专利名称：一种视频媒体的水印保护方法
技术领域：
本发明属于多媒体信号处理领域，特别是涉及一种保护视频媒体的水印方法。
背景技术：
近十几年来，数字多媒体正逐渐渗透到人们的日常生活中。在各种多媒体信息中， 数字视频占据着非常重要的位置。随着多媒体处理技术及互联网的迅猛发展，人们获取到 视频的途径更为方便，但随之出现了诸多问题如版权纠纷、非法传播等等。因此，视频水印 技术成为信息安全领域一个重要的研究课题。水印技术可以在不影响视频质量的情况下，将用户信息、版权信息等嵌入到视频 文件中，能用于作品所有权的鉴定和追踪非法用户等方面。随着互联网时代到来，网上交易 也变得越加平凡。对于如何有效保障流媒体信息，防止作品被非法传播等都是商家急切想 解决的问题。在网络商城中，用户购买了商品之后，需要为该商品打上用户信息进行标识， 从而确定商品的拥有者身份。那么这一过程必须在商品交易过程中完成，这就对于操作的 实时性提出了很高的要求。目前，许多水印算法都需要进行编解码的处理，时间上的开销较 大，不能很好满足该性能要求。因此，研究一种直接修改码流信息的快速视频水印具有一定 的现实意义和实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有水印嵌入方法需要复杂的编解码计算的不足，提供 一种简单方便的视频媒体的水印保护方法。为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下一种保护视频媒体的水印方法，包括水印嵌入过程，所述水印嵌入过程根据视频 媒体的帧结构，将水印数据分割后嵌入到每一帧中，水印的嵌入通过直接修改视频媒体的 控制信息实现。上述技术方案中，所述视频媒体的控制信息为MPEG-2格式中的比特率标识符，或 者MKV封装格式中的Void标识符。当视频格式为MPEG-2时，水印嵌入的具体过程包括如下步骤11)读取码流信息，寻找码流中的比特率标识符，找到比特率的表示信息；12)选取比特信息的若干个比特进行修改，将所要嵌入的水印信息直接替换，如嵌 “0”时置“0”，嵌“1”时置“1”；13)返回步骤11)，查找下一个比特率标识符，直到水印信息嵌入完毕。与水印嵌入相对应的水印提取过程包括如下步骤21)读取码流，查找比特率标识符；22)根据比特信息的选定比特位来决定提取水印信息为“1”或者“0” ；23)返回步骤21)，寻找下一个比特率标识符，直到所提取的水印信息长度达到原 来长度。
本发明的原理为视频码流信息中的比特率(bit rate)代表的意思是指每秒钟 传输解码的数据量大小，在MPG格式中是以18位长度比特表示，基本的传输单位为400bit。 经测试实验表明，当修改18位比特的最低两位时，传输的最大误差比特为3个基本单位的 误差量。当传输速率为最常用的512kb时(由低到高算起第8位为1，其他比特位为0)，假 设修改误差量为最大，由00变为11，此时的误差量为lkb。最大的误差率为1/512的大小， 并且该误差不会传递影响到视频中的其他包，计算PSNR(峰值信噪比)接近于无穷大，表明 了视频质量基本不下降。人眼对于如此小的变化是无法察觉的。由于码流格式都是有固定 标准进行规范，因此具有广泛的适用性。当视频封装格式为MKV时，水印嵌入的具体过程包括如下步骤31)读取码流信息，寻找码流中的Void标识符，找到该标识符的表示信息；32)选取Void信息的若干个比特进行修改，将所要嵌入的水印信息直接替换，如 嵌“0”时置“0”，嵌“1”时置“1”；33)返回步骤31)，查找下一个Void标识符，直到水印信息嵌入完毕。与水印嵌入相对应的水印提取过程包括如下步骤41)读取码流，查找Void标识符；42)根据Void信息的选定比特位来决定提取水印信息为“1”或者“0” ；43)返回步骤41)，寻找下一个Void标识符，直到所提取的水印信息长度达到原来 长度。本发明的原理为视频MKV封装格式中，全局控制信息Global elements中Void 标识符暂时没有被使用。Void标识符后的内容主要为了避免文件数据受到破坏，同时也是 预留了足够的空间作为以后扩充内容时使用。在目前的标准格式中，Void后的内容基本是 全零数据，不影响视频数据的使用，文件数据解码时会跳过该段内容，因此可以作为水印的 嵌入载体。本发明可以根据视频文件的长度进行改变。当拥有较大的嵌入空间的时候可以采 用重复嵌入的方法来提高水印的安全性能。本发明也可以适用于其他开源格式的视频码 流，分析码流格式选取可作为嵌入载体的控制信息，在固定窗口中进行查找嵌入即可。本发明具有如下优点1)、原理简单，能很容易实现；直接对码流进行操作，具有很强的实时性；2)、嵌入时无须进行任何编解码过程，水印信息对视频基本没有影响，不可察觉性 较高；3)、有很好的通用性，只要知道码流的格式寻找到合适的嵌入位就可以用该方法 进行水印嵌入。
图1是MPG视频码流格式示意图；图2是嵌入位置bit rate所在位置结构示意图；图3是MKV封装格式中Void标识位所在结构示意图；图4查找过程示意图；图5水印嵌入流程图6为本发明在测试视频中的帧图像及嵌入水印后视频的帧图像，其中图6a，6c 为原始的视频截图，6b，6d为嵌入水印信息后的视频截图。
具体实施例方式本发明的具体操作分为水印嵌入和视频认证两个过程，嵌入过程如下1)读取一定大小的码流信息，寻找码流中的比特率标识符(bit rate, 18bits)，找 到比特率的表示信息；2)选取18位比特信息的最低2个比特进行修改，将要嵌入的信息直接修改。如嵌 “0”时置“0”，嵌“1”时置“1”；3)返回步骤1，查找下一个标识符，直到水印信息嵌入完毕。视频水印提取步骤如下1)利用同样大小窗口读取码流，查找比特率标识符(bit rate)；2)根据18位比特的最低两位来决定提取水印信息为“1”或者“0”；3)返回步骤1，寻找下一个标识符，直到水印信息长度达到原来信息长度时结束 提取。下面结合附图对本发明做进一步的说明。图1为MPEG-2中节目码流(PS)的结构。从图中可以看到码流文件是由许多个 Sequence单位来组成的。因此在每一个视频序列段中进行信息修改，所影响到的范围也只 是对当前整个长度的Sequence。图2为Sequence的头结构示意图。由头结构示意图可以知道，每个单位中都有一 个固定的结构安排。由Sequence序列起始标识符(000001B3)标识着当前为一个Sequence 的开始，然后查找到之后的一定位置就为水印的嵌入位置。嵌入水印的具体位置距离标识 符的位数由码流的结构所决定。图3为MKV封装结构示意图。由结构示意图可以知道，每个单位中都有一个固定 的结构安排。文件起始符为0xlA45DFA3，寻找到该标识位之后就可以开始寻找Void标识 位。由于该标识位EC容易跟其他数据相同，所以必须结合其内容寻找。当找到EC标识之 后，判断其后内容全部为0则可以确定为Void标识位。图4为查找过程示意图。在确定水印嵌入位置时，通过在缓存区中滑动窗口的方 法进行寻找。窗口开始由缓存区的左边开始进行查找，若找到匹配的标识符，则调用水印嵌 入程序，否则就继续往下查找，直到缓冲区的尾部。图5为视频水印嵌入流程图。首先将码流装载到缓存区中。然后查找标识符，在 MPG文件中查找的是Sequence Star Code (0x000001B3)。准确定位Sequence的起始位置之 后，就嵌入水印信息。接着判断水印的嵌入是否已经结束。当水印嵌入完毕时就停止嵌入 直接完成，否则就循环进行查找标识位嵌入水印，直到水印嵌入完成为止。当缓存区的数据 处理完成之后，重新装载新的数据。如果由于文件太短且需嵌入位数较多，文件处理结束时 水印没有嵌入完成，返回嵌入的位数。可以重新根据码流速率跟长度进行嵌入位数调整。图6为实验结果比较。两组视频都是在嵌入128bits的版权信息之后进行对比的。 (a)为Discovery节目中的视频截图，视频格式为MPG格式(b)为嵌入水印信息后对应帧的 截图。(c)为奥斯卡影片《老无所依》的视频截图，视频封装格式为MKV，(d)为嵌入水印信息后对应帧的截图。从实验结果可以看出，人眼无法分辨出是否嵌入了水印。对截取的视 频图像进行比对，计算其PSNR值也是趋向无穷。
权利要求
一种保护视频媒体的水印方法，包括水印嵌入过程和水印提取过程，所述水印嵌入过程根据视频媒体的帧结构，将水印数据分别嵌入到每一帧中，其特征在于水印的嵌入通过直接修改视频媒体的控制信息实现。
2.根据权利要求1所述的保护视频媒体的水印方法，其特征在于水印嵌入过程修改所 述视频媒体中的控制信息。
3.根据权利要求1所述的视频媒体的水印保护方法，其特征在于水印嵌入的具体过程 包括如下步骤11)读取码流信息，寻找码流中的待嵌入标识符，找到标识符的表示信息； 12)选取该标识位信息的若干个比特进行修改，将所要嵌入的水印信息直接替换，如嵌 “0”时置“0”，嵌“1”时置“1”；13)返回步骤11)，查找下一个标识符，直到水印信息嵌入完毕。
4.根据权利要求3所述的视频媒体的水印保护方法，其特征在于与水印嵌入相对应的 水印提取过程包括如下步骤21)读取码流，查找标识符；22)根据标识位信息的选定比特位来决定提取水印信息为“1”或者“0”；23)返回步骤21)，寻找下一个标识符，直到所提取的水印信息长度达到原来长度。
5.根据权利要求1所述的保护视频媒体的水印方法，当视频为MPEG-2格式的TS流时， 其特征在于水印嵌入过程修改所述视频媒体中，PES(PacketisedElementary Streams)包 中的控制信息比特率标识符的内容。
6.根据权利要求1所述的保护视频媒体的水印方法，当视频为MKV封装格式时，其特征 在于水印嵌入过程修改所述视频媒体的全局控制信息Globalelements中Void标识符的内 容。
全文摘要
本发明提供一种保护视频媒体的水印方法，属于多媒体信号处理领域。通过修改视频媒体的帧结构，将水印数据分别嵌入到每一帧中，水印的嵌入通过直接修改视频媒体的控制信息实现。本发明具有如下优点1)原理简单，容易实现；直接对码流进行操作，具有很强的实时性；2)嵌入时无须进行任何编解码过程，水印信息对视频基本没有影响，不可察觉性较高；3)有很好的通用性，只要知道码流的格式寻找到合适的嵌入位就可以用该方法进行水印嵌入。
文档编号G06T1/00GK101894357SQ201010147148
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者刘红梅, 李煌, 黄继武 申请人:中山大学