基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法与流程

技术特征：

1.一种基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法，其特征在于：包括两个步骤：

第一步，生成内容认证水印信息，并将内容认证水印信息嵌入到MPEG视频全部I帧的各个宏块中，得到带内容认证水印的MPEG视频；

第二步，对第一步得到的带内容认证水印的MPEG视频进行内容认证水印信息的提取，并对提取的内容认证水印信息进行检测，判断带内容认证水印的MPEG视频中各个宏块的内容认证水印信息是否被篡改，实现判断预先在MPEG视频中嵌入内容认证水印信息的MPEG视频的完整性。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法，其特征在于：第一步中，所述生成内容认证水印信息是指：包括以下步骤：

步骤S0201：提取MPEG视频的其中一个宏块中4个亮度块的DCT低频系数：

$Y_i^{\′}=Y_i.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

其中Y_i为宏块中按存储顺序的第i个亮度块，Y′_i为从第i个亮度块提取出来的DCT低频系数，.*运算符表示矩阵对应位置的元素相乘作为结果矩阵中对应位置的元素；

步骤S0202：求出4个亮度块的特征值，得到第i个亮度块的压缩感知特征值F_i：

F_i＝Φ₁×Y′_i×Φ₂

其中，Φ₁是一个1行8列的高斯矩阵，Φ₂是一个8行1列的高斯压缩参考矩阵；

步骤S0203：利用各亮度块的压缩感知特征值F_i生成内容认证水印信息；具体为：首先按照各亮度块的压缩感知特征值F_i对亮度块进行排序，然后按升序顺序将1、2、3、4分别作为4个亮度块的内容认证水印信息，以生成内容认证水印信息；

其它宏块的内容认证水印信息按照步骤S0201～步骤S0203生成。

3.根据权利要求2所述的基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法，其特征在于：第一步中，所述将内容认证水印信息嵌入到MPEG视频全部I帧的各个宏块中，得到带内容认证水印的MPEG视频是指：将步骤S0203生成的内容认证水印信息嵌入到MPEG视频的各个宏块中，其中，内容认证水印信息嵌入到MPEG视频的其中一个宏块具体为：

内容认证水印信息为1的亮度块嵌入内容认证水印信息后为：

$Y^{*}=Y.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]$

内容认证水印信息为2的亮度块嵌入内容认证水印信息后为：

$Y^{*}=Y.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]$

内容认证水印信息为3的亮度块嵌入内容认证水印信息后为：

$Y^{*}=Y.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]$

内容认证水印信息为4的亮度块嵌入内容认证水印信息后为：

$Y^{*}=Y.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\end{array}\right]$

其中，Y为原始亮度块；

内容认证水印信息按照上述方法嵌入到MPEG视频的其它宏块中。

4.根据权利要求1所述的基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法，其特征在于：第二步，所述对第一步得到的带内容认证水印的MPEG视频进行内容认证水印信息的提取是指，包括以下步骤：

步骤S0301：提取带内容认证水印的MPEG视频的其中一个宏块中4个亮度块的DCT低频系数：

$Y_i^{wm\′}=Y_i^{wm}.*\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

其中为带内容认证水印的MPEG视频的宏块中按存储顺序的第i个亮度块，为从第i个亮度块提取出来的DCT低频系数，.*运算符表示矩阵对应位置的元素相乘作为结果矩阵中对应位置的元素；

步骤S0302：求出4个亮度块的特征值，得到第i个亮度块的压缩感知特征值

$F_i^{wm}={\mathrm{\Φ}}_1\×Y_i^{{\mathrm{wm}}^{\′}}\×{\mathrm{\Φ}}_2$

其中，Φ₁是一个1行8列的高斯矩阵，Φ₂是一个8行1列的高斯压缩参考矩阵；

步骤S0303：利用各亮度块的压缩感知特征值F_i生成带内容认证水印的MPEG视频中的内容认证水印信息；具体为：首先按照各亮度块的压缩感知特征值F_i对亮度块进行排序，然后按升序顺序将1、2、3、4分别作为4个亮度块的内容认证水印信息，以生成带内容认证水印的MPEG视频中的内容认证水印信息；

带内容认证水印的MPEG视频的其它宏块的内容认证水印信息按照步骤S0301～步骤S0303提取。

5.根据权利要求4所述的基于压缩感知特征的MPEG视频内容认证水印嵌入与检测方法，其特征在于：第二步，所述判断带内容认证水印的MPEG视频中各个宏块的内容认证水印信息是否被篡改，实现判断预先在MPEG视频中嵌入内容认证水印信息的MPEG视频的完整性是指，判断带内容认证水印的MPEG视频中其中一个宏块的内容认证水印信息是否被篡改包括以下步骤：

步骤S0304：根据步骤S0303提取带内容认证水印的MPEG视频中的内容认证水印信息，计算相应内容认证水印信息亮度块的检测值：

带内容认证水印的MPEG视频中内容认证水印信息为1的亮度块的检测值：

$Y^{\#}=det(Y^{wm}.*\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right])$

带内容认证水印的MPEG视频中内容认证水印信息为2的亮度块的检测值：

$Y^{\#}=det(Y^{wm}.*\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right])$

带内容认证水印的MPEG视频中内容认证水印信息为3的亮度块的检测值：

$Y^{\#}=det(Y^{wm}.*\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right])$

带内容认证水印的MPEG视频中内容认证水印信息为4的亮度块的检测值：

$Y^{\#}=det(Y^{wm}.*\left[\begin{array}{cccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\end{array}\right])$

其中，Y^wm为带内容认证水印的MPEG视频中其中一个宏块的亮度块；

步骤S0305：对该宏块中每个亮度块的检测值进行判断：若其中一个亮度块的检测值Y^#为非0，则判断该宏块存储的MPEG视频信息被篡改，并将该宏块存储的MPEG视频内容改为全黑，以提示用户知晓该处视频内容被篡改；否则，判断为该宏块存储的MPEG视频信息未被篡改；

判断带内容认证水印的MPEG视频中其它宏块的内容认证水印信息是否被篡改按照步骤S0304～步骤S0305进行；最后得到的MPEG视频即为篡改检测结果的视频。