专利名称：带有视频水印的视频转码器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于视频转码技术和视频水印技术。
背景技术：
数字视频技术在过去十年中获得了广泛的应用。数字视频广播、数字视频光盘、数码摄像机、远程教学、在线点播和视频会议等就是一些典型的例子。这些应用得以实现的关键就是数字视频压缩标准的制定，它使得视频在获得了极高压缩比的同时又满足了人们对视频质量的要求。目前，为了适应不同的应用场合，国际化标准化组织制定了多种视频标准。例如，H.263用于可视电话和视频会议等场合；MPEG-2用于数字视频广播、高清晰度数字电视和DVD等场合；MPEG-4用于因特网的流式视频应用；H.264用于视频会电视广播和互联网流媒体等业务。随着数字视频应用的普及，要求视频数据格式随应用环境不同而采用不同编码标准的要求变得越来越迫切。对于许多实时应用，通常要求视频数据在各种编码格式之间实现动态实时转换。将视频信息由一种编码格式转换成另一种编码格式就叫做视频转码，执行视频转码操作的设备叫做视频转码器。视频转码包含两方面含义①在同一视频编码标准中转换，例如将视频数据由一种编码速率转换成另一种编码速率。②在不同视频编码标准中转换，将由一种标准压缩的视频数据转换成由另一种标准压缩的视频数据。
由于视频转码器具有动态调节视频编码参数的能力，这为不同能力的终端访问各种格式的视频提供了可能。例如，终端设备有普通PC机、个人数字助理、掌上电脑、机顶盒和移动电话等，这些设备在计算速度、存储容量和显示能力上相差甚远。显然，在处理视频信息时，对它们都使用同一种格式的数据是不合适的。对同一段视频数据，需要根据用户终端能力的不同，将之转换成不同格式，再分别传送给相应终端。因此，视频转码是网上多媒体传输的核心技术之一。
常见的视频转码结构有几种方式开环结构，像素域级联结构、快速像素域级联结构、离散余弦变换(DCT)结构。这里主要针对像素域级联结构和快速像素域级联结构。像素域级联结构如图1所示，图中左边是一个完整的解码器，右边是一个完整的编码器，编码部分和解码部分在结构上完全独立，在视频转码是具有很大的灵活性。可以在不同的比特率、不同的帧速率、不同的图像分辨率、不同的编码模式、甚至不同的编码标准上进行操作。但是这种体系结构的计算复杂度高。
该视频转码结构的解码器部分包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化和反离散余弦变换的反量化器(IQ)和反离散余弦变换器(IDCT)，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器(MC)。
编码器部分包括将解码器送来的解码图像和运动补偿器输出的预测图像组合起来做离散余弦变换的离散余弦变换器，对离散余弦变换器的输出系数做量化、反量化及反离散余弦变换的量化器(Q)、反量化器及反离散余弦变换器，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器，对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器。
图2所示是快速像素域级联转码，在编码器中使用输入流中的运动矢量不重新进行全局运动估计，预测残余误差通过对来自输入流中的预测残余误差作运动补偿得到。而且，由于DCT/IDCT是线性运算，可以通过重新排列DCT/IDCT运算次序而减少一些DCT/IDCT的操作。
该快速像素域级联转码的结构包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化的第一反量化器(IQ)，对反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数的组合做量化的量化器，对量化器的输出作反量化的第二反量化器，对第一、第二反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数组合作反离散余弦变换的反离散余弦变换器，存储反离散余弦变换器输出的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测并送给离散余弦变换器的运动补偿器(MC)，对对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器。
目前保护作者的知识版权越来越受到人们重视，在视频图像中加入水印是保护视频图像版权的一个重要手段，通过分析现有的数字视频编解码系统，以MPEG2编码器中的加入的视频水印为例，视频水印的嵌入与提取方案有以下几种视频水印嵌入方案一水印直接嵌入在原始视频流中。此类方案的优点是水印嵌入的方法比较多，原则上数字图像水印方案均可以应用于此。缺点是1.会增加视频码流的数据比特率；2.经过有损压缩后可能会丢失水印；3.降低视频质量；4.对于已压缩的视频，需先进行解码，然后嵌入水印后，再重新编码。
视频水印嵌入方案二水印嵌入在编码阶段的离散余弦变换(DCT)域中的量化系数中，此类方案的优点是1.水印仅嵌入在DCT系数中，不会增加视频流的数据比特率；2.易设计出多种抗攻击的水印。
视频水印嵌入方案三水印直接嵌入在压缩比特流中。此类方案的显著优点是没有解码和再编码的过程，因而不会造成视频质量的下降，同时计算复杂度低。缺点是由于压缩比特率的限制而限定了嵌入水印的数据量的大小。
虽然上述MPEG2编码器中有视频水印，但经过视频转码器后，由于转变了视频格式，难于检查水印是否存在，不能证明版权所有者的身份，不容易辩别是否视频图像被未授权用户复制，使视频图像的版权保护受到影响。
发明内容
本实用新型的目的是为克服已有视频图像版权保护的不足，提出新型带有视频水印的视频转码器，使转码结构和嵌入视频水印这两个互相独立的环节融为一体，且实现方法简单，可方便地检查水印是否存在，以更好地保护视频图像版权。
本实用新型提出的一种带有视频水印的视频转码器，包括编码器部分和解码器部分，该解码器部分包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化和反离散余弦变换的反量化器(IQ)和反离散余弦变换器(IDCT)，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器(MC)；编码器部分包括将解码器送来的解码图像和运动补偿器输出的预测图像组合起来做离散余弦变换的离散余弦变换器，对离散余弦变换器的输出系数做量化、反量化及反离散余弦变换的量化器(Q)、反量化器及反离散余弦变换器，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器，对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器；其特征在于，还包括在所述离散余弦变换器与量化器之间设置视频水印。
本实用新型提出的另一种带有视频水印的视频转码器，包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化的第一反量化器(IQ)，对反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数的组合做量化的量化器，对量化器的输出作反量化的第二反量化器，对第一、第二反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数组合作反离散余弦变换的反离散余弦变换器，存储反离散余弦变换器输出的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测并送给离散余弦变换器的运动补偿器(MC)，对对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器；其特征在于，还包括在所述的量化器输入端设置视频水印。
上述水印采用基于扩展频谱的DCT水印。
本实用新型的原理由于视频转码里的编码部分依据的视频压缩标准都是是基于DCT变换的，利用这点在视频转码里面添加基于DCT变换的水印，不需要增加额外的变换运算，且将视频转码和视频水印融合在了一起。在视频转码里面加入的视频水印算法不局限于上面介绍的算法，还可以用类似的基于DCT变换的视频水印算法，只是在检测水印时也得用与嵌入水印的算法相应的检测算法。
本实用新型的优点1、本实用新型设置的视频水印不局限于一种方法，可以根据实际的要求，寻找更好的基于DCT变换的视频水印方法。
2、实现起来很简单，可方便地检查水印是否存在，以更好地保护视频图像版权。
3、增加了嵌入水印的步骤后，整个视频转码没有增加什么复杂度。
图1为已有的像素域级联结构示意图。
图2为已有的快速像素域级联结构示意图。
图3为本实用新型的带有水印的像素域级联结构示意图。
图4为本实用新型的带有水印的快速像素域级联结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的带有视频水印的视频转码器实施例结合附图详细说明如下本实用新型提出的一种带有视频水印的像素域级联结构视频转码器，如图3所示，包括编码器部分和解码器部分，该解码器部分包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化和反离散余弦变换的反量化器(IQ)和反离散余弦变换器(IDCT)，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器(MC)；编码器部分包括将解码器送来的解码图像和运动补偿器输出的预测图像组合起来做离散余弦变换的离散余弦变换器，对离散余弦变换器的输出系数做量化、反量化及反离散余弦变换的量化器(Q)、反量化器及反离散余弦变换器，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器，对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器，在离散余弦变换器与量化器之间设置了水印。
本实用新型提出的另一种带有视频水印的快速像素域级联结构视频转码器，如图4所示包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器(VLD)，对解码器输出的量化系数进行反量化的第一反量化器(IQ)，对反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数的组合做量化的量化器，对量化器的输出作反量化的第二反量化器，对第一、第二反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数组合作反离散余弦变换的反离散余弦变换器，存储反离散余弦变换器输出的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器(F)，对帧存储器输出的图像作图像预测并送给离散余弦变换器的运动补偿器(MC)，对对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器(VLC)，控制输出码流的码率控制器；在所述的量化器输入端设置水印。
因为DCT变换是目前多媒体视频压缩几大标准(H.261，H.263，H.264，MPEG等)中共同采用的技术基础，上述水印采用基于扩展频谱的DCT水印，无需引入额外的变换以获取视频的频谱分布，且能有效抵抗其中DCT参数重新量化的影响。
上述两种视频转码器设置采用基于扩展频谱的DCT水印的实施例具体实现步骤如下1)嵌入水印单元接收到经过了DCT变换后的视频帧的DCT系数，把I帧留下待处理，把B帧和P帧直接传送给量化单元。
2)选择I帧上的色度DCT直流系数DC，按如下公式嵌入水印Vi′＝Vi+aibkPi
且 i＝k·cr，k·cr+1，…，(k+1)·cr-1Vi′已经嵌入水印的I帧上色度DCT的直流系数DC值；bk表示第k个水印比特位，当第k个水印比特位分别为0或1时，bk的取值分别为1或-1；ai为了考虑掩蔽效果而用来调整水印强度所使用的系数；Pi伪噪声扩展序列，伪噪声序列为0、1序列，但当序列值为0时，Pi为-1，若序列值为1，则Pi为1；cr每个水印位所扩展到的直流系数DC的个数。
3)嵌入了水印的I帧的DCT系数传送到量化单元。
本实施例中参数的设置视频转码mpeg2-mpeg4m序列的长度127ai当色度值＜2时，ai＝2当2＜色度值＜10时，ai＝4当10＜色度值＜20时，ai＝5当色度值＞20时，ai＝8
权利要求1.一种带有视频水印的视频转码器，包括编码器部分和解码器部分，该解码器部分包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器，对解码器输出的量化系数进行反量化和反离散余弦变换的反量化器和反离散余弦变换器，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器；该编码器部分包括将解码器送来的解码图像和运动补偿器输出的预测图像组合起来做离散余弦变换的离散余弦变换器，对离散余弦变换器的输出系数做量化、反量化及反离散余弦变换的量化器、反量化器及反离散余弦变换器，存储以前的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测的运动补偿器，对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器，控制输出码流的码率控制器；其特征在于，还包括在所述离散余弦变换器与量化器之间设置视频水印；所述水印采用基于扩展频谱的DCT水印。
2.一种带有视频水印的视频转码器，包括对接收的输入码流进行解码的变字长解码器，对解码器输出的量化系数进行反量化的第一反量化器，对反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数的组合做量化的量化器，对量化器的输出作反量化的第二反量化器，对第一、第二反量化器的输出及离散余弦变换器的输出系数组合作反离散余弦变换的反离散余弦变换器，存储反离散余弦变换器输出的解码图像并送给运动补偿器的帧存储器，对帧存储器输出的图像作图像预测并送给离散余弦变换器的运动补偿器，对对量化器输出系数做变字长编码并输出码流的变字长编码器，控制输出码流的码率控制器；其特征在于，还包括在所述的量化器输入端设置视频水印；所述水印采用基于扩展频谱的DCT水印。
专利摘要本实用新型属于本实用新型属于视频转码技术和视频水印技术，涉及带有视频水印的视频转码器。其特点是在像素域级联结构和快速像素域级联结构的基础上，在量化器的输入端设置基于DCT变换的视频水印，使视频转码和视频水印融为一体，在嵌入水印的过程中不需要做其他变换来获得视频的频谱分布。用户还可根据对自己的视频版权的保护情况选择适当的水印算法。且实现方法简单，可方便地检查水印是否存在，以更好地保护视频图像版权。
文档编号H04N7/167GK2648738SQ20032010125
公开日2004年10月13日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年10月17日
发明者戴琼海, 何前勇 申请人:清华大学