专利名称：一种适用于流媒体环境的盗版追踪水印方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于流媒体环境的盗版追踪水印方法，属于多媒体信息安全领域。
背景技术：
三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，通过IP网络承载包括语音、数据、图像等各类综合多媒体业务，其表现为网络层上互联互通，业务层上互相渗透和交叉。流媒体是指采用流式传输的方式在互联网上播放的媒体格式。基于IP 网络实现的IPTV业务，其基本信息就是采用实时流式方式传输。视频提供商将视频文件经过压缩处理后，放在网络服务器上进行分段的传输，客户端计算机不用将整个的视频文件下载到本地，便可以即时观赏和收看。三网融合下的IPTV业务可以为用户提供丰富的视频资源。然而这些视频资源被下载后，往往被恶意用户随意复制传播，这使得商家的利益受到极大的损失。将用户的身份信息作为水印，嵌入流媒体视频中，可以实现盗版追踪，在一定程度上可以保护商家的利益。H. 264视频编码是由ITU-T和IS0/IEC联合开发的一个新的数字视频编码标准。 H. 264不仅具有高压缩比，而且还拥有高质量的图像，正因为如此，经过H. 264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。因此，研究流媒体环境下的H. 264 视频水印具有积极的意义。传统的视频水印技术，例如基于DCT变换的视频水印技术，都是在变换域中嵌入数字水印，水印嵌入算法的复杂度较高，一般不能满足流媒体的实时性的要求，并不能直接应用于流媒体中。基于运动矢量的H. 264视频水印由于只需解码视频编码的一部分，水印嵌入所需的时间比较少，并且水印嵌入过程中运算量很少，可以满足流媒体环境下对数字水印的实时性要求。但是，现有的基于运动矢量的H. 264视频水印技术，应用于三网融合以后的流媒体环境下进行盗版追踪，还存在如下一些问题
1.流媒体下的盗版追踪水印一般不能事先将用户信息嵌入视频，而需要根据用户的请求，实时的将用户信息嵌入流媒体视频，即水印嵌入的时间不能过长，否则会影响用户对视频的观赏效果。2.在流媒体环境里，视频重新解码和编码是很常见的操作，而H. 264视频编码在运动估计部分提供了多种估计算法，例如菱形法DS和六边形法HEXBS等。应用这些算法得出的关于视频帧的宏块划分和运动矢量的值，很多时候都存在差异，而将运动矢量作为水印载体嵌入水印后，由于载体本身发生了改变，导致嵌入其中的水印信息丢失。3.流媒体提供商为了能够满足不同的用户需求，一般会提供多种模式的视频供用户选择，并且三网融合以后，不同的网络提供的视频内容也有很大的不同。对于高清视频， 按一般方法修改视频帧的运动矢量往往会导致某些细节部分失真；而对于那些低画质视频，往往可以嵌入水印的宏块数量比较少。
4.流媒体环境下的视频是采取网络方式传输，传输过程中由于网络的不稳定性， 视频中的某些帧可能被丢弃，而如果这些视频帧中含有水印信息，那么被丢弃后便不能再提取出水印信息。5.为了能够标示用户的具体信息，实现盗版追踪，水印的容量必须足够大。目前的运动矢量水印都只能嵌入Ibit的水印信息，而一个视频帧中，适合嵌入水印的运动矢量 是有限制的，一般水印方法的水印容量达不到要求。
发明内容
技术问题
本发明提出了一种适用于流媒体环境的盗版追踪水印方法，解决了传统的H. 264视频数字水印因为水印嵌入时间过长，不能根据视频内容自适应的选择水印嵌入位置，不适用于网络传输环境等原因，而不能直接用于H. 264流媒体视频的问题。技术方案
本发明的方法在水印嵌入前先对视频进行分段处理，然后根据流媒体视频内容，选取合适的宏块嵌入水印，每个宏块的运动矢量嵌入2bit的水印信息。参数定义
1、如果B帧的某个宏块含有多个运动矢量，则把运动幅值最大的运动矢量称为该宏块的运动矢量。2、宏块的运动矢量用向量表示为(Vx，Vy)，其中Vx是水平分量，Vy是垂直分量。3、运动矢量幅值计算公式
权利要求
1.一种适用于流媒体环境的盗版追踪水印方法，其特征在于，包括以下四个步骤 第一步用户信息预处理在密钥的控制下，将用户身份标识ID依次进行置乱和扩频，生成最终嵌入视频的水印信息；第二步视频资源预处理对需要进行水印嵌入的视频进行分段处理； 第三步水印嵌入将用户信息作为水印，根据视频的内容，自适应的嵌入到视频B帧的运动矢量；第四步水印提取根据密钥选出嵌入有水印信息的B帧，然后从运动矢量中提取出水印信息。
2.如权利要求1所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的用户信息预处理，具体包括以下步骤第一步在密钥Y1的控制下，将m位的用户身份标识ID进行置乱处理得到ID'； 第二步将ID'扩频成2m位的二进制比特信息W，W作为最终嵌入视频的水印信息。
3.如权利要求1所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的视频资源预处理，具体包括以下步骤第一步以t分钟为时间间隔，对需要进行水印嵌入的视频进行分段；第二步将视频的第一段传输给用户；第三步对剩余的所有分段视频同时进行水印嵌入操作。
4.如权利要求1所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的水印嵌入，具体包括以下步骤第一步对已分段的视频进行NAL解码，即网络层解码，获得视频的VCL部分，即获得视频编码层部分；第二步对视频的VCL部分进行熵解码，获得所有B帧的运动矢量； 第三步利用密钥Y2选出每个GOP中，即画面组中，需要嵌入水印的B帧； 第四步对于高清视频，选择该B帧中所有16 X 16、16 X 8和8 X 16大小的宏块的运动矢量幅值进行判断，如果当前宏块的运动矢量幅值大于嵌入阈值T1,则将该宏块的编号和运动矢量的幅值存入数组；对于普通视频和低画质视频，则选择该B帧中所有16X16、 16X8,8X16和8X8大小的宏块的运动矢量幅值进行判断，如果当前宏块的运动矢量幅值大于嵌入阈值T1，则将该宏块的编号和运动矢量的幅值存入数组；第五步根据运动矢量幅值的大小，利用快速排序算法对所有选出来的宏块进行从大到小的排序，并选择前m个宏块嵌入水印；第六步将选出的宏块按排列的顺序依次嵌入水印信息比较宏块的运动矢量的水平分量Vx和垂直分量\值的大小，如果ι IvjJ-IvyI ι小于或等于差值阈值T2，则分别在运动矢量的水平方向和垂直方向嵌入Ibit的水印信息；如果ι IvjJ-IvyI I大于差值阈值T2，则只在绝对值较大的分量上嵌入2bit的水印信息；第七步水印信息嵌入B帧后，修改B帧所在NAL头部，使Nal_ref_idC的值为3，即该帧发生丢失时，强制其重传。
5.如权利要求4所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的利用密钥Y2选出每个 GOP中需要嵌入水印的B帧，具体是指任意选取一个3η位的二进制数，利用密钥Y2对其进行加密得到3η位的二进制串L，然后把生成的二进制串L分为η组，生成位置序列(L1,L2, ...，Li, ...，Ln)，其中η为视频段中GOP单元的个数，L1, L2, ...，Li, ...，Ln都是3位二进制数，用于表示GOP中B帧的相对位置，即相对于该GOP中第一个B帧的位置；根据Li的值， 选择第i个GOP单元的第Li个B帧嵌入水印。
6.如权利要求4所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的将选出的宏块按排列的顺序依次嵌入水印信息，具体是指设当前宏块排第i位，如果I IvjJ-IvyI ι小于或等于差值阈值T2，则分别在运动矢量的水平方向和垂直方向嵌入Ibit的水印信息，即按公式ι修改Ivl，将W的第2i-l位嵌入Vx和第2i位嵌入Vy;其中V表示Vx或\，λ为嵌入的水印信息值，mod为取模运算；Ov I ； (/1- (j ι I x4) mod 2) mod 2=0 Ivfcl ‘(ι)1 [|v|4{)25. (Λ - (|v|x4)mod2)mo<12 = l如果I IvjJ-IvyI I大于差值阈值T2，则按照公式2修改|v|，将W的第2i-l位和第2i位嵌入到绝对值较大的分量；其中V表示绝对值较大的分量，即v|=max{|Vx|, |Vy|}，λ为嵌入的水印信息值，mod为取模运算P VI , (I-CJv) x4) mo44) mocN = 0 j I ν j 4Ci.25; (1-C| ν I x4) ra o<!4) mod4 = 1 卜‘卜 j I ν I 5 , (.4 — (J ν I x4)mo<l 4) m<xM = 2⑵。y ν 140.75, (/1 - (I ν j x4) m qM) mod 4 = 3
7.如权利要求1所述的盗版追踪水印方法，其特征在于，所述的水印提取，具体包括以下步骤第一步根据密钥Y2生成的位置序列(L1, L2, -,Li, -,Ln)选出视频中嵌入有水印的视频B帧；第二步对于高清视频，选出其B帧中所有运动矢量大于嵌入阈值T1的16X16、16X8 和8 X 16大小的宏块；对于普通视频和低画质视频，则选出其B帧中所有运动矢量大于嵌入阈值T1的16X16、16X8、8X16和8X8大小的宏块；第三步对选出的宏块按运动矢量幅值的大小，从大到小排序，取前m个宏块提取水印如果I |v」-|vy| I小于等于差值阈值T2，则分别从该宏块运动矢量的水平方向和垂直方向提取出Ibit的水印信息，其中(|Vx|X4)mod2的值即为嵌入Vx方向的水印信息值， (|Vy| X4)mod2的值即为嵌入Vy方向的水印信息值；如果IlVjJ-IvyII大于差值阈值T2，则在绝对值较大的分量上提取出2bit的水印信息，(|v|X4)mod4的值即为水印信息值，ν 代表绝对值较大的分量，即v|=max{|Vx|, |Vy|}；第四步将取出的水印信息W进行反扩频，得到ID'； 第五步利用密钥Y1反置乱ID'，得到最终的用户身份标识ID。
全文摘要
本发明涉及一种适用于流媒体环境的盗版追踪水印方法，属于多媒体信息安全领域。本发明在水印嵌入之前先对视频进行分段处理，水印的嵌入过程中根据流媒体视频的内容选出满足条件的宏块嵌入水印，并利用快速排序算法确定最适合嵌入水印信息的宏块。水印嵌入考虑到宏块运动矢量的水平方向和垂直方向的差异，自适应的选择合适的运动分量嵌入2bit的水印信息，嵌入水印后通过修改B帧的NAL头部,使水印能够应对网络传输而带来的帧丢失等情况的发生。运用本发明可以在流媒体视频内实时嵌入水印信息，实现盗版追踪。
文档编号H04N7/26GK102307320SQ201110229609
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者万腾, 张登银, 程春玲, 陈小星, 马晓东 申请人:江苏亿通高科技股份有限公司