专利名称：一种视频水印实现方法
技术领域：
本发明涉及视频信息处理领域，主要涉及视频静止时的可见视频水印的实现方
法。
背景技术：
视频水印是加载在数字视频上的水印，是一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术。视频水印可以分为可感知的和不易感知的两种。可感知的数字水印一般为较淡的或半透明的不碍观瞻的图案，主要用于当场声明对产品的所有权、著作权及来源，起到一个宣传广告或约束的作用。不易感知的数字水印就像隐形墨水技术中的看不见的文字，隐藏在数字产品中。目前在视频水印研究方面，大部分研究的是不易感知水印，而将可感知水印与不易感知水印相结合的相关研究尚未出现。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种视频播放时不可见、视频静止时可见的视频水印实现方法，该方法具有简单、有效的优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。在相邻两巾贞相同空域位置嵌入符号相反的同一位水印值，同时对视频的适用要求为帧率达到60Hz及以上。该方法将视频帧分为奇数帧和偶数帧，将二值水印按照一定的比例与奇数帧像素值相加(或相减)，与偶数帧像素值相减(或相加)，使相邻两帧相同位置像素平均值与原视频图像像素值相等，达到奇偶帧水印嵌入处的图像像素值互补的效果。该发明包括三种基本方案第一种方案是将水印嵌入到视频的亮度(Y)分量中；第二、三方案是将水印分别嵌入到视频的两个色度(U、V)分量中。同时可根据此三种基本方案组合衍生出其它方案。本发明将水印直接嵌入到图像空域像素中，水印嵌入方法水印嵌入前，根据载体图像待嵌入位置像素值调整水印值b，根据视频帧的奇偶性，确定水印值b的正负值，如公式2 ;水印值确定后，水印的嵌入方法如公式1，当水印信息位是O时，载体图像像素值与调整后的水印值b相减；当水印信息位是I时，载体图像像素值与调整后的水印值b相加。X = \ )、公式 I
\x(ij) + h,W = l
J + roimd(a * X(i, J)),视顷_^滴1哪贞八、 {- round{a * X(i, J)),掃厕>贞为(S懒-“式其中，X(i，j)为视频图像的像素值，X为水印嵌入后的像素值，W表示水印信息位。参数b表示要嵌入的水印值，符号根据要嵌入的视频帧的奇偶性进行调节，大小由像素值决定。α为权值因子，其值根据所选方案和视频自行设定。round ()函数表示输出该函数输入值(a*X(i，j))四舍五入后的整数值。视频帧为奇数帧时，b值为正整数+round O ；视频帧为偶数帧时，b值为负整数-round ()。方案一将水印嵌入到视频帧Y分量中。人眼对亮度分量敏感，且压缩编码过程中量化步长较小，嵌入Y分量的水印值不易过大，权值因子α值小于1/8。方案二 将水印嵌入到视频帧的U分量中。人眼对色度分量不够敏感，压缩编码中量化步长较大，嵌入U分量的水印值不应过小，权值因子a小于1/6即能满足要求。方案三将水印嵌入到视频帧的V分量中。方案三与方案二类似，权值因子a的选取可参照方案二。但实验表明，V分量的改变较U分量更易被察觉，因此水印更适合嵌入在V分量像素值较小的区域或视频帧中。具体方法步骤I)读取二值水印图像； 2)选择欲将水印嵌入到视频帧的分量，逐一获取视频文件的视频帧，判断视频帧的奇偶性；根据水印图像大小确定待嵌入区域；3)根据视频帧奇偶性调整水印值符号，使相邻两帧相同位置嵌入的同一位水印值的符号相反，将调整后的水印值嵌入视频帧分量的像素中；4)将下一个视频帧作为当前视频帧，重复执行步骤3直至视频文件的所有视频帧处理完毕。所述步骤2)中，选择欲将水印嵌入到视频帧的分量，所述分量的选择可以是以下方案的一种或几种的组合a.将水印嵌入到视频帧的Y分量中，权值因子α小于1/8 ；b.将水印嵌入到视频帧的U分量中，权值因子α小于1/6 ；c.将水印嵌入到视频帧的V分量中，权值因子α小于1/6。本发明利用人眼视觉暂留特性以及视频中相邻两帧图像相似度高的特点，将水印直接嵌入到视频图像的空域中，达到在视频静止时水印清晰可见，在视频播放时水印不可见且不影响视频的主观质量的效果。同时，本发明通过调节权值因子α值能够在经H. 264/AVC压缩编码标准的压缩后水印依然有效、可见。本发明的有益效果本发明提出了针对视频水印的一种全新思路和技术平台，具有嵌入方法简单、有效、实时性高的优点，同时本发明兼具可见性水印和不可见水印的特性和优点水印在视频播放时不可见；静止时无需其他操作和设备，水印即可直观可见；水印具有鲁棒性和明确性，能够抵抗噪声和压缩处理且经攻击后仍清晰可见。因此，本发明无需水印提取算法和提取设备，额外开销小。另外，本发明作为一种全新的技术平台，具有良好的可扩展性，技术人员和开发人员可在本发明技术平台的基础上根据自身需求，进行改进和润饰。本发明可应用于1.版权保护，证明视频的拥有性和所属性，在不损害原视频的情况下达到版权保护的目的；2.确定视频的真实性和完整性，本发明水印在奇偶帧中不同，视频一旦遭到抽帧(奇数帧)，即可通过水印简单识别；3.广告，嵌入内容可以是作者的姓名、公司标志、有特殊意义的文本等，不同于现有形式的视频广告，本发明将广告嵌于视频本身当中，不需要额外的设备和开销，在不改动视频的情况下外界无法消除广告内容。
图I视频静止时可见视频水印总体方案流程图。
图2为嵌入水印后的第一帧图像。图3为嵌入水印后的第二帧图像。图4为经H. 264/AVC压缩编码标准压缩后的第一帧图像。图5为经H. 264/AVC压缩编码标准压缩后的第二帧图像。图6中(a)和(b)分别为嵌入水印后视频和经H. 264/AVC压缩后视频的第一帧U分量图像。图7中(a)和(b)分别为嵌入水印后视频和经H. 264/AVC压缩后视频的第二帧U分量图像。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。实例选取方案二，即向视频色度U分量中嵌入水印。水印的具体实施方式
如下读取二值水印图像，确定图像高度与宽度。从三种方案中选取方案二，即向视频色度U分量中嵌入水印。逐一获取每个视频帧的U分量，并判断视频帧的奇偶性。根据水印图像大小确定待嵌入区域。判断当前视频帧的奇偶性，根据视频帧奇偶性和待嵌入区域每个像素值调整相对应的水印值，当前帧为奇数帧，水印为正(负)值；当前帧为偶数帧，水印为负(正)值，如公式2。根据公式I将调整后的水印值b嵌入U分量的像素中。在调整像素值时要注意，色度范围是16-240，因此，当像素值U(i，j)彡240-b时，U(i，j)=240 ;当像素值U(i，j) ( 16_b时，U(i，j)=16。将下一个视频帧作为当前视频帧，重复执行步骤3直至视频文件的所有视频帧处
理完毕。为了评测本发明嵌入水印后的效果以及经压缩编码压缩后水印的效果，我们利用本实例中的方法进行试验。实验采用352X288的foreman序列，水印信息为标有“TK”两字母的大小为80X46的二值水印图像。图2和图3分别为嵌入水印后的第一帧和第二帧图像。图4和图5为视频经H. 264/AVC压缩编码压缩后带有水印的第一帧和第二帧图像。我们利用峰值信噪比观察水印嵌入视频后视频的客观质量，对此，我们做了一些改进。由于本发明是利用人眼的视觉暂留特性在高帧率的视频中嵌入水印，因此我们利用相邻两帧像素差值的变化作为衡量视频主观质量的因子，对峰值信噪比中嵌入水印的像素值进行修改如下I f (/, j) = Xf (/, j) + (Xf (i, j) — X/+1 (/，j)) — (Xf (i, j) — X；tl (i, j))其 中Xf (i，j)表示原始视频第f帧(i，j)处的像素值，Xf+1(i, j)表示原始视频第(f+1)帧(i，j)处的像素值，V f(i, j)表示嵌入水印后第f帧(i，j)处的像素值，V f+1(i, j)表示嵌入水印后第(f+Ι)帧(i，j)处的像素值，&(i,Z)表示经修改后带有水印的第f巾贞(i，j)处的像素值。在本实验中，使用352X288的foreman序列，巾贞数为300,因此f的可取值范围为[2，300-1]，(i，j)范围为视频帧中所有的像素值，I < i < 352，I ^ j ^ 2880在峰值信噪比PSNR计算过程中，我们用1,替换原带有水印的视频帧。利用上述改进对foreman序列和经H. 264/AVC压缩的视频序列前4帧分别进行峰值信噪比PSNR计算，结果如表1，
权利要求
1.一种视频水印实现方法，其特征是，在相邻两帧相同空域位置嵌入符号相反的同一位水印值，同时对视频的适用要求为帧率达到60HZ及以上；该方法将视频帧分为奇数帧和偶数巾贞，将二值水印按照比例与奇数帧像素值相加或相减，与偶数帧像素值相减或相加，使相邻两帧相同位置像素平均值与原视频图像像素值相等，达到奇偶帧水印嵌入处的图像像素值互补的效果。
2.如权利要求I所述的视频水印实现方法，其特征是，将水印直接嵌入到图像空域像素中，水印嵌入方法为水印嵌入前，根据载体图像待嵌入位置像素值调整水印值b，根据视频帧的奇偶性，确定水印值b的正负值，如公式2 ;水印值确定后，水印的嵌入方法如公式1，当水印信息位是O时，载体图像像素值与调整后的水印值b相减；当水印信息位是I时，载体图像像素值与调整后的水印值b相加；
3.如权利要求2所述的视频水印实现方法，其特征是，具体步骤为 1)读取二值水印图像； 2)选择欲将水印嵌入到视频帧的分量，逐一获取视频文件的视频帧，判断视频帧的奇偶性；根据水印图像大小确定待嵌入区域； 3)根据视频帧奇偶性调整水印值符号，使相邻两帧相同位置嵌入的同一位水印值的符号相反，将调整后的水印值嵌入视频帧分量的像素中； 4)将下一个视频帧作为当前视频帧，重复执行步骤3直至视频文件的所有视频帧处理完毕。
4.如权利要求3所述的视频水印实现方法，其特征是，所述步骤3)中根据视频帧的奇偶性调整水印值符号嵌入视频帧的详细步骤包括当前帧为奇数帧，水印为正值；当前帧为偶数帧，水印为负值；根据公式I将调整后的水印值直接嵌入视频帧分量的像素中。
5.如权利要求3所述的视频水印实现方法，其特征是，所述步骤3)中根据视频帧的奇偶性调整水印值符号嵌入视频帧的详细步骤包括当前帧为奇数帧，水印为负值；当前帧为偶数帧，水印为正值；根据公式I将调整后的水印值直接嵌入视频帧分量的像素中。
6.如权利要求3所述的所述的视频水印实现方法，其特征是，所述步骤2)中，选择欲将水印嵌入到视频帧的分量，所述分量的选择可以是以下方案的一种或几种的组合 a.将水印嵌入到视频帧的Y分量中，权值因子α小于1/8; b.将水印嵌入到视频帧的U分量中，权值因子α小于1/6;C.将水印嵌入到视频帧的V分量中，权值因 子α小于1/6。
全文摘要
本发明公开了一种视频播放时不可见、视频静止时可见的视频水印实现方法。本发明利用人眼视觉暂留特性以及视频中相邻两帧图像相似度高的特点，对帧率达到60Hz及以上的视频，在相邻两帧相同空域位置嵌入符号相反的同一位水印值，达到在视频静止时水印清晰可见，在视频播放时水印不可见且不影响视频的主观质量的效果。本发明在经H.264/AVC压缩编码标准的压缩后水印依然有效、清晰可见。本发明无需提取算法和提取设备，具有开销小，使用简单、有效的优点。
文档编号H04N7/26GK102905127SQ20121028098
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者杨峰, 谭凯 申请人:山东师范大学