一種水印信息的嵌入、檢測方法及裝置的製作方法

2023-10-09 05:58:29

專利名稱：一種水印信息的嵌入、檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字圖像處理及信息安全技術領域，尤其涉及一種水印信息 的嵌入、檢測方法及裝置。
背景技術：
數字水印技術是指用信號處理的方法在數位化的多媒體內容中嵌入標識 信號(即水印信息)，以便通過提取這些標識信號，並比較所提取的標識信號
與嵌入的標識信號是否一致，來實現對多媒體內容的版權追蹤、版權聲明和 內容防篡改等目的。因此，在數位化多媒體技術發展迅猛的時代，為了防止 數字視頻內容被非法篡改，或者由於數據化媒體的可移植性特點而被盜版翻 制，數字水印技術具有不可忽視的作用。
現有技術中的一種基於數字水印的視頻認證方法是首先，在數字水印 的嵌入端，從I幀中生成水印信號，然後在進行可變長度編碼(VLC, Variable Length Code)時，將該水印信號嵌入到所述I幀中。在數字水印的認證端， 從I幀中生成水印信息，然後再和從該I幀中提取的水印信息相比較，來進一 步驗證接收的視頻碼流是否被篡改。
然而，在進行本發明創造過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下 問題
由於現有技術將水印信息嵌入到I幀中，只對I幀進行了保護，而無法 保護P幀和B幀，因此水印信息的保護範圍較小；同時，由於I幀在編碼時 會對P幀和B幀產生影響，因此，將水印信息嵌入到I幀中會影響整個視頻 內容的視覺質量，而若為了保證視覺質量，只能縮小水印信息保護範圍。
可見，由於水印信息的嵌入對視頻內容的影響，與水印信息嵌入的保護 範圍是矛盾的，如果嵌入水印信息過多，將會影響視頻內容的正常顯示；而 如果嵌入的水印信息過少，又會降低視頻內容的安全性。而目前還沒有方法
既能保證水印信息保護範圍，同時又能保證視頻或圖像的視覺質量
發明內容
—
本發明實施例的目的在於提供一種水印信息的嵌入、檢測方法及裝置， 能夠在保證水印信息對原始視頻或圖像內容的保護範圍足夠大的前提下，減 小原始視頻或圖像的失真。
本發明實施例提供了 一種水印信息的嵌入方法，包括
按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同 一個圖組中或圖像中 的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；
從所述關鍵數據中生成水印信息；
將所述水印信息嵌入到所述非關4建悽t據中。
基於上述技術方案，本發明實施例還公開了一種水印信息的檢測方法， 包括
按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將收到的圖像中或視頻的同一個 圖組中的數據分流成與嵌入端相同的關鍵數據和非關鍵數據；
從所述關鍵數據中生成第一水印信息；
從所述非關鍵數據中提取第二水印信息；
判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的相關性是否滿足預置的門 限值，若滿足，則判斷得到所述視頻或圖像無篡改；否則判斷得到所述視頻 或圖像被篡改。
基於上述技術方案，本發明實施例還公開了一種水印信息的嵌入裝置， 包括
分流單元，按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖組 中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；
水印信息生成單元，用於從所述分流單元得到的關鍵數據中生成水印信自、.
嵌入單元，用於將所述水印信息生成單元中的水印信息嵌入到所述關鍵 數據中。 .
基於上述技術方案，本發明實施例還公開了一種水印信息的檢測裝置，
包括
分流單元，按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將收到的圖像中或視
頻的同 一個圖組中的數據分流成與嵌入時相同的關鍵數據和非關鍵數據；
第一水印信息單元，用於從所述分流單元得到的關鍵數據中生成第一水 印信息；
第二水印信息單元，用於從所述分流單元得到的非關鍵數據中提取第二 水印信息；
判斷單元，用於判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的相關性是 否滿足預置的門限值，若滿足，則判斷得到所述視頻或圖像無篡改；否則判 斷得到所述視頻或圖像被篡改。
與現有技術相比，本發明實施例具有以下優點
本發明實施例按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖 組中或圖像中的數據分成關鍵數據和非關鍵數據，由於水印信息是從關鍵數 據中產生，並嵌入到了非關鍵數據中，因此，擴大了水印信息的保護範圍的 同時，又保證了視頻或圖像的質量，降低了視頻或圖像的視覺影響，從而實 現了對視頻或圖像內容的無縫保護。


圖1 (a)為現有技術中水印信息的嵌入過程示意圖1 (b)為現有技術中水印信息的檢測過程示意圖2為本發明實施例水印信息的嵌入方法流程框圖3為本發明實施例視頻編碼與水印信息的嵌入過程示意圖4為圖3中水印信息的生成和嵌入過程的流程示意圖5為同一個圖組中各幀參考關係示意圖6為本發明實施例水印信息的檢測方法流程框圖7為本發明實施例視頻解碼與視頻認證過程示意圖8為圖7中水印信息的檢測過程的流程示意圖9為本發明一種水印信息的嵌入裝置實施例的結構框圖10本發明另一種水印信息的嵌入裝置實施例的結構框圖11本發明另一種水印信息的嵌入裝置實施例的結構框圖12本發明一種水印信息的檢測裝置實施例的結構框圖13本發明另一種水印信息的檢測裝置實施例的結構框圖。
具體實施例方式
本發明公開的一種水印信息的嵌入方法包括按照對視頻或圖像的內容 的影響程度，將視頻的同 一個圖組中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關 鍵數據；從所述關鍵數據中生成水印信息嵌入到所述非關鍵數據中。
其中，對於視頻碼流，可按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻 的同一圖組中的幀分流成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據為 關鍵數據，所述非關鍵幀中的數據為非關鍵數據。
對於圖像，可按照不同頻率對圖像的內容的影響程度，將圖像中相對高 頻的數據分流成非關鍵數據，將相對低頻的數據分流成關鍵數據。
下面結合附圖對本發明實施例的具體實施方式
做進一步的詳細闡述。
如圖2所示，為本發明水印信息的嵌入方法，該方法將/人^L頻碼流的關 鍵幀中生成的水印信息嵌入到非關鍵幀中，由該方法嵌入水印信息後，能夠 在認證端還原出原始視頻碼流。為方便理解，可同時結合圖3和圖4所示的 水印信息的生成和嵌入流程示意圖。所述方法包括以下步驟
步驟201:將同一個圖組(GOP, Group of Pictures)中的原始視頻碼流按 照預設的分流規則分流得到關鍵幀和非關鍵幀。
其中，所述關鍵幀和非關鍵幀可根據編碼時對其他數據幀的影響程度判
斷，例如圖5中，在^L頻碼流的一個圖組中，包括I幀、P幀和B幀。所述I
幀為幀內編碼幀，其編碼不依賴於已經編碼的圖像數據。p幀為前向預測幀，
B幀為雙向預測幀，編碼時P幀需要參考I幀，而B幀需要同時參考I幀和P 幀或者兩個P幀。可見，I幀變化，將直接影響到隨後的P幀和B幀；而P 幀變化時，將影響到前後的B幀編碼。因此，I幀對於P幀和B幀是關鍵幀； 而P幀對於B幀是關4建幀。
在本實施例中，以I幀為關鍵幀，P幀和B幀作為非關鍵幀為例，進行說明。
步驟202:提取所述關鍵幀I幀中的各宏塊(Macro Block)的幀內預測殘
差的量化係數。
其中，所述幀內預測殘差可根據幀內預測模式通過幀內預測得到，再經 整數變換及量化後得到所述幀內預測殘差的量化係數。
步驟203:將從所述步驟202中提取到的所述I幀中的各宏塊的幀內預測 殘差的量化係數，經過處理後生成水印信息(簡稱為wm—signal )。
其中，可以按照下述方法生成水印信息
方法一 比較所述I幀中相鄰兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化 係數的大小，並根據比較結果得到0或1,例如，當比較結果為大於時，得到 1,反之，得到0。然後可再通過諸如雜湊函數(即Hash函數)等加密處理進 而得到水印信息。
其中，比較所述I幀中兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的 大小，可以按照下面方法實現但不限於此，例如首先，從所述I幀中隨機選 取一個宏塊MBr和一個宏塊MBe組成宏塊對，分別/人這兩個宏塊的每個分塊 的幀內預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數。其中，所述分塊 可以為8x8分塊，可以包括色度分塊。
然後，分別計算每個宏塊中所選取的非零交流係數之和。
最後，比較這兩個宏塊的非零交流係數和的大小，將比較結果量化成0 或l的二值序列。例如如果宏塊MB,大於MBc ,則將比較結果量化成O, 反之，量化成1。 —
或者，也可不比較相鄰兩個宏塊中幀內預測殘差的量化係數的大小，而 直接將所述I幀中各宏塊的幀內預測殘差的量化係數通過諸如雜湊函數等加 密處理得到水印信息。
方法二將待嵌入的數據幀的序號信息轉化成二進位數，再與所述步驟 202中提取的所述I幀的幀內預測殘差的量化係數，逐位進行模2相加處理， 得到的結果即為水印信息。
本發明水印信息的生成方法不限於上述幾種方法，但凡才艮據所述I幀中各 宏塊的幀內預測殘差的量化係數生成的水印信息都不影響本發明的實現。
步驟204:提取該圖組中所有非關鍵幀(本實施例為P幀和B幀)中的 各宏塊中每個分塊的幀間預測殘差的量化係數(簡稱為Coef)。其中，所述幀 間預測可通過運動估計、運動補償實現，得到的幀間預測殘差再經整數變換 及量化後得到幀間預測殘差的量化係數，由於屬於本領域公知常識，因此不 再贅述。
步驟205:從所述每個分塊的幀間預測殘差的Coef中提取非零交流係數 (簡稱為CoefAC)作為候選嵌入域。
步驟206:利用用戶密碼(Key)在所述CoefAC中選擇出非零交流係數 作為嵌入域。
其中，選擇非零交流係數的具體方法例如，可將所述用戶密碼轉換成二 進位數，所述二進位數與當前分塊中CoefAC的位數相應。根據所述二進位中 每一位數值，選擇數值為1所對應的CoefAC中的相應位作為嵌入域。例如， 如果所述二進位中的第5位數值為1,則選擇所述CoefAC中的第5位作為嵌 入域。
當然，所述選擇方法還可採用其他等同變換的方法實現，例如，還可採 用十進位，選擇數值為偶數所對應的CoefAC中的相應位作為嵌入域。
步驟207:按照上述步驟206中所選的CoefAC所在宏塊的位置，提取所
述I幀相應宏塊中相應位置的wm一signal,並將所4是取的wm—signal嵌入到所 述步驟206中所選的CoefAC中的最《氐有效位上。之後再經過編碼得到含水印 信息的糹見頻碼流。
其中，將所述wm—signal嵌入到所述CoefAC中的最低有效位上的方法可 按照公式(1)實現，即將所述CoefAC取絕對值後乘以2 (即左移一位)，以 留出最低位供wm—signal嵌入，然後，再將所述wm—signal嵌入到所述最低位 上，最後，再將嵌入後的數值賦上與嵌入前該CoefAC相同的正負符號。
Coe/4C麗[5汰]卩^Wg^(afe(Coe/4(XB汰][/])《Ke乂/] + wmj/g"d
,a^/4C[萬汰][/]) ( 1 )
其中，所述公式(1)中sign(x, y)是將y的正負符號賦給x, Blk為分 塊在宏塊中的序號，i為係數在分塊中的序號， <<表示左移一位。
上述實施例可通過將所述關鍵幀I幀中生成的水印信息，嵌入到與所述I 幀同 一個圖組中的所有非關鍵幀中，使得視頻碼流中除了關鍵幀外的所有數 據幀都嵌入了水印信息，因此，不僅擴大了水印信息的保護範圍，提高了水 印信息對視頻碼流的保護能力，而且，還能夠有效地降低水印信息對視頻的 視覺影響，從而實現了對視頻內容的無縫保護。
其次，由於本發明利用用戶密碼來控制水印信息的嵌入位置，因此，在 提取認證時，也需要利用相同的用戶密碼提取相應位置的水印信息，因此進 一步增加了視頻碼流的安全性，而且能夠對墓改的宏塊級進行定位。
而且，本發明實施例中水印信息的嵌入是在掃描之後，熵編碼之前完成， 即在編碼環之外完成，因此水印信息的嵌入不會對視頻內容產生影響，進一 步保證了視頻質量。
再次，本發明實施例在嵌入前，可先將待嵌入的CoefAC取絕對值後左移 一位，然後再將水印信息嵌入到最低位。使得在認證端，可以提取出水印信 息後，還能恢復到原始視頻流，從而能夠將水印信息嵌入所引起的對原始視 頻的失真降到最低。
此外，如果所述宏塊中有的分塊沒有非零交流係數，則上述方法實施例 中在執行所述步驟205之前，還需要從所述宏塊中選擇該宏塊中具有非零交
流係數的分塊作為待嵌入水印信息的分塊，然後在執行所述步驟205，來從所 選蜂的待嵌入水印信息的分塊中選擇候選嵌入域。
其中，從所述宏塊中選擇待嵌入水印信息的分塊的方法例如可根據所 述步驟206中的用戶密碼在所述宏塊中選擇具有非零交流係數的亮度8 x 8分 塊作為待嵌入水印信息的分塊。所述選擇方法可以為計算用戶密碼與具有 非零交流係數的亮度分塊個數的餘數，餘數加1的結果即為待嵌入水印分塊 在所述宏塊的所有非零交流係數的亮度分塊中的位置。
此外，為了達到認證幀調換，宏塊調換以及防止碼流色度信息篡改的目 的，還可以在上述步驟206中將所述用戶密碼調整為與色度信息相關的密碼， 例如計算用戶密碼、當前幀編碼、當前宏塊編號、以及選取的色度U和V 分塊的非零交流係數的異或值(即XOR值)得到調整後的密碼。
其中，可通過計算用戶密碼與色度U和V分塊中非零交流係數個數的餘 數，餘數加1得到的結果即為所選取的非零交流係數在色度U和V分塊中的 位置，所述色度U和V分塊的非零交流係數即從色度U和V分塊中該位置處 選擇得到。
這樣，步驟206中選取嵌入域的方法還可以計算調整後的密碼與所述 待嵌入水印分塊的非零交流係數個數的餘數，餘數加l後的結果即為嵌入域。
此外，為了能夠同時保護到所述CoefAC中的高位信息，在上述步驟207 中，當提取出所述I幀相應宏塊中相應位置的wm—signal後，還可以再計算所 述wm—signal與所述步驟206中所選CoefAC中高位數值的異或值。然後，將 計算得到的結果嵌入到所述步驟206中所選的CoefAC中的最低有效位上。之 後再經過編碼得到含水印信息的視頻碼流。
此外，在上述實施例步驟202中，如果所述I幀沒有採用幀內預測技術， 則可直接提取所述I幀中的各宏塊的量化係數，即直接將所述I幀的各宏塊中 的像素值經過整數變換，得到係數，然後對所述係數進行量化，得到各宏塊 的量化係數。然後在所述步驟203中，可使用所述I幀中各宏塊的量化係數進 行處理以得到水印信息。而且，在所述步驟205中，並不只限於提取非零交 流係數作為候選嵌入域，其他係數也同樣適用於本發明實施例。
如圖6所示，為本發明水印信息的檢測方法，該方法將從視頻碼流的關 鍵幀中生成第一水印信息，然後再和非關鍵幀中提取的第二水印信息相比較， 以判定當前視頻碼流是否被篡改。其中，所述關鍵幀和非關鍵幀根據與嵌入
端相同的分流規則分流得到。為方便理解，同時可結合圖7和圖8所示的水 印信息的提取和檢測流程示意圖，所述方法包括
步驟601:將收到的含水印信息的視頻碼流經熵解碼後，按照與嵌入端相 同的分流規則分流得到關鍵幀和非關鍵幀。
在本實施例可按照上述圖2所示實施例中的分流規則，同一個圖組中以I 幀為關鍵幀，P幀和B幀作為非關鍵幀為例，進行說明。
步驟602:提取所述關鍵幀(即I幀)中的各宏塊的幀內預測殘差的量化 係數。
步驟603:採用與嵌入端相同的水印信息生成方法，將從所述步驟602中 提取到的所述I幀中的各宏塊的幀內預測殘差的量化係數，經過處理後生成第 一水印信息(本實施例簡稱為wm—signal')。
例如，如果在嵌入端採用方法一生成水印信息，那麼該步驟也採用所述 方法一生成第一水印信息，即先從所述I幀中隨機選取兩個宏塊，分別從這 兩個宏塊的每個分塊的幀內預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流系 數，並分別計算每個宏塊中所選取的非零交流係數之和，然後比較這兩個宏 塊非零交流系悽t之和的大小。
步驟604:提取該圖組中所有非關鍵幀(本實施例為P幀和B幀)中的 各宏塊中每個分塊的幀間預測殘差的量化係數(筒稱為Coef)。
步驟605:從步驟604中所述每個分塊的幀間預測殘差的Coef中提取非 零交流係數(簡稱為CoefAC，)。
步驟606:利用用戶密碼(Key)採用與嵌入端相同的選擇方法，在所述 CoefAC，中選擇出非零交流係數以提取第二水印信息。其中，所述用戶密碼與 嵌入端的用戶密碼相同，因此，在本實施例中，將所述用戶密碼轉換成二進 制數，根據所述二進位中每一位的數值，選擇數值為1所對應的CoefAC，中
的相應位進行第二水印信息的提取。例如，如果所述二進位中的第5位數值
為1,則從所述CoefAC中的第5位上提取第二水印信息。
步驟607:從所選擇的CoefAC，中的最低有效位上，提取第二水印信息(本 實施例簡稱為wm—signal )。
其中，所述水印信息的提取方法可按照公式(2 )實現，即將所選的CoefAC， 取絕對值後，對2取模，得到的餘數即為第二水印信息。
formula see original document page 18(2 )
步驟608:計算同一宏塊中相應分塊的wm—signal，與wm—extract的相關 值，得到相關結果，判斷所述相關結果是否大於等於預置的門限值，若是， 則輸出"所述視頻碼流無篡改"；否則，可輸出"所述視頻碼流被篡改"。
例如，可按照公式(3)計算所述wn^signal，與wm—extract的相關值，若 相關值為l,則輸出"所述視頻碼流無篡改"；若相關值小於l，則輸出"所述視 頻碼流被篡改"。
formula see original document page 18( 3 )
此外，由於所述第二水印信息是根據用戶密碼從各宏塊中特定位置上提 取的，因此，可通過各宏塊的水印信息判斷該宏塊是否被篡改，當某個宏塊 被篡改，還可輸出"x幀x個宏塊被篡改"。此外，還可以在視頻顯示時將被篡
改的宏塊中的像素全部改為255，以標識篡改區域。
此外，如果所述宏塊中有的分塊沒有非零交流係數，則上述方法實施例 中在執行所述步驟605之前，還需要從所述宏塊中選擇該宏塊中具有非零交 流係數的分塊作為待接測水印信息的分塊，然後在執行所述步驟605，來從所 選擇的待檢測水印信息的分塊中選擇候選檢測域。
其中，從所述宏塊中選擇待檢測水印信息的分塊的方法例如可根據所 述步驟606中的用戶密碼在所述宏塊中選擇具有非零交流係數的亮度8 x 8分 塊作為待檢測水印信息的分塊。所述選擇方法可以為計算用戶密碼與具有 非零交流係數的亮度分塊個數的餘數，餘數加1的結果即為待檢測水印分塊
在所述宏塊的所有非零交流係數的亮度分塊中的位置。
此外，如果在嵌入端步驟206中採用的是調整後的密碼選擇檢測域，那
麼在上述步驟606中，同樣需要使用調整後的密碼在所述CoefAC，中選擇出 非零交流係數，其密碼調整的方法以及根據調整後的密碼選擇非零交流係數 方法和嵌入端的雷同，例如按照與嵌入端相同的方法將預置的用戶密碼調 整為與色度信息相關的密碼，然後將所述調整後的密碼與非關鍵幀的各宏塊 中待檢測水印信息分塊的非零係數個數求餘後加1,得到的結果即為待檢測的 非零交流係數所處的位置。
此外，如果嵌入端嵌入的水印信息是從I幀相應宏塊中提取出的的 wm—signal與所選待嵌CoefAC中高位數值的異或值時，那麼在上述步驟603 中當生成第 一水印信息wm—signal，之後，還需要計算所述wm—signal'與所述 步驟605中所選CoefAC'中高位數值的異或值。
然後，在所述步驟608中，計算同一宏塊中相應分塊的所述異或值與 wm—extract的相關值，得到相關結果，以此判斷所述相關結果是否大於等於 預置的門限值。
鍵幀中各宏塊的待嵌入的CoefAC取絕對值後左移一位，再在最低位嵌入水印 信息。因此在認證端可以將收到的視頻碼流還原出原始像素。
具體方法例如，可以按照公式(4)，先將所述步驟607中提取完第二水印 信息的CoefAC，取絕對值後，右移一位，最後，再將右移後的數值賦上與取 絕對值前該CoefAC，相同的正負符號，則得到原始像素。
Coe/4C[5漢][/] = Wg"(afe(Coe/4C'[5汰][/]) >>尺ey[/],Coe/4C'[5汰][f]) (4)
其中，所述公式(4)中sign (x, y)是將y的正負符號賦給x, Blk為分 塊在宏塊中的序號，i為係數在分塊中的序號， >>表示右移一位。
首先，上述實施例的視頻碼流中除了關鍵幀外的所有數據幀都嵌入了水 印信息，而且所述水印信息是從所述關鍵數據中產生，因此，不僅擴大了水印信息的保護範圍，提高了水印信息對視頻碼流的保護能力，而且，還能夠 有效地降低水印信息對視頻的視覺影響，從而實現了對視頻內容的無縫保護。
其次，由於本發明需要使用與嵌入端相同的用戶密碼才能提取到相應位 置的水印信息，因此能夠進一步增加了視頻碼流的安全性，而且能夠對篡改 的宏塊級進行定位。
而且本發明實施例中CoefAC，在提取出第二水印信息後，通過右移可恢
復成原始視頻，因此能夠將水印信息嵌入所？ 1起的對原始視頻的失真降到最 低。
上述實施例都是將I幀作為關鍵幀，將P幀和B幀作為非關鍵幀。此外， 還可以將I幀和P幀作為關鍵幀，將B幀作為非關鍵幀；或者，還可以將I幀 和部分P幀作為關鍵幀，將另一部分P幀和B幀作為非關鍵幀；或者將I幀 作為關鍵幀，只將P幀作為非關鍵幀；或者，其他組合等，可根據圖組中的 數據幀的種類按照實際情況設置。基於I幀對於P幀和B幀是關鍵幀。P幀對 於B幀是關鍵幀原則的任意組合，都適用本發明。
需要說明的是，當將I幀和P幀作為關鍵幀，將B幀作為非關鍵幀時， 水印信息可分別通過比較I幀兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化系 數的大小得到，以及通過比較P幀兩個宏塊中相應分塊的幀間預測殘差的量 化係數的大小得到。例如，A分塊中的某個幀內預測殘差的量化係數大於B 分塊中的相應係數，則將當前水印信息位定為1，否則定為0;其中，所述水 印信息的位數可根據分塊大小和安全要求確定，如H.264的分塊大小為4x4, 可將每個宏塊的水印信息的位數定為6位；AVS的分塊大小為8x8，則可將 每個宏塊的水印信息的位數定為16位。其中，比較所述P幀兩個宏塊中相應 分塊的幀間預測殘差的量化係數的大小方法和圖2所示方法實施例的步驟203 中比較I幀中兩個宏塊中相應分塊的幀間內預測殘差的量化係數的大小方法 雷同，例如先從所述P幀中隨機選取兩個宏塊，分別從這兩個宏塊的每個 分塊的幀間預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數；其中，所述 分塊可以為8x8分塊，可以包括色度分塊。
然後，分別計算每個宏塊中所選取的非零交流係數之和。再比較這兩個
宏塊的非零交流係數和的大小，將比較結果量化成0或1的二值序列。
此外，在上述實施例中，由於在同一個GOP中從I幀和P幀中產生了多
個水印信息，因此，還可按照如下方法嵌入將B幀編碼時需參考的兩個參 考幀所產生的水印信息，通過按位模2相加等處理，得到一個水印信息，然 後，將所得到的水印信息嵌入到所述B幀中。
當I幀和部分P幀作為關鍵幀，將另一部分P幀作為非關鍵幀時，水印 信息可通過比較I幀兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的大小 得到，以及對於作為關鍵幀的部分P幀，通過比較該幀中兩個宏塊的相應分 塊的幀間預測殘差的量化係數的大小得到。其中，取多少個P幀作為關鍵幀， 可視實際情況定，如可取同一個GOP中前一半P幀作為關鍵幀，後一半P幀 作為非關鍵幀。
然後，將得到的水印信息按順序嵌入到隨後的非關鍵幀P幀中；或者， 還可以將得到的水印信息進行如按位模2相加等簡單運算，得到一個水印信 息。然後，將所得到的水印信息嵌入到隨後的非關鍵幀P幀中。採用第二種 方法能夠減少內存的存儲量。
此外，上述實施例都是基於視頻碼流的水印信息的嵌入和檢測方法做的 示例，然而本發明實施例還可以應用在靜態圖像中，在嵌入端的嵌入水印信 息的方法包括按照不同頻率對圖像的內容的影響程度，將圖像中相對高頻 的數據分流成非關鍵數據，將相對低頻的數據分流成關鍵數據；從關鍵數據 中生成水印信息，在非關鍵數據的量化係數中的非零交流係數中，根據預置 的用戶密碼選擇出待嵌入的非零交流係數；將所述水印信息嵌入到所選擇的 非零交流係數中的最低位上。
在認證端，所述水印信息的檢測方法包括按照與嵌入端相同的分流規 則，將圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；從關鍵數據中生成水印 信息，在所述非關鍵數據量化係數中的非零交流係數中，採用與嵌入端相同 的用戶密碼選擇出待檢測的非零交流係數；從所選擇的非零交流係數中的最 低位上提取第二水印信息；最後，再判斷所述第一水印信息與所述第二水印 信息的相關性是否滿足預置的門限值，若滿足，則判斷得到無篡改；否則判
斷得到被篡改。
其中，在嵌入端水印信息的生成及嵌入方法，以及在認證端第一水印信 息的生成方法、第二水印信息的提取方法及判斷方法與上述視頻碼流的實施 例雷同，不再贅述。
此外，需要說明的是，本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方 法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成的，所述程 序可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中，同時，該程序對應的軟體還可
作為獨立的產品銷售或4吏用。其中，所述存儲介質可以為ROM/RAM、磁碟、 光碟等。
基於上述技術方案，本發明實施例還公開了一種水印信息的嵌入裝置， 如圖9所示，所述裝置包括分流單元901、水印信息生成單元卯2、嵌入單 元903,
所述分流單元901，用於按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的 同 一個圖組中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；
所述水印信息生成單元902,用於從所述分流單元901得到的關鍵數據中 生成水印信息；
所述嵌入單元903，用於將所述水印信息生成單元902中生成的水印信息 嵌入到所述非關鍵數據中。
上述實施例通過所述分流單元901將視頻的同一個圖組中或圖像中的數 據按照對視頻或圖像的內容的影響程度，分流成關鍵數據和非關鍵數據。然 後通過所述嵌入單元903將從關鍵數據中生成的水印信息嵌入到除關鍵數據 外的其他非關鍵數據中，不僅擴大了水印信息的保護範圍，提高了水印信息 對視頻或圖像的保護能力，而且，能夠有效的降低水印信息對視頻或圖像的 視覺影響，保證了視頻或圖像的質量，從而實現了對視頻或圖像內容的無縫 保護。
此外，本發明實施例還公開了一種水印信息的嵌入裝置，如圖IO所示， 在上述裝置實施例的基礎上，所述分流單元901包括
視頻分流單元9011，用於按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻 的同一個圖組中的幀分流成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據 為關鍵數據，所述非關鍵幀中的數據為非關鍵數據。
其中，所述裝置還包括
選擇單元1001,用於根據預置的用戶密碼在由所述視頻分流單元9011得 到的非關鍵幀中各宏塊的幀間預測殘差的量化係數中的非零交流係數中，選 擇出待嵌入的非零交流係數；
所述嵌入單元903中包括第一嵌入單元9031,用於將所述水印信息嵌 入到由所述選擇單元1201選出的非零交流係數的最低位上。
上述實施例所述嵌入單元903將所述水印信息嵌入到由所述選擇單元 1001根據用戶密碼所選擇出的非零交流係數的最低位上。不僅能夠進一步降 低了在嵌入時對視頻或圖像內容產生的影響，而且由於利用用戶密碼來控制 水印信息的嵌入位置，因此進一步增加了視頻碼流的安全性，而且能夠對篡 改的宏塊級進行定位。
此外，本發明實施例還公開了一種水印信息的嵌入裝置，如圖11所示， 在上述圖IO所示裝置實施例的基礎上，所述裝置還包括
非零交流係數處理單元1101，用於將所述選擇單元1001選出的非零交流 係數取絕對值後乘以2,再通知所述第一嵌入單元9031將所述水印信息嵌入 到處理後的係數的最低位上。
當水印信息不止一個時，所述裝置還可包括水印信息處理單元1102, 用於將多個水印信息經過才莫2相加處理得到一個水印信息，再通知所述第一 嵌入單元9031使用所得到的水印信息進行嵌入。
上述實施例通過所述非零交流係數處理單元1101將所選出的非零交流系 數取絕對值後乘以2，即左移一位，然後再將水印信息嵌入到處理後的係數的 最低位上。使得在認證端，在提取出水印信息後，還可釆用與嵌入時對應的 方法恢復成原始視頻，從而能夠將水印信息嵌入所引起的對原始視頻的失真 降到最低。
基於上述技術方案，本發明實施例還公開了 一種水印信息的檢測裝置，
如圖12所示，所述裝置包括分流單元l201、第一水印信息單元l202、第 二水印信息單元1203、判斷單元1204,其中，
所述分流單元1201，採用與嵌入端相同的分流規則，按照對視頻或圖像 的內容的影響程度，將收到的圖像中或視頻的同 一個圖組中的數據分流成關 鍵數據和非關鍵數據；
所述第一水印信息單元1202,用於從所述分流單元1201得到的關鍵數 據中生成第一水印信息；
所述第二水印信息單元1203,用於從所述分流單元1201得到的非關鍵數 據中提取第二水印信息；
所述判斷單元1204，用於判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的 相關性是否滿足預置的門限值，若滿足，則判斷得到所述視頻或圖像無篡改； 否則判斷得到所述視頻或圖像被篡改。
上述實施例通過所述分流單元1201將視頻的同一個圖組中或圖像中的數 據按照對視頻或圖像的內容的影響程度，分流成關鍵數據和非關鍵數據。由 於水印信息是從關鍵數據中產生，並嵌入到了非關鍵數據中，因此，不僅擴 大了水印信息的保護範圍，提高了水印信息對視頻或圖像的保護能力，而且，
還能夠有效地降低水印信息對視頻或圖像的視覺影響，保證了視頻或圖像的 質量，從而實現了對視頻或圖像內容的無縫保護。
此外，本發明實施例還公開了一種水印信息的檢驗裝置，如圖13所示， 在上述圖12所示裝置實施例的基礎上，所述分流單元1201包括
視頻分流單元12011,用於按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻 的同一個圖組中的幀分流成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據 為關鍵數據，所述非關鍵幀中的數據為非關鍵數據。
所述裝置還包括
選擇單元1301,用於在由所述視頻分流單元12011得到的非關鍵幀中各 宏塊的幀間預測殘差的量化係數中的非零交流係數中，採用與嵌入端相同的
用戶密碼選擇待嵌入的非零交流係數； 所述第二水印信息單元1203包括
第二水印信息子單元12031,用於從所述選擇單元1301選出的非零交流 係數中的最低位上提取第二水印信息。
上述實施例由於水印信息位於由所述選擇單元1301根據用戶密碼所選擇 出的非零交流係數的最低位上。不僅能夠進一步降低了水印信息對視頻或圖 像內容產生的影響，而且由於所述選擇單元1301需要釆用與嵌入端相同的用 戶密碼來選擇水印信息的提取位置，因此能夠進一步增加了視頻碼流的安全 性，而且能夠對篡改的宏塊級進行定位。
以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何 在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本 發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種水印信息的嵌入方法，其特徵在於，包括按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖組中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；從所述關鍵數據中生成水印信息；將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中。
2、 如權利要求1所述的嵌入方法，其特徵在於，所述分流包括按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻的同 一個閨組中的幀分流 成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據為關鍵數據，所述非關鍵 幀中的數據為非關鍵數據。
3、 如權利要求2所述的嵌入方法，其特徵在於，還包括在非關鍵幀中各宏塊的幀間預測殘差的量化係數中的非零交流係數中， 根據預置的用戶密碼選擇出待嵌入的非零交流係數；所述將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中包括將所述水印信息嵌入到所選擇的非零交流係數中的最低位上。
4、 如權利要求3所述的嵌入方法，其特徵在於，所述根據預置的用戶密 碼選擇出待嵌入的非零交流係數具體包括將預置的用戶密碼調整為與色度信息相關的密碼；將所述調整後的密碼與非關鍵幀的各宏塊中待嵌入水印信息分塊的非零 係數個數求餘後加1,得到的結果即為供選擇的待嵌入的非零交流係數的位 置。
5、 如權利要求1所述的嵌入方法，其特徵在於，所述分流包括按照不同頻率對圖像的內容的影響程度，將圖像中相對高頻的數據分流 成非關鍵數據，將相對低頻的數據分流成關鍵數據；所述方法還包括 在所述非關鍵數據的量化係數中的非零交流係數中，根據預置的用戶密 碼選擇出待嵌入的非零交流係數；所述將水印信息嵌入到所述非關鍵數據中包括 將所述水印信息嵌入到所選擇的非零交流係數中的最低位上。
6、 如權利要求3至5中任一項所述的嵌入方法，其特徵在於，在所述將 所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中之前還包括將所述非零交流係數取絕對值後乘以2; 在所述將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中之後還包括將嵌入了水印信息的非零交流係數賦予與嵌入前該非零交流係數相同的 正負屬性。
7、 如權利要求3所述的嵌入方法，其特徵在於，當所述關鍵幀為I幀時， 從所述關鍵幀中生成水印信息包括比較所述I幀中兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的大小， 並將比較結果通過加密處理生成水印信息。
8、 如權利要求7所述的嵌入方法，其特徵在於，比較所述I幀中兩個宏 塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的大小具體包括從所述I幀中隨機選取兩個宏塊，分別從所述兩個宏塊中各個分塊的幀內 預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數；分別計算所述兩個宏塊中選取的非零交流係數之和，然後比較這兩個宏 塊非零交流係數之和的大小。
9、 如權利要求3所述的嵌入方法，其特徵在於，當所述關鍵幀為P幀時， 從所述關鍵幀中生成水印信息包括比較所述P幀中兩個宏塊中相應分塊的幀間預測殘差的量化係數的大小， 並將比較結果通過加密處理生成水印信息。
10、 如權利要求9所述的嵌入方法，其特徵在於，比較所述P幀中兩個 宏塊中相應分塊的幀間預測殘差的量化係數的大小具體包括從所述p幀中隨機選取兩個宏塊，分別從所述兩個宏塊中各個分塊的幀間預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數；分別計算所述兩個宏塊中選取的非零交流係數之和，然後比較這兩個宏 塊非零交流係數之和的大小。
11、 如權利要求7-10中任一項所述的嵌入方法，其特徵在於，還包括計算所生成的水印信息與所選擇的待嵌入的非零交流係數中高位數值的 異或值；所述將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中包括將計算得到的結果嵌入到所述待嵌入的非零交流係數中的最低位上。
12、 如權利要求2所述的嵌入方法，其特徵在於，當水印信息不止一個 時，將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中具體包括將多個水印信息經過才莫2相加處理得到處理後的水印信息，將所述處理 後的水印信息嵌入到所述非關鍵數據中。
13、 如權利要求2所述的嵌入方法，其特徵在於，當水印信息不止一個 時，將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中具體包括將多個水印信息按順序分別嵌入到與其對應的非關鍵幀中。
14、 一種水印信息的檢測方法，其特徵在於，包括按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將收到的圖像中或視頻的同 一個 圖組中的數據分流成與嵌入端相同的關鍵數據和非關鍵數據；從所述關鍵數據中生成第 一水印信息；從所述非關鍵數據中提取第二水印信息；判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的相關性是否滿足預置的門 限值，若滿足，則判斷得到所述視頻或圖像無篡改；否則判斷得到所述視頻 或圖像被篡改。
15、 如權利要求14所述的檢測方法，其特徵在於，所述分流包括按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻的同 一個圖組中的幀分流 成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據為關鍵數據，所述非關鍵 幀中的數據為非關鍵數據。
16、 如權利要求14所述的檢測方法，其特徵在於，還包括在非關鍵幀中各宏塊的幀間預測殘差的量化係數中的非零交流係數中， 採用與嵌入端相同的用戶密碼選擇出待檢測的非零交流係數；所述提取第二水印信息包括從所選擇的非零交流係數中的最低位上提取第二水印信息。
17、 如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，所述選擇出待檢測的 非零交流係數具體包括將預置的用戶密碼調整為與色度信息相關的密碼；將所述調整後的密碼與非關鍵幀的各宏塊中待檢測水印信息分塊的非零 係數個數求餘後加1,得到的結果即為供選擇的待檢測的非零交流係數的位 置。
18、 如權利要求15所述的檢測方法，其特徵在於，所述分流包括按照不同頻率對圖像的內容的影響程度，將圖像中相對高頻的悽t據分流 成非關鍵數據，將相對低頻的數據分流成關鍵數據；所述方法還包括在所述非關鍵數據量化係數中的非零交流係數中，採用與嵌入端相同的 用戶密碼選擇出待檢測的非零交流係數；所述提取第二水印信息包括從所選擇的非零交流係數中的最低位上提取第二水印信息。
19、 如權利要求17所述的檢測方法，其特徵在於，當所述關鍵幀為I幀 時，從所述關鍵幀中生成水印信息包括比較所述I幀中兩個宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的大小， 並將比較結果通過加密處理生成水印信息。 —
20、 如權利要求19所述的檢測方法，其特徵在於，比較所述I幀中兩個 宏塊中相應分塊的幀內預測殘差的量化係數的大小具體包括從所述I幀中隨機選取兩個宏塊，分別從所述兩個宏塊中各個分塊的幀內 預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數；分別計算所述兩個宏塊中選取的非零交流系悽t之和，然後比4交這兩個宏 塊非零交流係數之和的大小。
21、 如權利要求17所述的檢測方法，其特徵在於，當所述關鍵幀為P幀 時，從所述關鍵幀中生成水印信息包括比較所述P幀中兩個宏塊中相應分塊的幀間預測殘差的量化係數的大小， 並將比較結果通過力口密處理生成水印信息。
22、 如權利要求21所述的檢測方法，其特徵在於，比較所述P幀中兩個 宏塊中相應分塊的幀間預測殘差的量化係數的大小具體包括從所述P幀中隨機選取兩個宏塊，分別從所述兩個宏塊中各個分塊的幀 間預測殘差的量化係數中隨機選取一個非零交流係數；分別計算所述兩個宏塊中選取的非零交流係數之和，然後比較這兩個宏 塊非零交流係數之和的大小。
23、 如權利要求19-22中任一項所述的檢測方法，其特徵在於，還包括計算所生成的第一水印信息與所選擇的待嵌入的非零交流係數中高位數 值的異或值，得到計算結果；所述判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的相關性包括判斷所述計算結果與所述第二水印信息的相關性。
24、 一種水印信息的嵌入裝置，其特徵在於，包括分流單元，按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖組 中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；水印信息生成單元，-用於從所述分流單元得到的關鍵數據中生成水印信自 嵌入單元，用於將所述水印信息生成單元中的水印信息嵌入到所述關鍵 數據中。
25、 如權利要求24所述的嵌入裝置，其特徵在於，所述分流單元包括視頻分流單元，用於按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻的同 一個圖組中的幀分流成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據為關 鍵數據，所述非關鍵幀中的數據為非關鍵數據。
26、 如權利要求25所述的嵌入裝置，其特徵在於，還包括選擇單元，用於在由所述視頻分流單元得到的非關鍵幀中各宏塊的幀間 預測殘差的量化係數中的非零交流係數中，根據預置的用戶密碼選擇待嵌入 的非零交流係數；所述嵌入單元包括第 一嵌入單元，用於將所述水印信息嵌入到由所述選擇單元選出的非零 交流係數的最低位上。
27、 如權利要求26所述的嵌入裝置，其特徵在於，還包括非零交流係數處理單元，用於將所述選擇單元選出的非零交流係數取絕 對值後乘以2,再通知所述第一嵌入單元在處理結果中嵌入水印信息。
28、 如權利要求25所述的嵌入裝置，其特徵在於，當水印信息不止一個 時，所述裝置還包括水印信息處理單元，用於將多個水印信息經過衝莫2相加處理得到一個水 印信息，再通知所述第一嵌入單元使用所得到的水印信息進行嵌入。
29、 一種水印信息的檢測裝置，其特徵在於，包括分流單元，按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將收到的圖像中或視 頻的同 一個圖組中的數據分流成與嵌入端相同的關鍵數據和非關鍵數據；第一水印信息單元，用於從所述分流單元得到的關鍵數據中生成第一水印信息；第二水印信息單元，用於從所述分流單元得到的非關鍵數據中提取第二 水印信息；判斷單元，用於判斷所述第一水印信息與所述第二水印信息的相關性是 否滿足預置的門限值，若滿足，則判斷得到所述視頻或圖像無篡改；否則判 斷得到所述視頻或圖像被篡改。
30、 如權利要求29所述的檢測裝置，其特徵在於，所述分流單元包括視頻分流單元，用於按照編碼時對其他數據幀的影響程度，將視頻的同 一個圖組中的幀分流成關鍵幀和非關鍵幀，其中，所述關鍵幀中的數據為關 鍵數據，所述非關鍵幀中的數據為非關鍵數據。
31、 如權利要求30所述的檢測裝置，其特徵在於，還包括選擇單元，用於在由所述視頻分流單元得到的非關鍵幀中各宏塊的幀間 預測殘差的量化係數中的非零交流係數中，採用與嵌入端相同的用戶密碼選 擇待嵌入的非零交流係數；所述第二水印信息單元包括第二水印信息子單元，用於從所述選擇單元選出的非零交流係數中的最 低位上提取第二水印信息。
全文摘要
本發明實施例公開了一種水印信息的嵌入方法，包括按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖組中或圖像中的數據分流成關鍵數據和非關鍵數據；從所述關鍵數據中生成水印信息；將所述水印信息嵌入到所述非關鍵數據中。此外，本發明實施例還公開了一種水印信息的檢測方法及裝置。本發明能夠按照對視頻或圖像的內容的影響程度，將視頻的同一個圖組中或者圖像中的數據分成關鍵數據和非關鍵數據，並通過將關鍵數據產生的水印信息嵌入到非關鍵數據中，不僅擴大了水印信息的保護範圍，提高了水印信息對視頻或圖像的保護能力，而且還能夠有效的降低水印信息對視頻或圖像的視覺影響。
文檔編號H04N7/24GK101389009SQ20081008751
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月19日 優先權日2007年9月14日
發明者張永平, 韜 郝 申請人:華為技術有限公司