逐帖检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同 步之间的帖数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。
[0014] 所述将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中包括：
[0015] 在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌 入；
[0016] 将水印信号嵌入视频的AAE序列中，通过水印信号修改每一帖的交流成分。
[0017] 所述采用优良空频分解特性的小波分解包括：
[0018] 当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帖，从而完成该帖水印信号 的嵌入。
[0019] 所述逐帖检测同步是否存在包括：
[0020] 利用计算该视频的平均交流能量序列，同时根据版权拥有者手中的密码产生表示 水印比特和同步比特的伪随机序列，计算平均交流能量序列与伪随机序列之间的互相关来 检测水印和同步是否存在。
[002。 通过实施本发明实施例，由于图像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量） 在大多数几何形变的攻击下保持不变，即使在有些情形（如新图像的部分被填充）发生了 变化，也能保持一种近似的线性关系，对于检测来说影响不大。而且，该类攻击比较少见，因 为会暴露被攻击的迹象。因此，通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击， 提高水印鲁椿性，保护数字视频内容版权。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据该些附图获得其它的附图。
[0023] 图1是本发明实施例中的数字视频水印嵌入的方法流程图；
[0024] 图2是本发明实施例中的待修改的小波系数示意图；
[0025] 图3是本发明实施例中的数字视频水印提取的方法流程图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 本发明实施例过程中，在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平 均交流能量AAE中；W及采用优良空频分解特性的小波分解；在数字视频水印提取的过程 中，逐帖检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之间的帖数是否正确，如果正确则提 取水印，如果不正确则不提取。
[002引设视频序列的第t帖的像素点为ft(X，y)。经过几何变换后，其位置会进行改变， 然而其图像灰度值不会改变，即；
[0029] ft(x，y) = ft(x'，y')
[0030]由于
是视频序列的第t帖整幅图像的总能量：
为图像的直流分量的能量，其中K、L为图像的长和宽，则可得该图像的平均交流能量为：
[0031]
[0032]AAE具有经几何形变后，如果图像的长宽不变，则保持不变的性质。而且，图像如果 进行了伸缩，依旧会保持不变。
[0033] 图1示出了本发明实施例中的数字视频水印嵌入的方法流程图，为了能够从任一 帖开始获取水印信息，同时抵抗去帖等恶意攻击，在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌 入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌入。
[0034] 在实际方案中，同步信号是一个预先设定的比特串。任何的 水印和同步都可看成 1和0组成的比特串，也就可看成1和-1组成的比特序列，用化1.b2. . .bi....)来表示。我 们使用扩频方式来隐藏该些信息串。Figure1中的伪随机序列生成器用来产生两个伪随机 序列，一个用于表示水印的信息比特，一个用于表示同步比特，两个伪随机序列的生成密钥 和生成长度可W不同。
[00巧]该两个伪随机序列在统计意义上是Gauss白噪声，考虑到恶意攻击者可W在对视 频信号影响不大的情况下，利用时间轴方向的低通滤波等处理去除水印信号，本方案不直 接采用白噪声，而是先对白噪声进行低通滤波。考虑到时间维人眼视觉系统在低于IHz时 敏感性下降该一特性，本发明实施例所设计的低通滤波器的截止频率大约在mz左右。
[0036] 由于同步比特的伪随机序列和水印比特的伪随机序列的构造嵌入和提取等过程 类似，故在后文中统一用W(t)表示伪随机序列。为简化后续的相关检测，要求在构造W(t) 时具有零均值，即EW(t) = 0,并且可W通过控制其最大幅度Am来控制水印的嵌入强度。
[0037] 水印的嵌入过程就是将水印信号W(t)嵌入视频的AAE序列v(t)中，即通过水印 信号修改每一帖的交流成分。为此，对于128X128大小的图像帖，使用双正交小波进行7 层小波分解。根据图1，对于某个信息比特bi，其嵌入水印的过程，就是将水印的伪随机序 列W(t)调制到v(t)上，即；
[0038]v,(t) =V(t)+bi*W(t)
[0039] 小波变换后，在修改交流能量时，考虑到系统的抗攻击能力（不选包含直流能量 的化7,同时不选最高频系数W抵抗空间低通滤波的攻击），仅选取第2~7层的AC系数进 行修改。修改的范围如图2中所示。图中阴影部分为选取的修改区域。
[0040] 本发明实施例选取小波分解，是因为小波分解具有优良的空-频分解特性。在空 间域变化较大的区域，其对应的小波分解系数的绝对值也较大，在该些点上进行的修改也 较大；反之，在变化较小的区域进行较小的修改。而对人眼视觉特性的研究发现，人眼对于 图像中复杂纹理区域变化的敏感程度比简单区域的低。因此，该种修改方案与人眼的视觉 特性相一致。当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帖，从而完成该帖水印 信号的嵌入。视频所有帖嵌入完毕后，也就完成对该视频的水印嵌入。
[0041] 图3示出了本发明实施例中的数字视频水印提取的方法流程图，水印的提取无须 从视频的第1帖开始，可W从视频的任一帖开始。检测器首先逐帖检测同步的存在，若从当 前点直到结束均检测不到同步，则证明此视频中不存在水印。若检测到同步，则计算相邻两 同步之间的帖数是否正确。若正确，则提取水印；否则，则可能遭到了去帖或增帖等攻击，该 部分检测不出正确的水印，需要检查下面两同步，依次类推。在同步检测和水印比特的提取 中，都采取互相关的方法。
[0042]首先利用计算该视频的平均交流能量序列v，(t)，同时根据版权拥有者手中的密 码产生表示水印比特和同步比特的伪随机序列W(t)，计算v，(t)与W(t)之间的互相关来检 测水印和同步是否存在，如下式：
[0043] Rv,W (0) =E[V(t)W(t)]+biE[W(t) 2]
[0044] = Rv,w(0)+biE[W(t)2]
[004引因此，若视频没有嵌入水印，则上述为0;否则，等于。因此我们能够通过设置阔值E[W(t)2]来判断水印或同步比特的存在，并根据正负号判定0或1，从而提取水印。
[0046] 存在基于人类视觉系统（HumanVisionSystem,HV巧的抗几何攻击视频水印方 案。该方法先对原始视频对象进行规范化处理，记录同步信息，类似于上述的半盲检测。在 水印嵌入时，根据人类视觉特性，从视频对象中选取高细节区域嵌入水印。在水印检测和提 取前，对受攻击的含水印视频对象进行规范化处理，调整一些抖动点的位置，W进一步提高 水印检测的性能。
[0047] 综上，由于图像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量）在大多数几何形变 的攻击下保持不变，即使在有些情形（如新图像的部分被填充）发生了变化，也能保持一种 近似的线性关系，对于检测来说影响不大。而且，该类攻击比较少见，因为会暴露被攻击的 迹象。因此，通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击，提高水印鲁椿性，保 护数字视频内容版权。
[0048] 本领域普通技术人员可W理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可 W通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可W存储于一计算机可读存储介质中，存 储介质可W包括；只读存储器（ROM,Read化lyMemo巧）、随机存取存储器（RAM,Random AccessMemoir)、磁盘或光盘等。
[0049] 另外，W上对本发明实施例所提供的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法进行 了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，W上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，包括如下步骤： 在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；以及采 用优良空频分解特性的小波分解； 在数字视频水印提取的过程中，逐帧检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之 间的帧数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。2. 如权利要求1所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，所述将 数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中包括： 在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌入； 将水印信号嵌入视频的AAE序列中，通过水印信号修改每一帧的交流成分。3. 如权利要求2所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，所述采 用优良空频分解特性的小波分解包括： 当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帧，从而完成该帧水印信号的嵌 入。4. 如权利要求1至3任一项所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在 于，所述逐帧检测同步是否存在包括： 利用计算该视频的平均交流能量序列，同时根据版权拥有者手中的密码产生表示水印 比特和同步比特的伪随机序列，计算平均交流能量序列与伪随机序列之间的互相关来检测 水印和同步是否存在。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，包括如下步骤：在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；以及采用优良空频分解特性的小波分解；在数字视频水印提取的过程中，逐帧检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之间的帧数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。本发明实施例通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击，提高水印鲁棒性，保护数字视频内容版权。
【IPC分类】H04N21/8358
【公开号】CN104902341
【申请号】CN201510268912
【发明人】林格, 梁滔, 薛凯军, 肖剑, 徐金柳
【申请人】东莞中山大学研究院, 中山大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
【技术领域】
[0001] 本发明设及计算机技术领域，尤其设一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方 法。
【背景技术】
[0002] 现在，数字视频内容的盗版越来越容易，也越来越严重。拷贝会使传统模拟媒体 (如电视上播放的节目）产生内容上质量上的损失，而数字视频内容可W拷贝无数次，而且 每一份拷贝都不会造成质量的下降，边际成本几乎为零。PC、互联网的普及，使得未经授权 的视频分享日益普遍。因此，版权方会在自家的视频内容上嵌入数字水印，W保护版权权 利。
[0003] 目前的视频数字水印算法对诸如视频压缩、加噪和滤波等一般处理都具有较好的 鲁椿性，但对于几何攻击性能还不太理想。几何形变的攻击是恶意攻击者利用图像处理手 段对加过水印的图像或视频进行几何形状的修改，如对图像进行旋转、平移、伸缩等仿射变 换或随机几何变换。该样攻击后，当发生版权纠纷需要提取水印是，攻击后的图像与水印信 号之间失去了同步关系，使得两者的相关值很低，从而导致检测失败。最近的研究表明，哪 怕十分微弱的几何变换，也能摧毁大多数的水印方案，因此，如何有效抵抗几何形变的攻击 是当今数字水印研究的热点和难点之一。
[0004] 与此同时，此类攻击往往伴随着针对数字视频水印的时间轴同步攻击方法，如帖 删除、帖插入等，操作简单，但依旧对水印信息破坏极大。
[0005] 现有方案，可称之为几何反变换法，经过几何形变后，水印信号依然存在于图像之 中，只不过水印信号与原图像之间的同步发生了变化，致使检测失败。由此不难想像，如果 我们能够知道攻击者所进行的几何变换，那么在水印检测时就能将攻击后的图像反变换回 来，从而提取出水印。该类算法按照是否需要原始图像，分为半盲相关法和盲相关法。
[0006] 半盲检测算法在检测水印时借助原始图像，根据原始图像和攻击后的图像的特征 点之间的对应关系来判断所经历的几何变换或者用原始图像弥补几何变换（剪切缩放等） 引起的失真。
[0007] 盲相关法是抗几何攻击的水印算法的主流，在抵抗几何攻击检测水印时，不需要 原始图像。有些者提出一种基于模板的同步技术，针对仿射变换，通过在嵌入水印的过程中 嵌入的特定的模板，在检测过程中利用此模板预测遭受的仿射变换。该些模板通常由频率 峰值组成，频率峰值的位置组成特殊的形状，如圆形方形等，检测过程中利用模板峰值位置 的改变预测仿射变换。
[0008] 对于前者，实际上，借助原始图像也未必能解决水印同步问题，特别是当图像同时 旋转和缩放或者经历打印扫描过程时，再者，检测的时候如果需要原始图像，该无疑会增加 存储成本。
[0009] 而对于后者，该种方法的缺点是模板很容易被滤除；有人提出了一种自参考方法， 将同一个水印在图像不同的位置分别嵌入，在检测过程中首先计算预测水印的自相关函 数，由于水印的多次嵌入会使结果出现多个峰值，利用峰值位置改变可w预测仿射变换。然 而，该种水印算法可W较好地抵抗旋转伸缩平移和改变长宽比等全局几何攻击W及打印扫 描攻击，但是不能很好地抵抗滤波和镜像等攻击。
【发明内容】
[0010] 本专利针对上述问题，提出一种新的视频数字水印的算法，利用视频序列的时空 域几何特征，针对几何变形的不变量（平均交流能量），实现视频序列的时间轴同步和几何 失真矫正，可有效抵抗攻击。
[0011] 为了解决上述问题，本发明提出了一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法， 包括如下步骤：
[0012] 在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；W 及采用优良空频分解特性的小波分解；
[0013] 在数字视频水印提取的过程中，逐帖检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同 步之间的帖数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。
[0014] 所述将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中包括：
[0015] 在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌 入；
[0016] 将水印信号嵌入视频的AAE序列中，通过水印信号修改每一帖的交流成分。
[0017] 所述采用优良空频分解特性的小波分解包括：
[0018] 当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帖，从而完成该帖水印信号 的嵌入。
[0019] 所述逐帖检测同步是否存在包括：
[0020] 利用计算该视频的平均交流能量序列，同时根据版权拥有者手中的密码产生表示 水印比特和同步比特的伪随机序列，计算平均交流能量序列与伪随机序列之间的互相关来 检测水印和同步是否存在。
[002。 通过实施本发明实施例，由于图像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量） 在大多数几何形变的攻击下保持不变，即使在有些情形（如新图像的部分被填充）发生了 变化，也能保持一种近似的线性关系，对于检测来说影响不大。而且，该类攻击比较少见，因 为会暴露被攻击的迹象。因此，通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击， 提高水印鲁椿性，保护数字视频内容版权。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据该些附图获得其它的附图。
[0023] 图1是本发明实施例中的数字视频水印嵌入的方法流程图；
[0024] 图2是本发明实施例中的待修改的小波系数示意图；
[0025] 图3是本发明实施例中的数字视频水印提取的方法流程图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 本发明实施例过程中，在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平 均交流能量AAE中；W及采用优良空频分解特性的小波分解；在数字视频水印提取的过程 中，逐帖检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之间的帖数是否正确，如果正确则提 取水印，如果不正确则不提取。
[002引设视频序列的第t帖的像素点为ft(X，y)。经过几何变换后，其位置会进行改变， 然而其图像灰度值不会改变，即；
[0029] ft(x，y) = ft(x'，y')
[0030]由于
是视频序列的第t帖整幅图像的总能量：
为图像的直流分量的能量，其中K、L为图像的长和宽，则可得该图像的平均交流能量为：
[0031]
[0032]AAE具有经几何形变后，如果图像的长宽不变，则保持不变的性质。而且，图像如果 进行了伸缩，依旧会保持不变。
[0033] 图1示出了本发明实施例中的数字视频水印嵌入的方法流程图，为了能够从任一 帖开始获取水印信息，同时抵抗去帖等恶意攻击，在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌 入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌入。
[0034] 在实际方案中，同步信号是一个预先设定的比特串。任何的 水印和同步都可看成 1和0组成的比特串，也就可看成1和-1组成的比特序列，用化1.b2. . .bi....)来表示。我 们使用扩频方式来隐藏该些信息串。Figure1中的伪随机序列生成器用来产生两个伪随机 序列，一个用于表示水印的信息比特，一个用于表示同步比特，两个伪随机序列的生成密钥 和生成长度可W不同。
[00巧]该两个伪随机序列在统计意义上是Gauss白噪声，考虑到恶意攻击者可W在对视 频信号影响不大的情况下，利用时间轴方向的低通滤波等处理去除水印信号，本方案不直 接采用白噪声，而是先对白噪声进行低通滤波。考虑到时间维人眼视觉系统在低于IHz时 敏感性下降该一特性，本发明实施例所设计的低通滤波器的截止频率大约在mz左右。
[0036] 由于同步比特的伪随机序列和水印比特的伪随机序列的构造嵌入和提取等过程 类似，故在后文中统一用W(t)表示伪随机序列。为简化后续的相关检测，要求在构造W(t) 时具有零均值，即EW(t) = 0,并且可W通过控制其最大幅度Am来控制水印的嵌入强度。
[0037] 水印的嵌入过程就是将水印信号W(t)嵌入视频的AAE序列v(t)中，即通过水印 信号修改每一帖的交流成分。为此，对于128X128大小的图像帖，使用双正交小波进行7 层小波分解。根据图1，对于某个信息比特bi，其嵌入水印的过程，就是将水印的伪随机序 列W(t)调制到v(t)上，即；
[0038]v,(t) =V(t)+bi*W(t)
[0039] 小波变换后，在修改交流能量时，考虑到系统的抗攻击能力（不选包含直流能量 的化7,同时不选最高频系数W抵抗空间低通滤波的攻击），仅选取第2~7层的AC系数进 行修改。修改的范围如图2中所示。图中阴影部分为选取的修改区域。
[0040] 本发明实施例选取小波分解，是因为小波分解具有优良的空-频分解特性。在空 间域变化较大的区域，其对应的小波分解系数的绝对值也较大，在该些点上进行的修改也 较大；反之，在变化较小的区域进行较小的修改。而对人眼视觉特性的研究发现，人眼对于 图像中复杂纹理区域变化的敏感程度比简单区域的低。因此，该种修改方案与人眼的视觉 特性相一致。当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帖，从而完成该帖水印 信号的嵌入。视频所有帖嵌入完毕后，也就完成对该视频的水印嵌入。
[0041] 图3示出了本发明实施例中的数字视频水印提取的方法流程图，水印的提取无须 从视频的第1帖开始，可W从视频的任一帖开始。检测器首先逐帖检测同步的存在，若从当 前点直到结束均检测不到同步，则证明此视频中不存在水印。若检测到同步，则计算相邻两 同步之间的帖数是否正确。若正确，则提取水印；否则，则可能遭到了去帖或增帖等攻击，该 部分检测不出正确的水印，需要检查下面两同步，依次类推。在同步检测和水印比特的提取 中，都采取互相关的方法。
[0042]首先利用计算该视频的平均交流能量序列v，(t)，同时根据版权拥有者手中的密 码产生表示水印比特和同步比特的伪随机序列W(t)，计算v，(t)与W(t)之间的互相关来检 测水印和同步是否存在，如下式：
[0043] Rv,W (0) =E[V(t)W(t)]+biE[W(t) 2]
[0044] = Rv,w(0)+biE[W(t)2]
[004引因此，若视频没有嵌入水印，则上述为0;否则，等于。因此我们能够通过设置阔值E[W(t)2]来判断水印或同步比特的存在，并根据正负号判定0或1，从而提取水印。
[0046] 存在基于人类视觉系统（HumanVisionSystem,HV巧的抗几何攻击视频水印方 案。该方法先对原始视频对象进行规范化处理，记录同步信息，类似于上述的半盲检测。在 水印嵌入时，根据人类视觉特性，从视频对象中选取高细节区域嵌入水印。在水印检测和提 取前，对受攻击的含水印视频对象进行规范化处理，调整一些抖动点的位置，W进一步提高 水印检测的性能。
[0047] 综上，由于图像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量）在大多数几何形变 的攻击下保持不变，即使在有些情形（如新图像的部分被填充）发生了变化，也能保持一种 近似的线性关系，对于检测来说影响不大。而且，该类攻击比较少见，因为会暴露被攻击的 迹象。因此，通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击，提高水印鲁椿性，保 护数字视频内容版权。
[0048] 本领域普通技术人员可W理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可 W通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可W存储于一计算机可读存储介质中，存 储介质可W包括；只读存储器（ROM,Read化lyMemo巧）、随机存取存储器（RAM,Random AccessMemoir)、磁盘或光盘等。
[0049] 另外，W上对本发明实施例所提供的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法进行 了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，W上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，包括如下步骤： 在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；以及采 用优良空频分解特性的小波分解； 在数字视频水印提取的过程中，逐帧检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之 间的帧数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。2. 如权利要求1所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，所述将 数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中包括： 在视频序列中嵌入有意义水印的同时嵌入同步，并将同步和有意义水印交叠嵌入； 将水印信号嵌入视频的AAE序列中，通过水印信号修改每一帧的交流成分。3. 如权利要求2所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在于，所述采 用优良空频分解特性的小波分解包括： 当修改系数结束后，通过小波重建，得到空间域的图像帧，从而完成该帧水印信号的嵌 入。4. 如权利要求1至3任一项所述的抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，其特征在 于，所述逐帧检测同步是否存在包括： 利用计算该视频的平均交流能量序列，同时根据版权拥有者手中的密码产生表示水印 比特和同步比特的伪随机序列，计算平均交流能量序列与伪随机序列之间的互相关来检测 水印和同步是否存在。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种抗几何攻击的安全数字视频水印的方法，包括如下步骤：在数字视频水印嵌入的过程中，将数字视频水印嵌入到平均交流能量AAE中；以及采用优良空频分解特性的小波分解；在数字视频水印提取的过程中，逐帧检测同步是否存在，若果存在则计算相邻同步之间的帧数是否正确，如果正确则提取水印，如果不正确则不提取。本发明实施例通过把水印信号嵌入AAE中，能有效抵抗几何形变的攻击，提高水印鲁棒性，保护数字视频内容版权。
【IPC分类】H04N21/8358
【公开号】CN104902341
【申请号】CN201510268912
【发明人】林格, 梁滔, 薛凯军, 肖剑, 徐金柳
【申请人】东莞中山大学研究院, 中山大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
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