數字水印處理方法和裝置的製作方法

2023-05-09 18:57:51

專利名稱：數字水印處理方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字水印領域，具體而言，涉及一種數字水印處理方法和裝置。
背景技術：
近年來對於水印的研究領域在逐漸擴展，從對載體為圖像的水印研究，拓展到對音頻、視頻、文檔、3D網格、軟體等載體的水印技術的研究，從水印信息的生成、嵌入到水印的檢測提出了許多方法，也有一些初步的理論結果。一般提高水印魯棒性常用的方法有 冗餘嵌入、擴頻編碼、在感知上的重要係數中嵌入、在已知魯棒性的係數中嵌入、檢測器失真補償、嵌入器失真補償等技術。而對抗時間和幾何失真的一般策略則是窮舉搜索、同步模板、自相關模板、不變水印和絕對同步等技術。但是這些方法並不是解決魯棒性問題的完整方案。目前各種常用的圖像、視頻處理技術對於水印嵌入和檢測的影響分為以下幾種或其組合光度失真改變象素點值。如噪聲、濾波、對比度/亮度調整、有損壓縮等；空間同步失真改變象素點位置，從而引起空間同步關係的改變。如裁剪、放縮、平移、旋轉、透視、 非線性變換、球形變換、局部幾何變形等各種幾何變換；時間同步失真改變象素點位置， 從而引起的時間同步關係的改變。如幀插入、幀刪除、幀交換、幀頻轉換等。但目前的情況是，數字水印沒有對所有可能的失真都具有魯棒性，因此不能夠預測介於嵌入和檢測之間的信號處理，也不能確保水印安全以防止敵手攻擊。針對相關技術中數字水印魯棒性差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種數字水印處理方法和裝置，以解決數字水印魯棒性差的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種數字水印處理方法和裝置。根據本發明的數字水印處理方法包括提取原始視頻數據中的特徵區域；根據特徵區域內每個點的局部方向嵌入版權保護信息，以及在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，以得到數字水印。進一步地，根據特徵區域內每個點的局部方向嵌入版權保護信息包括將特徵區域由橢圓形區域轉換成圓形區域；獲取圓形區域的梯度方向；將圓形區域的梯度方向映射至預設方向；將版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域；以及將嵌入版權保護信息的圓形區域轉換為橢圓形區域。進一步地，獲取圓形區域的梯度方向包括計算圓形區域內各點的梯度；比較各點的梯度的大小；以及確定圓形區域的梯度方向，其中，圓形區域的梯度方向為圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。進一步地，在將版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域之前，方法還包括通過偽隨機序列生成器和安全密鑰生成版權保護信息序列；以及將版權保護信息序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息。進一步地，將版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域包括結合噪聲可視函數將版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種數字水印處理裝置。根據本發明的數字水印處理裝置包括提取模塊，用於提取原始視頻數據中的特徵區域；以及嵌入模塊，用於根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權保護信息，以及在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，以得到數字水印。進一步地，嵌入模塊包括第一轉換子模塊，用於將特徵區域由橢圓形區域轉換成圓形區域；獲取子模塊，用於獲取圓形區域的梯度方向；第一映射子模塊，用於將圓形區域的梯度方向映射至預設方向；嵌入子模塊，用於將版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域；以及第二轉換子模塊，用於將嵌入版權保護信息的圓形區域轉換為橢圓形區域。進一步地，獲取子模塊包括計算單元，用於計算圓形區域內各點的梯度；比較單元，用於比較各點的梯度的大小；以及確定單元，用於確定圓形區域的梯度方向，其中，圓形區域的梯度方向為圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。進一步地，第一嵌入模塊還包括第一生成子模塊，用於通過偽隨機序列生成器和安全密鑰生成版權保護信息序列；以及第二生成子模塊，用於將版權保護信息序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息。進一步地，嵌入子模塊還用於結合噪聲可視函數將版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。通過本發明，採用包括以下步驟的數字水印處理方法提取原始視頻數據中的特徵區域；根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權保護信息，以及在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，以得到數字水印，解決了數字水印魯棒性差的問題， 進而達到了提高數字水印魯棒性的效果。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明第一實施例的數字水印處理方法的流程圖；圖2是根據本發明第一實施例的數字水印數據生成的流程3是根據本發明第二實施例的數字水印處理方法的流程圖；圖4是根據本發明實施例的數字水印檢測方法的流程圖；圖5是根據本發明第一實施例的數字水印處理裝置的框圖；以及圖6是根據本發明第二實施例的數字水印處理裝置的框圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。圖1是根據本發明第一實施例的數字水印處理方法的流程圖，如圖1所示，該方法
5包括如下的步驟S102至步驟S106 步驟S102 提取原始視頻數據中的特徵區域。步驟S104 根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權保護信息。步驟S106 在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息。通過上述三個步驟，得到數字水印。其中，視頻數據由原始數據至包含水印的數據變化過程如圖2所示，綜合特徵檢測器對原始數據進行特徵區域選擇，然後嵌入版權保護信息和真偽鑑定信息，得到包含水印的數據。在該實施例中，可通過綜合特徵檢測器提取原始視頻數據中的特徵區域，接著根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權水印信息(即版權保護信息)，最後向除特徵區域之外的部分嵌入脆弱水印信息(即數據真偽鑑定信息)，能夠抵抗旋轉、裁剪等各種幾何篡改，並能夠對數據遭受篡改的區域給出準確的定位，從而提高了數字水印的魯棒性。本發明中綜合特徵檢測器，用於檢測時域和能量兩種特徵。在時域特徵方面，本發明側重研究分析了視頻的時域特徵，實現了以時域特性為基礎，從多個不同的角度，可以得到視頻特徵的不同描述。在能量特徵方面，本發明基於能量特徵進行水印的嵌入和檢測，利用這一視覺特性，提升了水印算法的魯棒性。本發明採用了綜合這二者的方案，但就時域和能量角度而言，本發明等同於基於時域的魯棒性數字水印，或基於能量的魯棒性數字水印。圖3是根據本發明第二實施例的數字水印處理方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括如下的步驟S201至步驟S206 步驟S201 提取原始視頻數據中的特徵區域。步驟S202 通過使用特徵點所對應的特徵矩陣將選擇的每一處特徵區域由橢圓形轉換成圓形。步驟S203 計算圓形區域內每個點的梯度。步驟S204:比較比較各點的梯度的大小，找到區域內最大梯度作為該區域的梯度。步驟S205 確定圓形區域的梯度方向，其中，圓形區域的梯度方向為圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。步驟S206 將圓形區域的梯度方向映射至預設方向，也即旋轉該區域方向至一個特定的方向。步驟S207 使用偽隨機序列生成器並結合一個安全密鑰keys生成版權保護信息序列WC(j)，並將序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息，優選地，將所有元素映射到{-1,1}域內。步驟S208 將生成的版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向的圓形特徵區域內，優選地，結合NVF噪聲可視函數將版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。步驟S209 將整個版權水印信息值嵌入到所選區域之後，對每個特徵區域逆變換到橢圓形區域得到含水印數據。步驟S210 在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息。通過上述十個步驟，以得到數字水印。在該實施例中，綜合特徵檢測器用了基於時域特徵的魯棒性視頻水印算法，從視
6頻的時域特徵入手，充分考慮視頻幀在時間軸上的密切相關性和時序性等時域特徵。和那些把視頻看成一幀幀獨立的圖像，採用研究圖像水印方法來研究視頻水印的方法不同。圖4是根據本發明實施例的數字水印檢測方法的流程圖，該過程是水印嵌入的逆過程，如圖所示，除了版權資訊檢測和數據真偽鑑定信息檢測兩個過程之外，其他過程與水印嵌入過程是類似的。特徵區域選擇好之後，使用版權資訊檢測和內容真偽鑑定信息檢測功能來分別進行版權保護信息和脆弱水印信息的檢測。下面對這兩個部分的執行過程做詳細介紹。版權資訊檢測過程可分以下幾步完成1)通過使用特徵點所對應的特徵矩陣將選擇的每一處特徵區域由橢圓形轉換成圓形。2)計算圓形區域內每個點的梯度方向，找到區域內最大梯度作為該區域的梯度， 旋轉該區域方向至一個特定的方向。3)計算嵌入水印後數據和該數據經過Wiener濾波後數據這兩幅數據的差值，並從數據中提取隱藏的水印信息。4)比較提取的水印數據和原始水印數據之間的位錯誤率，若位錯誤率小於一個事先給定的閾值，則表明版權保護信息已被正確地提取出來。數字版權和內容真偽鑑定檢測結果是由提取出來的兩類水印信息決定，即對數據的篡改會通過提取出的水印信息檢測出來。如果數據本身沒被篡改而提取的水印信息存在錯誤，則稱此錯誤類型為虛警。通過該實施例，不但對其中的數字水印進行了嵌入和檢測，而且在其中增加了真偽鑑定信息檢測方法，即對圖像的篡改會通過提取出的水印信息檢測出來。如果圖像本身沒被篡改而提取的水印信息存在錯誤，則定性為虛警。圖5是根據本發明第一實施例的數字水印處理裝置的框圖，如圖5所示，該數字水印處理裝置包括提取模塊20，第一嵌入模塊40以及第二嵌入模塊60。其中，提取模塊20用於提取原始視頻數據中的特徵區域，第一嵌入模塊40用於根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權保護信息，第二嵌入模塊60用於在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，通過該實施例提供的數字水印處理裝置得到數字水印。在該實施例中，提取模塊20可通過綜合特徵檢測器提取原始視頻數據中的特徵區域，接著第一嵌入模塊40根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入魯棒水印信息(即版權保護信息)，最後第二嵌入模塊60向除特徵區域之外的部分嵌入脆弱水印信息(即數據真偽鑑定信息)，能夠抵抗旋轉、裁剪等各種幾何篡改，並能夠對數據遭受篡改的區域給出準確的定位，從而提高了數字水印的魯棒性。圖6是根據本發明第二實施例的數字水印處理裝置的框圖，如圖6所示，該數字水印處理裝置包括提取模塊20，第一嵌入模塊40以及第二嵌入模塊60。其中，第一嵌入模塊40包括第一轉換子模塊41，獲取子模塊43，第一映射子模塊45，嵌入子模塊47以及第二轉換子模塊49。其中，第一轉換子模塊41用於將特徵區域由橢圓形區域轉換成圓形區域，即通過使用特徵點所對應的特徵矩陣將選擇的每一處特徵區域由橢圓形轉換成圓形。
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獲取子模塊43用於獲取圓形區域的梯度方向，其中，優選地，獲取子模塊包括計算單元，用於計算圓形區域內各點的梯度；比較單元，用於比較各點的梯度的大小，找到區域內最大梯度作為該區域的梯度；以及確定單元，用於確定圓形區域的梯度方向，其中，圓形區域的梯度方向為圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。第一映射子模塊45用於將圓形區域的梯度方向映射至預設方向，也即旋轉該區域方向至一個特定的方向。嵌入子模塊47用於將版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域，優選地， 嵌入子模塊47用於結合NVF噪聲可視函數將版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。其中，第一嵌入模塊40還包括第一生成子模塊和第二生成子模塊，通過兩個生成子模塊生成版權保護信息。第一生成子模塊用於通過偽隨機序列生成器並結合一個安全密鑰 keys生成版權保護信息序列WC (j)；第二生成子模塊用於將版權保護信息序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息，其中，預設數值域優選為{_1，1}域。第二轉換子模塊49用於將嵌入版權保護信息的圓形區域轉換為橢圓形區域，將整個版權水印信息值嵌入到所選區域之後，對每個特徵區域逆變換到橢圓形區域得到含水印數據。在該實施例中，實現了基於視頻時域特徵的近似不變量，全面考慮了針對視頻在不同應用過程中出現的光度失真、空間同步失真和時間同步失真等3大類失真情況，而不是僅僅針對某一類失真情況進行研究。實現了針對時間同步失真和空間同步失真，從視頻的時域特徵入手，充分考慮視頻幀在時間軸上的密切相關性和時序性等時域特徵，開發出基於時域特徵的魯棒性數字水印處理方法，不同於那些把視頻看成一幀一幀獨立單位的圖像水印處理方法。從以上的描述中，可以看出，本發明實現了如下技術效果通過在特徵區域中嵌入版權保護信息，向除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，從而能夠抵抗旋轉、裁剪等各種幾何篡改，並能夠對視頻數據遭受篡改的區域給出準確的定位，從而提高了數字水印的魯棒性。需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種數字水印處理方法，其特徵在於，包括 提取原始視頻數據中的特徵區域；以及根據所述特徵區域內每個點的局部方向嵌入版權保護信息，以及在所述原始視頻數據除所述特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，以得到數字水印。
2.根據權利要求1所述的數字水印處理方法，其特徵在於，根據所述特徵區域內每個點的局部方向嵌入版權保護信息包括將所述特徵區域由橢圓形區域轉換成圓形區域；獲取所述圓形區域的梯度方向；將所述圓形區域的梯度方向映射至預設方向；將所述版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域；以及將所述嵌入版權保護信息的圓形區域轉換為橢圓形區域。
3.根據權利要求2所述的數字水印處理方法，其特徵在於，獲取所述圓形區域的梯度方向包括計算所述圓形區域內各點的梯度； 比較各點的梯度的大小；以及確定所述圓形區域的梯度方向，其中，所述圓形區域的梯度方向為所述圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。
4.根據權利要求2所述的數字水印處理方法，其特徵在於，在將所述版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域之前，所述方法還包括通過偽隨機序列生成器和安全密鑰生成版權保護信息序列；以及將所述版權保護信息序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息。
5.根據權利要求2所述的數字水印處理方法，其特徵在於，將所述版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域包括結合噪聲可視函數將所述版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。
6.一種數字水印處理裝置，其特徵在於，包括 提取模塊，用於提取原始視頻數據中的特徵區域；以及嵌入模塊，用於根據所述特徵區域內每個點的局部方向嵌入版權保護信息，以及在所述原始數據除所述特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息，以得到數字水印。
7.根據權利要求6所述的數字水印處理裝置，其特徵在於，所述嵌入模塊包括 第一轉換子模塊，用於將所述特徵區域由橢圓形區域轉換成圓形區域； 獲取子模塊，用於獲取所述圓形區域的梯度方向；第一映射子模塊，用於將所述圓形區域的梯度方向映射至預設方向； 嵌入子模塊，用於將所述版權保護信息嵌入到映射梯度方向後的圓形區域；以及第二轉換子模塊，用於將所述嵌入版權保護信息的圓形區域轉換為橢圓形區域。
8.根據權利要求7所述的數字水印處理裝置，其特徵在於，所述獲取子模塊包括 計算單元，用於計算所述圓形區域內各點的梯度；比較單元，用於比較各點的梯度的大小；以及確定單元，用於確定所述圓形區域的梯度方向，其中，所述圓形區域的梯度方向為所述圓形區域內梯度最大的點的梯度方向。
9.根據權利要求7所述的數字水印處理裝置，其特徵在於，所述嵌入模塊還包括 第一生成子模塊，用於通過偽隨機序列生成器和安全密鑰生成版權保護信息序列；以及第二生成子模塊，用於將所述版權保護信息序列中的所有元素映射到預設數值域內以生成版權保護信息。
10.根據權利要求7所述的數字水印處理裝置，其特徵在於，所述嵌入子模塊還用於結合噪聲可視函數將所述版權保護信息嵌入到旋轉梯度方向後的圓形區域。
全文摘要
本發明公開了一種數字水印處理方法和裝置。該數字水印處理方法包括提取原始視頻數據中的特徵區域；根據特徵區域中每個點的局部方向嵌入版權保護信息；以及在原始數據除特徵區域之外的部分嵌入數據真偽鑑定信息以得到數字水印。通過本發明，能夠抵抗旋轉、裁剪等各種幾何篡改，提高了數字水印的魯棒性。
文檔編號G06T1/00GK102497602SQ20111042470
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者何曉晶 申請人:海南傑福瑞網絡科技有限公司