使用傳播圖的水印檢測的製作方法

2023-09-22 11:23:40

專利名稱：使用傳播圖的水印檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在高級視頻編碼(AVC)加水印中檢測水印和使用傳播圖(propagation map)的方法。
背景技術：
改變像素值的水印會造成圖像中將變化的像素用作基準的相鄰部分被間接改變。改變運動矢量值的水印會造成圖像中將變化的運動矢量用作基準的相鄰部分被間接改變。 為了確保上述改變在傳播路徑上的任何地方都不引入保真度偽像(fidelityartifact)，已經在保真度準則中使用了傳播圖(PCT/US09/004702和PCT/US09/004752)。在H. 264/AVC 中，二步加水印法(two-step watermarking methods) 一次修改一個塊。然後，水印檢測器在恢復水印有效載荷的過程中分析這個塊。當加了水印的內容在水印恢復之前出現幾何失真時，該方法受到影響。少許未對準將導致檢測器漏掉大量目標塊，從而得到不可靠的檢測結果。因此，需要一種改進的水印檢測方法，能夠捕獲當前檢測方案漏掉的幾何失真。

發明內容
提供了一種用於在高級視頻編碼加水印中檢測水印和使用傳播圖的方法。所述方法可以包括訪問與具有一個或多個水印的列表中的水印相關聯的傳播圖；為傳播圖中的塊定義至少一個檢測準則；識別傳播圖中包括的至少一個塊的至少一個區域，其中，根據所述至少一個檢測準則對所述至少一個區域進行分組；以及產生所述至少一個區域的信息。區域是連通塊的組。可以存在多個不同區域，並且一個區域中的塊的信號可以與另一區中的塊的信號不同。信息可以是空間信息和/或時間信息，其中，空間信息可以至少包括區域的大小、區域的數目、區域的形狀和區域的位置。檢測準則可以是亮度級別的變化，信號是變化的符號。所述方法還可以包括針對每個水印的每個區域，確定亮度級別的平均變化，信息可以包括平均亮度。附加地，可以針對每個水印的每個區域，為信息分配優先級，使得每個水印具有由度量表徵的優先區域，其中，所述方法還可以包括選擇閾值度量並且將具有超過閾值度量的優先區域的水印放入可能水印的優選列表中以應用於視頻數據，其中超過意味著大於閾值度量。本發明的特徵還可以包括產生用於識別所述至少一個區域的標誌矩陣並使用結果產生優選水印的列表。該特徵可以包括從傳播圖內的塊中選擇種子塊來發起標誌矩陣，種子塊是所述至少一個區域的一部分；確定種子塊的信號；利用與種子塊相鄰的附加塊來填充標誌矩陣，其中附加塊的信號的種類與種子塊的信號相同；繼續利用通過至少一個附加塊與種子塊相連的其它塊填充標誌矩陣，其中，其它塊和任意中間塊的信號的種類與種子塊的信號的種類相同；以及將種子塊與填充步驟和進一步填充步驟中的任意塊分配給第一區域，從而產生識別步驟中的第一區域。可以通過以下步驟獲得第二區域從傳播圖中還未分配給所述至少一個區域的塊中選擇另一種子塊；以及針對所述另一種子塊運行確定步驟、填充步驟、進一步填充步驟和分配步驟。可以通過以下步驟獲得附加區域繼續選擇其它種子塊並針對所述其它種子塊運行確定步驟、填充步驟、進一步填充步驟和分配步驟，直到傳播圖中的所有塊被分配。該特徵還可以包括基於度量選擇每個水印的傳播圖的優先區域；選擇閾值度量；以及將具有超過或大於閾值度量的優先區域的水印放入用於視頻數據的可能水印的選擇列表中；其中，度量是至少一種檢測準則，並且是亮度變化的測量值；以及信號種類是亮度變化的符號。


根據以下示例附圖，可以更好地理解本原理，其中圖I是根據本發明實施例用於確定水印檢測區域的方法的框圖； 圖2是圖I的方法中產生檢測區域的算法的框圖；圖3示出了根據本發明的連通區域，其包括A像素和B像素，A像素是原始塊的一部分但是由於移位沒有包括在檢測中，B像素不是原始塊的一部分但是由於移位在檢測期間包括在檢測中；圖4示出了涉及A和B像素且移位的連通區域的另一視圖；圖5示出了涉及A和B像素的亮度和的連通區域的另一視圖；以及圖6是根據本發明用於優化檢測參數的方法的框圖。
具體實施例方式本公開涉及二步加水印方法，其中，這兩個步驟如下I.選擇滿足所有加水印準則的變化的列表。準則可以包括保真度、魯棒性和兼容性。2.使用水印有效載荷執行這些變化的子集。本公開關注於，在第一步的魯棒性準則中使用傳播圖，還將傳播圖用於確定檢測區域和估計檢測區域的魯棒性分數。對於魯棒性,一種簡單的魯棒性測量值(measure)是由潛在候選變化引起的亮度變化量。假定候選變化導致的亮度變化越大，則該候選變化的魯棒性越高。從列表候選變化中去除亮度變化在魯棒性閾值以下的任意候選變化。具體地，本公開的動機在於期望使用傳播圖中的一個或多個區域用於檢測。檢測區域可以是傳播圖中的單個宏塊或多個宏塊的組合。在多數情況下，檢測區域越大，能夠向特定幾何失真提供的魯棒性就越高。這利用了第一步候選變化選擇的優點。本文建議了若干方法來估計檢測區域的潛在魯棒性。導致強魯棒性的變化是優選的，向水印檢測器提供這些區域的描述作為檢測區域。本公開的動機包括以下事實現有二步加水印方法中，加了水印的內容可能在水印恢復之前發生幾何失真，其中少許未對準將導致檢測器漏掉大量目標塊。具體地，本公開將傳播圖用於檢測，以實現更強的魯棒性並克服現有技術的缺陷。將參考圖I描述本公開的一個方面。輸入是填充的傳播圖(populatedpropagation map) 10。傳播圖可以採取多種形式,且總體上可以被表徵為實質上受要加水印的視頻位圖中變化所影響的圖像中所有塊的列表。還可以利用與每個組成塊中出現的特定變化相關的信息來填充傳播圖10。在優選實施例中，檢測測量值是總亮度。這個填充的傳播圖是區域檢測步驟20的輸入，其中，用戶可以定義至少一個檢測準則，檢測準則可以是檢測測量值，用於分析和識別傳播圖內的各個塊，以將其放入在最終檢測區域中生長的特定區域中。圖I的最終輸出是檢測區域的描述30。該描述指示了檢測區域空間和/或時間上的範圍和魯棒性分數。魯棒性分數可以指示估計的檢測區域的魯棒性。空間信息可以至少包括區域的大小、區域的數目、區域的形狀和區域的位置。
圖I示出了單個傳播圖輸入的情況。實踐中，在預處理中存在可能水印的大列表，且對於每個水印存在傳播圖。圖I所示的這個處理流程將應用於這種大列表傳播圖輸入中的每一個，其中傳播圖輸入將導致產生檢測區域和魯棒性分數的大列表。在選擇最終變化集的過程中，後續處理(例如，PCT/US09/004706中描述的可改變塊選擇)可以將魯棒性分數用作一個參數。檢測區域範圍可以被檢測器用於水印恢復。最後，對於每個水印，得到傳播圖，其中有一個或多個識別出的檢測區域及每個檢測區域的關聯信息或度量(metric)。接下來，基於信息或度量為每個水印選擇最佳檢測區域，然後通過比較最佳檢測區域的信息或度量來選擇最佳水印。這裡，用戶選擇或定義用於選擇或優先最佳水印的一些閾值準貝U，這些最佳水印成為要嵌入的可能水印的列表中放置的水印，而從列表中排除其它水印。最佳檢測區域可以稱作優先區域。對於水印檢測，可以通過對具有最大亮度變化的宏塊進行一些分析來檢測水印。一般而言，能量越強的水印，其魯棒性也越高。如果檢測區域的大小固定，則與較小亮度變化相比，較大亮度變化將更魯棒。在二步加水印的情況下，主要(primary)變化將導致一系列塊不同程度地改變其亮度。這就形成了傳播圖。一種提高魯棒性的簡單方式在於估計傳播圖中所有宏塊的總塊亮度變化，且選擇具有最大總亮度變化的宏塊作為檢測度量。設P表不具有N個宏塊的傳播圖。宏塊h是N個宏塊之一，即IDi e P，I < i < N。設Ii表不塊bi的原始總亮度，I』 i表示塊匕在嵌入了水印之後的總亮度。然後，根據|lk-l』k| =Max(Ili-IM)得到塊bk :，其中，I彡i彡N。塊k的位置可以存儲在檢測器的檢測元數據中。現在，討論圖I的區域發現器21。區域發現器21讀取輸入填充的傳播圖10的信息並輸出區域的集合，使得同一區域中的塊滿足一些預定準則，預定準則可以稱作檢測準則或準則。在一個實施例中，塊被分類到一個區域的準則是，塊是4連通的且其亮度變化具有相同符號。如果兩個塊在空間上彼此水平或垂直地相鄰，則兩個塊是4連通的。因此，單個塊正好與其上方、下方、右方和左方的4個其它塊4連通。換句話說，認為所考慮的相鄰塊是位於上方、下方、右方和左方的直接緊鄰塊。圖像邊界上的非角塊與三個其它塊相連，且角塊與兩個塊相連。其中每個塊與區域中的至少一個其它塊相連的區域也稱作4連通區域。
可以通過諸如區域生長、劃分和合併之類的已知分割算法來解決找出特定區內的連通區域的問題。可以採用區域生長算法。在讀取傳播圖的輸入信息之後，為傳播圖構建標誌矩陣，其中每個條目指示相應塊的狀態。用零初始化這個標誌矩陣。為了找出區域，搜索算法以種子塊作為開始。種子塊是與標誌矩陣中的O條目相對應的任意塊，因此種子塊還沒有被分配給任何區域。以索引值I作為開始來標誌第一區域。從第一種子塊找出第一區域。當第一區域完成時，算法將下一連續區域索引值分配給下一種子塊，並用該索引代替標誌矩陣中的O。除非種子塊在傳播圖的邊緣處(在這種情況下，種子塊具有少於四個的鄰居)，否則一旦獲得種子塊，就檢查種子塊的四個4連通鄰居。如果鄰居塊具有標誌值O (暗示其還沒有被分配給區域)且亮度變化的符號與相應種子塊的亮度變化的符號相同，則該鄰居塊變為當前區域的一部分，並且利用當前區域索引代替標誌矩陣中的條目。然後，將該鄰居塊添加到用於進一步分析的隊列中，這暗示著將檢查該鄰居塊的鄰居。在檢查完所有4連通鄰居之後，從隊列上的第一塊重複上述過程檢查塊的所有4連通鄰居；將還沒有分配給區域的具有相同符號的亮度變化的塊放入隊列中，並將塊在標誌矩陣中的相應條目設置為區域索引。這個過程繼續，直到隊列為空為止。此時，完成對一個區域的識別。如果在標誌矩陣中剩餘具有O條目的任何塊，則將這些塊之一選為 下一種子塊，遞增區域索引，且重複上述過程。總體上，圖2示出了搜索算法，該搜索算法以種子塊作為開始，種子塊可以是傳播圖內隨機選擇的塊，或者可以是根據一些協議選擇的塊。不論如何選擇種子塊，重要的是應指出，在優選實施例中檢查傳播圖中的所有塊並將其放入區域中。在算法的開始，在步驟201，將標誌矩陣F中存儲的索引O分配給傳播圖中的所有塊，將第一區域索引I分配給RegionIndex變量。在步驟202,選擇具有標誌O的塊i,暗示該塊還沒有被分配給任何區域。在步驟203，記錄塊的統計值(例如，亮度值)的符號。在步驟204，將當前為I的RegionIndex值分配給塊i的標誌Fi,然後將塊i放入隊列Q中，在步驟205,檢查隊列Q是否為空。如果隊列Q不為空，則在步驟208，從隊列中取出隊列中的第一塊j，並在步驟209檢查第一塊j的四個相鄰塊中的每一個。在步驟210，如果鄰居塊k具有標誌O且塊k的符號與當前種子塊的符號相同，則在步驟211，將塊k放入隊列Q中，同時將區域索引RegionIndex的值分配給塊k的標誌。不具有相同符號的相鄰塊k最終將被分配另一索引號，但是在本輪中其沒有被放入隊列。按照相同的方式檢查四個鄰居塊中的每一個，直到在步驟212中檢查完所有鄰居塊為止。然後，挑出隊列Q中的下一塊，其將經歷如下的相同處理循環步驟209、210、211和212，直到隊列為空，隊列為空暗示算法已經找到索引I的連通塊的第一區域的邊界，且第一區域的外圍塊的外部鄰居的符號與種子塊的符號不同。當在完全識別了區域之後隊列為空時，算法通過在步驟206將下一連續區域索引值分配給另一種子塊來向後進行處理，並且將所述下一索引號分配給與正處理的當前種子塊的符號相同且索引為O的後續相鄰塊。算法運行以步驟202作為開始的處理步驟，以繪出所述下一區域。重複運行算法，直到沒有剩餘帶O條目的任何塊為止。此時，標誌矩陣建成。應注意，基於在塊統計量(例如亮度變化)上具有相同符號的連通區域的這種分割是唯一的。只有一種這種分割。因此，種子塊的選擇和順序不影響分割。因而，可以隨機地選擇種子塊。
區域發現器的備選實施例是，每個塊被當作獨立區域。在這個特定條件下，區域發現器實質上是一個可選組件，原因在於其沒有改變從輸入到輸出的信息。圖3所示的另一實施例涉及選擇具有魯棒性分數的連通區域，其中基於連通區域的邊緣像素的亮度差定義魯棒性分數。這被設計用於抵抗移位攻擊。具體地，為每個宏塊定義兩個區，這裡採用左移和上移一個像素的示例來說明這些區。區A包括這樣的像素其是原始塊的一部分，但是由於移位而不包括在檢測中。區A包括圖3所示的子區域A。、、和Ax。A。是15X1的區，4是1X15的區，Ax只包括一個像素。區B包括這樣的像素其不是原始塊的一部分，但是由於移位而被包括在檢測中。區B包括子區B。'和Bx。B。是15X I的區，Br是1X15的區，Bx只包括一個像素。S用於表示塊中已經正確計算的其餘部分。應注意，此處使用16X16的宏塊作為示例。在其它塊大小的情況下，A和B中子區的大小相應地改變。如圖4所示，計算並記錄每個宏塊的邊緣像素的像素值。具體地，計算區K、K、K和Be、B,、Bx的亮度和。在該圖中，區301標識原始宏塊的位置，而區302指示在將同一塊左移且上移I個像素之後所述塊的位置。不具有塊被移位多少的信息的檢測器使用由區301 限定的區域，基於宏塊內的亮度和計算檢測統計量。這將產生如下效果漏掉了 K、kc和Ax中的實際像素值，且Br、B。和Bx中的像素包括誤差。可以如下定義新魯棒性測量值Rs Rs = I-Err Δ L(I)其中，￡ 卜棒-(權利要求
1.一種方法，包括 訪問與具有一個或多個水印的列表中的水印相關聯的傳播圖； 為傳播圖中的塊定義至少一個檢測準則； 識別傳播圖中包括的至少一個塊的至少一個區域，其中根據所述至少一個檢測準則對所述至少一個區域進行分組；以及產生所述至少一個區域的信息。
2.如權利要求I所述的方法，其中，所述至少一個區域是連通塊的組。
3.如權利要求2所述的方法，其中，存在多個不同區域，並且所述至少一個區域中的塊的 信號與另一區域中的塊的信號不同。
4.如權利要求I所述的方法，其中，信息是空間信息。
5.如權利要求4所述的方法，其中，空間信息至少包括區域的大小、區域的數目、區域的形狀和區域的位置。
6.如權利要求I所述的方法，其中，信息是時間信息。
7.如權利要求I所述的方法，其中，信息是時空信息。
8.如權利要求I所述的方法，其中，檢測準則是亮度級別的變化。
9.如權利要求3所述的方法，其中，檢測準則是亮度級別的變化，以及信號是所述變化的符號。
10.如權利要求9所述的方法，其中，針對每個水印中每個區域確定亮度級別的平均變化，信息包括平均亮度。
11.如權利要求3所述的方法，其中，對每個水印中每個區域的信息分配優先級，使得每個水印具有由度量表徵的優先區域。
12.如權利要求11所述的方法，還包括 選擇閾值度量；以及 將具有超過或大於閾值度量的優先區域的水印放入可能水印列表中以便應用於視頻數據。
13.如權利要求I所述的方法，還包括產生用於識別所述至少一個區域的標誌矩陣。
14.如權利要求13所述的方法，還包括 從傳播圖內的塊中選擇用於發起標誌矩陣的種子塊，種子塊是所述至少一個區域的一部分； 確定種子塊的信號； 利用與種子塊相鄰的附加塊來填充標誌矩陣，其中附加塊與種子塊具有相同種類的信號; 繼續利用通過至少一個附加塊與種子塊相連的其它塊來填充標誌矩陣，其中，其它塊與任何中間塊的信號與種子塊的信號是同一種類；以及 將種子塊與填充步驟和進一步填充步驟中的任意塊分配給第一區域，從而產生識別步驟中的第一區域。
15.如權利要求14所述的方法，還包括 選擇另一種子塊來確定第二區域，以便利用傳播圖中還未分配給至少一個區域的塊來進一步填充標誌矩陣；以及針對所述另一種子塊運行確定步驟、填充步驟、進一步填充步驟和分配步驟，從而產生識別步驟中的第二區域。
16.如權利要求15所述的方法,還包括 繼續選擇其它種子塊並針對所述其它種子塊運行確定步驟、填充步驟、進一步填充步驟和分配步驟，直到傳播圖中的所有塊被分配，從而產生識別步驟中的其它區域。
17.如權利要求16所述的方法，還包括 基於度量選擇每個水印的傳播圖的優先區域； 選擇閾值度量；以及 將具有超過或大於閾值度量的優先區域的水印放入可能水印選擇列表中以便應用於視頻數據。
18.如權利要求17所述的方法，其中 度量是所述至少一個檢測準則，並且是亮度變化的測量值；以及 信號種類是亮度變化的符號。
19.一種方法,包括 訪問或產生用於視頻的可能水印的列表； 產生由於應用相應水印而導致的視頻修改的各個傳播圖(P)，每個傳播圖是被相應水印修改的視頻的組成塊的集合； 根據每個相應傳播圖產生檢測區域，其中，檢測區域包括傳播圖內的塊，相對於選定的檢測準則，檢測區域與傳播圖內的每個其它區域相比總體上等級最高； 選擇用於評估檢測區域的閾值度量；以及 根據水印的檢測區域與閾值度量之間的比較結果，從列表中去除水印。
全文摘要
提供了一種用於在視頻編碼中檢測和選擇水印的方法，所述方法包括訪問可能水印的列表；產生由應用相應水印而導致的對於視頻的修改的傳播圖；根據每個相應傳播圖產生檢測區域，其中檢測區域包括傳播圖內的塊，與傳播圖內的每個其它區域相比，檢測區域總體上相對於選定檢測準則的等級最高；選擇用於評估檢測區域的閾值度量；以及根據水印的檢測區域與閾值度量之間的比較結果，從列表中去除水印。
文檔編號G06T1/00GK102754124SQ201180008908
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月7日 優先權日2010年2月9日
發明者何山, 傑弗裡·亞當·布盧姆, 鄒德坤 申請人:湯姆森許可貿易公司