一種基於sift的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法
2023-05-30 02:17:11 3
一種基於sift的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法
【專利摘要】一種基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，水印嵌入過程為：（1）將視頻幀圖像用Ycbcr顏色空間表示，對圖像的Y分量進行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，得到DWT變換後的低頻分量；（2）以n幀為一組，對每組首幀經（1）後得到的低頻分量進行SIFT特徵點提取，記錄得到的特徵點位置；（3）對特徵點位置處的像素值加上一個由水印信息決定的變化量；（4）進行DWT逆變換，得到嵌入水印後的Y分量，再由Ycbcr空間轉換到RGB空間，完成水印的嵌入。水印提取過程的（1）、（2）與嵌入過程相同，然後對特徵點處的相素值根據周邊像素進行預測，得到預測差值，根據預測差值與所設定門限值的比較得到嵌入的水印信息。本發明提高了視頻水印方法對幾何攻擊的魯棒性，而且失真小，處理簡單。
【專利說明】—種基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種魯棒視頻數字水印方法，特別涉及一種基於SIFT (尺度不變特徵轉換，Scale-1nvariant feature transform)的抗幾何攻擊魯棒視頻水印方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，數字多媒體已經取代了傳統的模擬形式，藉助網際網路通信技術的不斷發展，數字多媒體可以方便快捷的複製與傳播，而由此引發的盜版問題和版權紛爭也成為日益嚴重的社會問題。據美國唱片業協會估計，全世界每年因盜版而造成的經濟損失高達50億美元，美國電影行業協會估計，盜版使美國電影業的年收入減少了 25億美元。
[0003]傳統的版權保護手段是密碼認證技術，密碼技術可以保證數字作品從發送者到接受者的傳播過程中的信息安全，但是一旦數字作品被解密，密碼技術就不再具有保護作用，盜版者可以任意的複製傳播。
[0004]為了彌補密碼技術在版權保護領域的不足，一種新的版權保護手段一數字水印技術得到了關注與發展。數字水印可以將代表作品版權的相關信息不可感知的嵌入到數字媒體(圖像、聲音、文檔、視頻)中，它可以證明原創作者對其作品的所有權，並作為鑑定、起訴非法侵權的證據，同時可以通過對水印的檢測和分析保證數字作品的完整性，因而成為智慧財產權保護和數字多媒體防偽的有效手段。
[0005]視頻作為人們廣泛使用的多媒體形式，在日常生活中有重要作用，其版權保護的重要性不言而喻，魯棒性是視頻水印需要滿足的重要條件，而針對幾何攻擊的魯棒性一直是視頻水印的研究重點，本發明是在充分研究現有各種可抵抗幾何攻擊的視頻水印方法的基礎上，結合計算機視覺、信號處理等領域的先進技術，所提出的新穎的能有效抵抗以幾何攻擊為主的各種攻擊的魯棒視頻水印方法。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種性能優良的可抵抗諸如幾何攻擊等常見攻擊的魯棒視頻水印方法，以更好地保護數字視頻的版權。
[0007]本發明解決其技術問題所採用的技術方案:一種基於SIFT的可抵抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，如圖1、2所示，包括水印嵌入部分和水印提取部分，兩部分均以視頻幀序列為操作對象，將序列分段後，每段視頻作為一個基本的操作單位；
[0008]所述水印嵌入部分的水印嵌入過程為:
[0009](1.1)顏色空間轉換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量；
[0010](1.2)對視頻幀的亮度分量進行一層二維DWT變換，提取低頻分量；
[0011](1.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數，具體取值由水印信息大小和視頻幀數量決定，對每段首幀經一層二維DWT變換得到的低頻分量進行SIFT特徵值提取，記錄得到的特徵點位置；[0012](1.4)在所述特徵點位置處，按照如下方式嵌入水印:
[0013]p,-t a K w,
[0014]P:.為第i段特徵點位置處嵌入水印後的像素值P:.:為第i段特徵點位置處原始像
素值，a為取值為正整數的放大倍數，w代表水印信息，取值為I和-1，用數組的形式表示為[1,-1,1,-1,...],大小為 η ;
[0015](1.5)對亮度分量進行一層二維DWT逆變換，將顏色空間由Ycbcr轉換為RGB顏色空間，保存視頻；
[0016]所述水印提取部分的水印提取過程為:
[0017](2.1)顏色空間轉換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量；
[0018](2.2)對視頻幀的亮度分量進行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，提取低頻分量；
[0019](2.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數，此值必須與水印嵌入時的取值相同，對每段首幀經一層二維DWT變換得到的低頻分量進行SIFT特徵值提取，記錄得到的特徵點位置；
[0020](2.4)計算特徵點位置處的像素預測誤差，所採用的預測器為SGAP，SGAP的計算公式為:
-y IMBI1-令'言-mill -y
[0021 ]X =-十-；-^
24
[0022]其中X'為像素預測值,Xn為預測像素上方像素值,Xw為左側像素值，Xne為右上角像素值，Xnw為左上角像素值；
[0023]預測誤差定義為像素值與其預測值的差值，每一段計算其平均預測差值，即對該段所有的預測誤差求和然後除以特徵點位置處的像素總數，記為e，設定門限值threshold>0,則提取結果為:
[0024]
Emm i > ihrmhmi
mm-1 sfHi* SM ft
Μβ賺ο
[0025]所述步驟(1.4)中α的取值為5≤a≤15。
[0026]所述步驟(2.4) threshold 的取值為 I < threshold ^ 5。
[0027]所述步驟(1.2)中所述一層二維DWT變換選取小波基為haar小波，提取低頻分量。
[0028]本發明原理:由於現實中的視頻基本都是彩色的，一般可以用RGB模型來表示，在RGB模型中能量分散不利於處理，為了簡化方法的處理過程和提高魯棒性，考慮將RGB模型首先轉換為Ycbcr模型，然後統一對Y分量即亮度分量進行處理，在水印操作結束後根據具體的存儲格式可再變換回RGB模型保存，得到Y分量後，再對其進行2D-DWT變換，取低頻係數操作，這裡小波變換選取的小波基為Haar小波。
[0029]對視頻的分段操作與視頻的可承載信息量密切相關，每一段可代表1比特信息，實際操作過程中可根據視頻的幀數和所需要嵌入的信息量綜合考慮設定，假設每η幀為一段，段的編號記為i，i取值為1，2，...，n。
[0030]接下來對每段的首幀進行SIFT轉換，記錄特徵點的位置，完整的SIFT算法大致有四個步驟:1，尺度空間極值檢測。在尺度空間通過高斯微分函數來檢測潛在的對於尺度和旋轉不變的興趣點。2，關鍵點定位。在興趣點位置上，確定關鍵點的位置和尺度。3，方向確定。基於圖像局部的梯度方向，給每個關鍵點分配方向。4，關鍵點描述。在每個關鍵點的領域內測量圖像局部的梯度，最終用一個特徵向量來表達。在本發明中，應用的只有特徵點的位置，這樣可以略去大部分無關的操作，只需要利用部分SIFT算法即可。
[0031]水印的嵌入或提取所針對的是特徵點位置處的像素值，嵌入時的計算公式為如下:
[0032]
【權利要求】
1.一種基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特徵在於:包括水印嵌入部分和水印提取部分，兩部分均以視頻幀序列為操作對象，將序列分段後，每段視頻作為一個基本的操作單位； 所述水印嵌入部分的水印嵌入過程為: (1.1)顏色空間轉換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量； (1.2)對視頻幀的亮度分量進行一層二維DWT變換，提取低頻分量； (1.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數，具體取值由水印信息大小和視頻幀數量決定，對每段首幀經一層二維DWT變換得到的低頻分量進行SIFT特徵值提取，記錄得到的特徵點位置； (1.4)在所述特徵點位置處，按照如下方式嵌入水印:
pi = Pi + α X v/t Pt為第i段特徵點位置處嵌入水印後的像素值，P:為第i段特徵點位置處原始像素值，a為取值為正整數的放大倍數，w代表水印信息，取值為I和-1，用數組的形式表示為[1,-1,1,-1,...],大小為 η ; (1.5)對亮度分量進行一層二維DWT逆變換，將顏色空間由Ycbcr轉換為RGB顏色空間，保存視頻； 所述水印提取部分的水印提取過程為: (2.1)顏色空間轉換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量； (2.2)對視頻幀的亮度分量進行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，提取低頻分量； (2.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數，此值必須與水印嵌入時的取值相同，對每段首幀經一層二維DWT變換得到的低頻分量進行SIFT特徵值提取，記錄得到的特徵點位置； (2.4)計算特徵點位置處的像素預測誤差，所採用的預測器為SGAP，SGAP的計算公式為:
V -?- VV 一 V tFJ.VT ,nw JC~?^ 24 其中X'為像素預測值，χη為預測像素上方像素值，xwS左側像素值，xne為右上角像素值，Xnw為左上角像素值； 預測誤差定義為像素值與其預測值的差值，每一段計算其平均預測差值，即對該段所有的預測誤差求和然後除以特徵點位置處的像素總數，記為e，設定門限值thresholdX)，則提取結果為:
|織儀隱-1 s>mrmkm
?ΙΑΛβρKm 0
2.根據權利要求1所述的基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特徵在於:所述步驟(1.4)中α的取值為5≤a≤15。
3.根據權利要求1所述的基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特徵在於:所述步驟(2.4) threshold 的取值為 I ^ threshold ^ 5。
4.根據權利要求1所述的基於SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特徵在於:所述步驟(1.2)中所述一層二維DW T變換選取小波基為haar小波，提取低頻分量。
【文檔編號】G06T1/00GK103491456SQ201310474525
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】李清廣, 陳真勇, 徐周川, 王美娟, 熊璋 申請人:北京航空航天大學深圳研究院