专利名称：一种基于三维dft在视频中嵌入多重鲁棒水印的方法
技术领域：
本发明属于多媒体信号处理领域，涉及一种基于三维DFT (离散傅里叶变换)和视频数据特征的多重数字水印嵌入技术，具体是一种基于三维DFT在视频中嵌入多重鲁棒水印的方法。
背景技术：
随着数字技术和互联网技术的飞速发展，各种数字媒体如文本、图像、声音、视频等都可以通过互联网快速方便地进行传输，信息化给人们的生活带了极大的方便；但同时这也使得这些信息的篡改和盗版等变得非常容易。数字水印技术作为一种新的可以有效的解决数字产品版权保护问题的技术手段， 近来已经成为信号与信息处理领域的研究热点。常见的视频水印都是类似静止图像水印技术，水印信息直接插入到压缩空间或改变其变换域系数，抗旋转、缩放和平移等几何攻击能力较弱。通过三维DFT，利用视频本身的视觉特征并在视频数据中嵌入多重鲁棒多水印难度较大，目前尚未见报道，研究尚属空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维DFT在视频中嵌入多重鲁棒水印的方法，其可在不影响原始视频数据的条件下进行多水印的嵌入，具有较强的鲁棒性，既能抗击几何攻击又能抗常规攻击，从而较好的保护了视频数据的版权。为了实现上述目的，本发明是这样进行的基于全局三维DFT (这里将视频数据作为一个整体进行三维傅里叶变换，而不是对每一帧进行二维DFT变换)，在三维DFT系数中， 寻找到一个抗几何攻击的特征向量，并将水印技术与密码学有机结合起来，实现了多重数字水印的嵌入。本发明所采用的方法包括水印嵌入和水印提取两大部分，第一部分为水印嵌入，包括(1)通过对选定的视频数据进行全局三维DFT，得到一个抗几何攻击的特征向量V(j)，⑵根据要嵌入的多重水印ffk(j)，k = 1，2，. . .，n(n表示嵌入的水印个数)，和在视频数据中提取的特征向量V(j)，通过Hash函数运算，生成二值逻辑序列Keyk(j)，然后将二值逻辑序列Keyk(j)存在第三方；第二部分为多重水印的提取，包括C3)求出待测视频数据的抗几何攻击的特征向量V’(j)，(4)利用已存在第三方的二值逻辑序列Keyk(j)和提取的待测视频数据的特征向量V’(j)，提取出多重水印Wk’(j)。现对本发明的方法进行详细说明如下第一部分多重水印的嵌入首先用Wk(j)表示要嵌入的多重水印，Wk(j) = {wk(j) |w(j) =0,1；1^ j^L, 1 ^ k ^ η}, L代表要嵌入的一个水印长度，η为嵌入水印的个数。原始视频数据记为F = {f(i，j，k) |f(i，j，k) e R ;1 彡 i 彡 M，1 彡 j 彡 N，1 彡 k 彡 P)}，其中，f(i，j，k)表示视频数据的体素(Voxel)数据值，类似于二维图像中的图像的像素灰度值，设N = M(N，M表示视频每一帧图像的长和宽，这里为了简化运算设为N = M)，多重水印的嵌入步骤如下1)通过对原始视频数据进行全局三维DFT，得到该视频数据的一个抗几何攻击的特征向量V(j)；先对原始视频数据F (i，j，k)进行全局三维DFT，得到三维DFT系数矩阵FF (i，j， k)，再从系数矩阵FF(i，j，k)中，取出前L个值，并通过对三维DFT系数进行符号运算得到该视频数据的特征向量V(j)，由于傅里叶的系数为复数，方便起见，这里将实部、虚部作为两个数，当傅里叶系数的实部或虚部系数值为“正”时我们用“1”表示(含“0”的情况)，系数为负时“0”表示，嵌入过程的程序语言描述如下FF(i，j，k) = DFT3(F(i, j, k))V(j) = Sign(FF(i, j, k))2)根据多重水印Wk(j)和视频数据的特征向量V(j)，利用Hash函数特性，生成二值逻辑序列Keyk (j)
_5] Keyk (J)=V(J) θ Wk ①；k=l,2,...,nKeyk(J)是由视频数据的特征向量V(j)和要嵌入的多水印Wk(j)，通过密码学常用的Hash函数生成；保存Keyk(j)，在以后提取水印时需用。通过将Keyk(j)作为密钥向第三方申请，以获得原作品的所有权，达到版权保护的目的。第二部分多重水印的提取3)求出待测视频数据的特征向量V’ (j)设待测视频数据为F’(i，j，k)，经过对视频数据的全局三维DFT后得到三维DFT 系数矩阵为FF’(i，j，k)，按上述步骤1)的方法，求得待测视频数据的特征向量V’ (j)；FF，(i, j, k) = DFT3(F，(i，j，k))V，(j) = Sign(FF，(i，j，k))4)在待测视频数据中提取水印Wk’ (j)根据存在第三方的Keyk(j)和待测视频数据的特征向量V’(j)，利用Hash函数性质可以提取出待测视频的多重水印Wk’ (j)Wk'G)=KeykG)十 V，(j)再根据wk(j)和wk’ (j)的相关程度来判别待测视频数据的所有者。本发明有以下优点首先，由于本发明是基于三维DFT的数字水印技术，多重水印的嵌入和提取是在频域中进行，通过后面的实验数据证实，该水印不仅有较强的抗常规攻击能力，而且有较强的抗几何攻击能力。其次，嵌入的多重水印不影响原始视频数据的内容，是一种零水印技术。以下从理论基础和实验数据说明1)三维傅里叶变换函数f (x, y，ζ)的三维傅里叶变换公式为,ω2,ω3) = F[f(x, γ, ζ)]= Γ Γ「"/(χ, 乂 z)e-j(co^y^2)dxdydz
-CO J-cO J-co三维傅里叶反变换公式为
权利要求
1. 一种基于三维DFT在视频中嵌入多重鲁棒水印的方法，其特征在于基于全局三维 DFT及抗几何攻击的特征向量的提取，并将水印技术、密码学中的Hash函数特性和“第三方”概念有机结合起来，实现了在视频段中进行多重数字水印的嵌入，该方法共分两个部分，共计四个步骤第一部分是多重水印嵌入通过对多重水印的嵌入操作，得到相应的二值逻辑序列 Keyk(J)；1)对原始视频数据进行全局三维DFT，从傅里叶系数中，根据低中频系数的符号序列来得到该图的抗几何攻击的特征向量V(j)；2)利用Hash函数和要嵌入的多重水印Wk(J)，k= 0，1，2，· · ·，η ；得到二值逻辑序列
全文摘要
本发明涉及一种基于三维DFT在视频中嵌入多重鲁棒水印的方法，是先进行水印的嵌入，包括(1)对原始视频段进行全局三维DFT，在变换系数中提取一个抗几何攻击的特征向量；(2)利用该特征向量和要嵌入的多水印通过Hash函数得到相应的二值逻辑序列，并将该二值序列存于第三方。然后进行多水印提取，包括(3)对待测视频数据进行全局三维DFT，提取该对象的特征向量；(4)利用Hash函数特性和存在第三方的二值逻辑序列提取多水印。本发明基于三维DFT的视频多水印嵌入技术，可在不影响原始视频数据的条件下进行多水印的嵌入，具有较强的鲁棒性，既能抗击几何攻击又能抗常规攻击，从而较好的保护了视频数据的版权。
文档编号H04N21/4405GK102510521SQ20111029095
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者张怀强, 李京兵, 杜文才 申请人:海南大学