多媒体数字水印嵌入及分离方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种多媒体数字水印嵌入方法及分离方法和装置，其中水印嵌入方法包括：预设阶段、水印处理阶段以及密文处理阶段；水印处理阶段包括计算水印融合信息与解密信息的步骤。本发明提出的方案能够根据用户需求来设置水印嵌入的特征，鲁棒性强，并能够生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授权。
【专利说明】多媒体数字水印嵌入及分离方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字水印【技术领域】，尤其涉及一种多媒体数字水印嵌入及分离方法和
>J-U装直。
【背景技术】
[0002]随着多媒体技术和社交网络的发展，越来越多的媒体文件被制作并分享在网络上，版权保护问题就成为了越来越被关注的问题，很多技术被开发用来做数字产品的版权保护，其中数字水印就是一种比较有效的保护方式。多媒体数字水印，是将版权标识信息嵌入数字载体中，既不影响原载体的正常使用，也不容易被篡改，从而达到版权保护的目的。数字生活中有很多常见的多媒体水印例子，如电视广播节目中的电视台台标就是一种水印形式；网络新闻报道的插图中嵌入新闻来源的标识；各大视频门户网站所播放的在线影视也会打上其相应的商业标识，以告知版权所有者身份。
[0003]目前，在多媒体文件中嵌入水印信息，主要是采用两种方式，一种是对原始数据进行处理，也就是在媒体制作的过程中把水印直接嵌入图像或者视频帧内部，嵌入过程采用加密手段，使得观看者可以直接观看打上水印的内容，或者在获取相应的解密手段后能将水印剥离而观赏到无水印效果干扰的内容；另一种方式是将水印直接加入数据的压缩比特流进行传输，但是这种方式受到压缩比特率的限制而不得不限定嵌入水印数据量的大小，无法容忍用户自定义的水印信息。本申请使用前者的方式，即在媒体文件的原始数据中嵌入数字水印。
[0004]媒体中嵌入类似商标的水印，可以向观看者申明当前内容的版权所有信息，由谁制作由谁发布等等，一般是制作方将原始图像或者视频帧与水印信息进行融合，使得水印的效果可以覆盖一定区域的原始数据，实现可见或隐藏，接收方通过融合的逆向方法从对应的区域中抽取出嵌入的水印信息并且恢复原始内容的使用效果。如果水印融合算法鲁帮性不够强，则容易被某些编辑手段进行模糊化处理甚至直接提取水印信息并篡改，从而可能导致版权侵犯行为。
[0005]水印呈现出的形式多种多样，从静止到运动，从清晰可见到隐藏至深。其中，制作视频水印的复杂度比静态图像水印要高，而且由于视频帧间连续性规律，使用帧间运算方法容易将基于原始数据处理的数字水印提取，使得版权保护手段失效。而且，相同的水印信息以不同清晰度融入原始数据以后，经过压缩编码、传输以及解码等过程，部分信息可能会丢失，导致版权效果减弱。
[0006]目前市面上大部分数字水印制作软件，仅提供较为单一的静态水印嵌入效果。即使有的软件能提供一些水印动态效果，却仅考虑水印嵌入的制作过程，不支持水印分离。
【发明内容】
[0007]本发明提出一种多媒体数字水印嵌入方法，能够根据用户需求来设置水印嵌入的特征，水印直接融入原始图像或视频帧数据中，鲁棒性强，不易被非法手段截取甚至篡改，嵌入后生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授权。
[0008]本发明还提出一种多媒体数字水印分离方法，能够实现多媒体数字水印的分离。
[0009]本发明的技术方案是这样实现的:
[0010]一种多媒体数字水印嵌入方法，包括:预设阶段、水印处理阶段以及密文处理阶段；
[0011]所述预设阶段包括:导入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果参数；所述水印效果参数包括视频动态水印、水印起始位置、动态轨迹、运动速率或者可见程度；
[0012]所述水印处理阶段包括计算水印融合信息与解密信息的步骤；所述计算水印融合信息与解密信息的步骤包括:
[0013]计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；使用快速独立分量分析算法计算出对应RGB的三路分离矩阵；计算出对应RGB的三路信源阵列；找到每一路信源矩阵中的低频矢量索引；根据水印嵌入需求对可见程度的要求，生成融合矩阵；将水印信息RGB分量对应混合入关键帧每一路RGB低频矢量并计算出对应RGB的三路低频矢量与水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息；
[0014]所述密文处理阶段的密文包括:水印效果参数、水印关键帧索引、解密信息以及水印融合信息。
[0015]上述方法中，水印嵌入需求还可以包括:本地编解码方案、待嵌入水印的视频或图像、水印图片、以及密文加密口令。
[0016]上述方法中，所述的水印处理阶段中，计算水印融合信息与解密信息的步骤之前还可以包括:启动编解码流水线、检测关键帧；所述计算水印融合信息与解密信息的步骤之后还可以包括:启动水印嵌入流水线、生成嵌入水印的媒体文件。
[0017]上述方法中，所述编解码流水线可以为开启解码或编码工作序列；
[0018]所述解码工作序列可以为:解析媒体文件,读取数据并输出RGB模式的帧数据；
[0019]所述编码工作序列可以为:接收RGB模式的帧数据，写入对应生成的媒体文件中。
[0020]针对视频文件，检测关键帧可以为:在视频段中检测能量分布较为均匀的视频帧，将该视频帧作为关键帧；针对图像文件，检测关键帧可以为:直接将所述图像作为关键帧。
[0021]上述方法中，启动水印嵌入流水线可以包括以下步骤:
[0022](I)计算出当前帧水印嵌入区域；
[0023](2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0024](3)使用RGB三路分离矩阵计算出RGB三路信源矩阵阵列；
[0025](4)利用融合矩阵将信源低频矢量与水印矢量相融合；
[0026](5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低频矢量，产生嵌入水印后的信源；
[0027](6)由分离逆矩阵与嵌入水印后的信源计算出三路嵌入水印的RGB观测分量。
[0028]上述方法中，密文处理阶段可以包括:将水印融合信息与解密信息写入密文文件和使用口令加密密文。
[0029]本发明还提出一种多媒体数字水印分离方法，包括:预设阶段、密文处理阶段以及水印处理阶段；
[0030]所述水印处理阶段包括:定位关键帧、利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片;
[0031]针对图像文件，所述定位关键帧为:通过关键帧索引从视频序列中找到关键帧位置；针对图像文件，所述定位关键帧为:直接将图像作为关键帧；
[0032]所述利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片包括以下步骤:
[0033]计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；利用水印融合矩阵和关键帧的RGB三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量，恢复出水印信息；其中，所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量的索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息。
[0034]上述方法中，预设阶段可以包括:导入本地编解码方案、嵌入水印的图像或视频、加密密文、密文解密口令。
[0035]上述方法中，密文处理阶段可以包括使用口令解密密文、解析密文中的信息。
[0036]上述方法中，水印处理阶段还可以包括:启动编解码流水线、启动水印分离流水线以及恢复原始媒体文件。
[0037]上述方法中，启动水印分离流水线可以包括以下步骤:
[0038](I)计算出当前帧水印嵌入区域；
[0039](2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0040](3)利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；
[0041](4)利用水印融合矩阵和水印矢量信息，计算出三路原始低频矢量；
[0042](5)利用分离矩阵逆矩阵恢复RGB三路原始观测阵列信息。
[0043]一种多媒体数字水印嵌入装置，包括:
[0044]用户接口抽象，用于导入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果参数；所述水印效果参数包括视频动态水印、水印起始位置、动态轨迹、运动速率或者可见程度；
[0045]水印处理引擎，用于计算水印融合信息与解密信息；所述计算水印融合信息与解密信息的步骤包括:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；使用快速独立分量分析算法计算出对应RGB的三路分离矩阵；计算出对应RGB的三路信源阵列；找到每一路信源矩阵中的低频矢量索引；根据水印嵌入需求对可见程度的要求，生成融合矩阵；将水印信息RGB分量对应混合入关键帧每一路RGB低频矢量并计算出对应RGB的三路低频矢量与水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息；
[0046]加密密文模块，用于执行密文处理，所述密文处理的密文包括:水印效果参数、水印关键帧索弓1、解密信息以及水印融合信息。
[0047]上述装置还可以包括:
[0048]编解码模块，用于开启解码或编码工作序列；
[0049]所述解码工作序列为:解析媒体文件,读取数据并输出RGB模式的帧数据；
[0050]所述编码工作序列为:接收RGB模式的帧数据，写入对应生成的媒体文件中。
[0051]一种多媒体数字水印分离装置，包括:
[0052]用户接口抽象，用于执行预设；[0053]加密密文模块，用于执行密文处理；
[0054]水印处理引擎，用于执行水印处理，包括:定位关键帧、利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片；
[0055]针对图像文件，所述定位关键帧为:通过关键帧索引从视频序列中找到关键帧位置；针对图像文件，所述定位关键帧为:直接将图像作为关键帧；
[0056]所述利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片包括以下步骤:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；利用水印融合矩阵和关键帧的RGB三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量，恢复出水印信息；其中，所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量的索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息。
[0057]综上可见，本发明提出灵活有效的多媒体数字水印嵌入和分离方法及装置，使用者可以根据用户需求来设置水印嵌入的特征，包括水印信息、动态轨迹以及可见度等丰富的水印效果。水印直接融入原始图像或视频帧数据中，鲁棒性强，不易被非法手段截取甚至篡改，嵌入后生成可以解析水印的唯一密文信息用于交互授权。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]图1为本发明实施例一中多媒体数字水印处理装置的结构示意图；
[0059]图2为本发明实施例二中水印嵌入的实现流程图；
[0060]图3为本发明实施例二中编解码流水线不意图；
[0061]图4为本发明实施例四中数字水印融合与加密实现流程图；
[0062]图5为本发明实施例五中数字水印嵌入流水线示意图；
[0063]图6为本发明实施例六中密文信息的内部结构图示意图；
[0064]图7为本发明实施例七中数字水印分离的实现流程图；
[0065]图8为本发明实施例八中数字水印信息恢复实现流程图；
[0066]图9为本发明实施例九中数字水印分离流水线示意图。
【具体实施方式】
[0067]本发明的解决方案是提供一种多媒体数字水印处理方法，可针对图像、视频文件进行水印的嵌入与分离。该方法依托于本地多媒体解决方案，对图像或者视频帧进行编解码操作，其处理核心是对抽取出来的图像或视频帧进行解析，使用独立分量分析算法找到水印图片与原始数据相互融合的方式，并减弱视频连续帧间的相关性。同时提供多种水印嵌入形式，支持视频动态水印方向、水印可见度调整等。生成的加密密文适用于水印分离的逆向过程。对应的装置提供了向上的接口层，方便本地应用程序使用。
[0068]本发明提供了一种多媒体数字水印嵌入方法和装置，以及一种多媒体数字水印分离方法和装置。
[0069]水印嵌入方法分为三个阶段，预设阶段、水印处理阶段以及密文处理阶段。
[0070]预设阶段由本申请装置的上层应用程序导入水印嵌入需求。其中水印嵌入需求，包括本地编解码方案、待嵌入水印的视频或图像、水印图片、水印效果参数以及密文加密口令。水印效果参数，包括视频动态水印、水印起始位置、动态轨迹、运动速率或者可见程度等信息。
[0071]水印处理阶段，包括启动编解码流水线、检测关键帧、计算水印融合信息与解密信息、启动水印嵌入流水线、生成嵌入水印的媒体文件等步骤。
[0072]其中编解码流水线，是开启解码与编码两个工作序列，解码工作序列解析媒体文件，读取数据并输出RGB模式的帧数据，编码工作序列接收RGB模式的帧数据，写入对应生成的媒体文件中。
[0073]检测关键帧，是指在视频段中检测能量分布较为均匀的视频帧，选取的目的在于提高水印嵌入算法性能，优化水印呈现效果。若原始资源是图像而非视频，则直接将图像作为关键帧来处理。
[0074]解密信息，包括关键帧的RGB三路分离矩阵和对应三路信源中低频矢量索引。水印融合信息，包括水印融合矩阵和关键帧的RGB的三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量。计算水印融合信息与解密信息，分为以下步骤:
[0075](I)计算出关键帧水印嵌入区域；
[0076](2)解析关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0077](3)初始化分离矩阵；
[0078](4)使用快速独立分量分析算法计算出对应RGB的三路分离矩阵；
[0079](5)计算出对应RGB的三路信源阵列；
[0080](6)找到每一路信源中低频矢量索引；
[0081](7)根据水印嵌入需求对可见程度的要求，生成融合矩阵；
[0082](8)将水印信息RGB分量对应混合入每一路RGB低频矢量并计算出对应RGB的三路低频矢量与水印混合后的三路次要信息矢量。
[0083]启动水印嵌入流水线，分为以下步骤:
[0084](I)计算出当前帧水印嵌入区域；
[0085](2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0086](3)使用RGB三路分离矩阵计算出RGB三路信源矩阵阵列；
[0087](4)利用融合矩阵将信源低频矢量与水印矢量相融合；
[0088](5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低频矢量，产生嵌入水印后的信源；
[0089](6)由分离逆矩阵与嵌入水印后的信源计算出三路嵌入水印的RGB观测分量。
[0090]水印嵌入的密文处理阶段，包括水印融合信息与解密信息写入密文文件、使用口令加密密文。密文正文包括水印效果参数、水印关键帧索引、水印解密信息以及水印融合信肩、O
[0091]水印分离方法也分为三个阶段，预设阶段、密文处理阶段以及水印处理阶段。
[0092]预设阶段，由本申请装置的上层应用程序导入本地编解码方案、嵌入水印的图像或视频、加密密文、密文解密口令。
[0093]密文处理阶段，使用口令解密密文、解析密文中的信息。
[0094]水印处理阶段，包括启动编解码流水线、定位关键帧、利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片、启动水印分离流水线以及恢复原始媒体文件。
[0095]定位关键帧，是通过关键帧索引从视频序列中找到关键帧位置。若原始资源是图像而非视频，则直接将图像作为关键帧来处理。
[0096]利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片，分为以下步骤:
[0097](I)计算出关键帧水印嵌入区域；
[0098](2)解析关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0099](3)利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；
[0100](4)利用水印融合矩阵和关键帧的RGB三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量，计算出水印信息；
[0101](5)恢复水印图片效果。
[0102]启动水印分离流水线，分为以下步骤:
[0103](I)计算出当前帧水印嵌入区域；
[0104](2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；
[0105](3)利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；
[0106](4)利用水印融合矩阵和水印矢量信息，计算出二路原始低频矢量；
[0107](5)利用分离矩阵逆矩阵恢复RGB三路原始观测阵列信息；
[0108]为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。
[0109]实施例一:
[0110]如图1为本发明实施例一中多媒体数字水印处理装置的结构示意图。如图1所示，所配置的装置由用户接口抽象101、编解码方案模块102、水印处理引擎103、加密密文模块104和文件存储模块105组成。在该结构中，用户接口抽象101用于与应用程序对接，接收上层设置的参数，即某个应用程序对多媒体数字水印的处理需求描述。编解码方案模块102可以接收本地多媒体方案，支持视频与图像的编解码，可以抽取多媒体文件中的数据，也可以将多媒体数据写入某种格式的媒体文件中。水印处理引擎103是本申请方法的处理中心，也是本申请装置的核心组件，用来分析从编解码方案模块102中输出的多媒体数据，根据需求描述将水印嵌入多媒体原始数据中或者从媒体数据中分离，针对图像媒体可以嵌入与分离静态水印信息，针对视频媒体还可以支持动态水印，以流水线操作的方式进行处理，可以支持存储与在线形式的媒体数据输入输出。加密密文模块104是用户交互授权组件，根据需求中的用户口令，将水印处理引擎103输出的信息进行文本化并加密，用于终端间传输和授权验证操作。文件存储模块105则是对生成的文件做存储处理，即时播放或者存储，保存本地或者云端。
[0111]实施例二:
[0112]如图2为本发明实施例二中水印嵌入的实现流程图。从信息导入到处理结果输出，具体描述如下:
[0113]多媒体数字水印嵌入主流程首先进入预设阶段，该阶段中由上层应用程序向本申请的装置中设置需求参数。
[0114]步骤201，导入本地编解码方案需求，就是使本申请的装置获取到本地的多媒体处理能力，支持后续编解码工作。[0115]步骤202，导入视频或者图像资源，这个作为用户需要打入水印的原始媒体文件，同时导入水印图片，本申请的装置的用户接口抽象101提供接收水印图片形式的对上接口，而用户如何选择或者创建水印图片信息的过程以及界面风格，由上层应用程序提供界面支持。
[0116]步骤203，导入水印参数效果，这个步骤就是要设置堆水印的需求描述，上步骤202中已经设置了水印图片，这里就要对水印的呈现方式做具体描述。
[0117]所述水印呈现方式包括，静止于某个固定位置上的水印效果；以某种运动轨迹进行飞行移动的动态效果等。描述中包括水印的初始位置，动态方式，动态速率，可见程度等多种信息，这些信息会在后续水印嵌入或者分离过程中影响算法的具体实施。
[0118]所述步骤203中，如果针对图像资源的水印嵌入，则不提供动态水印需求的描述，仅提供静态方式呈现。
[0119]步骤204，导入密文口令，这个密文口令由上层应用程序与用户交互时得到，目的用于以密码串对水印嵌入的过程描述进行加密。使得当嵌入水印后的媒体文件需要在另一台终端上进行水印分离操作时，必须首先经过某种用户间的授权动作传递加密密文，再进行使用口令对密文进行解密，继而利用解密后的密文内容进行水印分离。也可以接收非加密情况，则密文则以明文形式生成。步骤204之后进行水印处理阶段。
[0120]步骤205，在水印数据处理之前，启动编解码流水线。由于之前设置了待嵌入水印的视频或者图像资源，该步骤对资源进行定位，资源可能在本地也可能在云端服务器中，所以要确定资源获取方式，并尝试读取和分析文件数据。打开解码与编码两个工作序列，同时进行编解码工作以实现实时转换与显示的目的。具体详见如实施例三描述。
[0121]步骤206，检测关键帧。水印呈现方式可能是静态的，也可能是动态的，对于视频水印的嵌入，由于是要直接修改原始媒体数据，也就是要把水印嵌入到每一帧数据中，若每一帧都单独计算并产生对应的解密信息的话，计算量庞大且生成的解密信息也很庞大，不利于实时性和传输的方便。所以本申请结合快速独立分量分析算法(Fast-1CA)特性，在视频帧序列中选择关键帧作为水印嵌入基准，而不用对每一帧都独立运算，以减少计算量和解密信息存储量。
[0122]所述关键帧，是指某个视频帧，其能量分布较为均匀，就是帧数据阵列中整体数据灰度分布均衡，没有明显太亮或者太暗的区域效果。这样的选取，主要是为了实施Fast-1CA算法时，数据分离效果明显，信源频率分布也更加均匀而使得水印效果更佳。若原始资源是图像资源，直接将图像作为关键帧来处理。
[0123]步骤207，计算关键帧水印融合信息(简称水印融合信息)与解密信息。找到关键帧之后，将对该帧数据需要嵌入水印的区域进行解析，找到把水印与原始数据相融合的方式，作为水印融合信息，同时输出可以作为方法逆向运算的数据段，作为解密信息。具体详见如下实施例四描述。
[0124]步骤208，将水印融合信息与解密信息写入密文文件，这些信息将作为水印分离时所必须参考的数据之一被写入密文文件。具体相见如下实施例五描述。
[0125]步骤209，当密文文件的内容确定后，将用户口令作为对密码对密文全文进行加密，用以安全传输和用户之间交互授权的凭据。
[0126]步骤210，启动水印嵌入流水线。一旦确定了关键帧，分析出了水印融合信息与解密信息，就可以对视频段进行水印嵌入，启动流水线形式的工作序列，对视频帧逐一处理。从解码工作序列中获取每一帧原始数据，输出嵌入水印的帧数据。具体相见如下图6描述。
[0127]考虑到用户对水印需求，可能会在制作水印视频的过程中变更水印图片，则需要针对更新的水印图片需要在相应视频段内部重新选取关键帧并计算融合信息与解密信息。所以所述步骤206至步骤210，即虚线框部分，为可循环重复过程。
[0128]步骤211，是生成嵌入水印的媒体文件，主要是将步骤210输出的帧数据送入编码工作序列中，写入新的媒体文件。
[0129]实施例三:
[0130]如图3为本发明实施例三中编解码流水线示意图，具体描述如下:
[0131]解码工作序列:
[0132]步骤301，通过本地手段或者远程手段，获取到媒体文件数据。
[0133]步骤302，分析媒体文件格式，解析容器以及数据流，播放前的解复用，判断该媒体文件是否可以被本地多媒体方案所接收并处理。
[0134]步骤303，若本地多媒体方案无法处理该媒体格式，则转入错误处理，通知上层应用程序。
[0135]步骤304，若本地多媒体方案兼容该媒体格式，则提供抽取图像或视频帧数据。
[0136]步骤305，当图像数据或视频帧数据输出至水印处理引擎103之前，将其数据阵列转化为RGB色彩模式，便于后期算法实施。
[0137]编码工作序列:
[0138]步骤306，编码开展之前首先判断本地多媒体方案是否兼容目标编码格式。若不兼容则转入步骤303做错误处理。
[0139]步骤307，创建新的目标文件实体。
[0140]步骤308，接收由水印处理引擎103输出的RGB模式的帧数据。
[0141 ] 步骤309，将帧数据压缩并写入目标文件实体中。
[0142]实施例四:
[0143]如图4为本发明实施例四中数字水印融合与加密实现流程图，其中核心算法是使用Fast-1CA,具体描述如下:
[0144]步骤401，在上述步骤206中已经获取到关键帧，则在本步骤中从解码工作序列中提取关键帧的RGB数据。
[0145]步骤402，根据上层应用设置的水印需求，起始位置、动态轨迹以及运动速率等信息，计算出水印嵌入该关键帧的区域位置，也就是水印显示的区域，其区域尺寸与水印图片的尺寸相同。但是若将水印图片与显示区域直接一比一的比例混合，很容易利用帧间算法找到融合规定并破解。本申请的方法是在该显示区域周围进行隐式扩充，使用延伸查询的方式将该显示区域数据提升至多维空间，多出的维度数据都是从该显示区域周围延伸进来的，形成多维阵列数据，表示为Observe，其维数为N，每一维空间的数据量和水印图片信息量相同，假设水印图片信息量为M，则Observlrey为NXM矩阵。维数的增加虽然可以增强算法的鲁棒性，但同时也会增加计算复杂度，实际算法过程中，一般扩充至四维空间即可满足算法鲁棒性能，又不影响实时性能。
[0146]步骤403，分析Observkey,从中拆分提取出分别对应RGB的阵列数据，作为三路原始观测分量，表示为 Observkey_K、Observkey^ 和 0bservkey_B。
[0147]步骤404，Fast-1CA算法实施前，需要输入一个初始的分离矩阵，其尺寸为NXN，矩阵数据随机获取，表示为WOTiginal。
[0148]步骤405，得到初始的随机分离矩阵和RGB三路原始观测分量以后，实施Fast-1CA迭代，在一定量化误差范围内寻求相关度较低的独立分量的求解，以下三个公式描述了求解的关系:
[0149]Sourcekey_K = ffkey_E ? 0bservkey_E (I)
[0150]Sourcekey_G = Wkey_G ? 0bservkey_G (2)
[0151]Sourcekey_B = Wkey_B ? 0bservkey_B (3)
[0152]根据算法原理，在已知一定维数的观测分量的前提下，寻找出相同维数的信源，该信源中各维之间相互统计独立。
[0153]步骤406，根 据所述步骤405中的求解关系，即公式(I) (2) (3)，算法输出对应RGB
的三路分离矩阵Wkey_K、ffkey_G, Wkey_B，均为NXN方阵。
[0154]步骤407，根据所述步骤405中的求解公式，同时得出对应RGB的三路信源阵列Sourcekey_K、Sourcekey_G、Sourcekey_B,均为 NXM 矩阵。
[0155]步骤408，由于Fast-1CA是基于高阶统计特性的分析方法，将观测分量按频率段投影形成信源分量，则信源分量中低频矢量投影包含据大部分能量，则分别在Sourcekey_E> Sourcekey_G> Sourcekey_B中找到其能量最大的低频矢量索引,低频矢量表示为 LowFrequencykey_K、LowFrequencykey_G> LowFrequencykey_B,其索引表示为 Indexkey_K、Indexkey_G、Indexkey_B。
[0156]步骤409，把步骤406输出的关键帧的三路分离矩阵Wkey_K、ffkey_G> Wkey_B与步骤408输出的对应的三路信源阵列的低频矢量索引Indexkey_K、Indexkey_G, Indexkey_B,作为解密信息保存。
[0157]步骤410，由于信源阵列的低频矢量包含了绝大部分的图片区域能量，将水印信息与该低频矢量进行线性融合，该线性融合表示为融合矩阵Mix，由于将两个一维矢量信息进行融合，Mix为二维方阵。
[0158]所述融合矩阵Mix，其取值根据水印需求中对水印可见度的要求。
[0159]步骤411,水印信息表示为一维矢量Watermark,分为RGB三路矢量WatermarkK、Watermark^、WatermarkB,以下公式描述了融合过程:
[0160]
【权利要求】
1.一种多媒体数字水印嵌入方法，其特征在于，所述方法包括:预设阶段、水印处理阶段以及密文处理阶段； 所述预设阶段包括:导入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果参数；所述水印效果参数包括视频动态水印、水印起始位置、动态轨迹、运动速率或者可见程度； 所述水印处理阶段包括计算水印融合信息与解密信息的步骤；所述计算水印融合信息与解密信息的步骤包括:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；使用快速独立分量分析算法计算出对应RGB的三路分离矩阵；计算出对应RGB的三路信源阵列；找到每一路信源矩阵中的低频矢量索引；根据水印嵌入需求对可见程度的要求，生成融合矩阵；将水印信息RGB分量对应混合入关键帧每一路RGB低频矢量并计算出对应RGB的三路低频矢量与水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息； 所述密文处理阶段的密文包括:水印效果参数、水印关键帧索引、解密信息以及水印融合信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水印嵌入需求还包括:本地编解码方案、待嵌入水印的视频或图像、水印图片、以及密文加密口令。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水印处理阶段中，计算水印融合信息与解密信息的步骤之前还包括:启动编解码流水线、检测关键帧； 所述计算水印融合信息与解密信息的步骤之后还包括:启动水印嵌入流水线、生成嵌入水印的媒体文件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，`所述编解码流水线为开启解码或编码工作序列； 所述解码工作序列为:解析媒体文件，读取数据并输出RGB模式的帧数据； 所述编码工作序列为:接收RGB模式的帧数据，写入对应生成的媒体文件中。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对视频文件，所述检测关键帧为:在视频段中检测能量分布较为均匀的视频帧，将该视频帧作为关键帧； 针对图像文件，所述检测关键帧为:直接将所述图像作为关键帧。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述启动水印嵌入流水线包括以下步骤: (1)计算出当前帧水印嵌入区域； (2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量； (3)使用RGB三路分离矩阵计算出RGB三路信源矩阵阵列； (4)利用融合矩阵将信源低频矢量与水印矢量相融合； (5)把融合后的主要信息矢量代替原始的低频矢量，产生嵌入水印后的信源； (6)由分离逆矩阵与嵌入水印后的信源计算出三路嵌入水印的RGB观测分量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密文处理阶段包括:将水印融合信息与解密信息写入密文文件和使用口令加密密文。
8.一种多媒体数字水印分离方法，其特征在于，所述方法包括:预设阶段、密文处理阶段以及水印处理阶段； 所述水印处理阶段包括:定位关键帧、利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片； 针对图像文件，所述定位关键帧为:通过关键帧索引从视频序列中找到关键帧位置；针对图像文件，所述定位关键帧为:直接将图像作为关键帧； 所述利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片包括以下步骤:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；利用水印融合矩阵和关键帧的RGB三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量，恢复出水印信息；其中，所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量的索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的预设阶段包括:导入本地编解码方案、嵌入水印的图像或视频、加密密文、密文解密口令。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的密文处理阶段包括使用口令解密密文、解析密文中的信息。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水印处理阶段还包括:启动编解码流水线、启动水印分离流水线以及恢复原始媒体文件。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述启动水印分离流水线包括以下步骤: (1)计算出当前帧水印嵌入区域； (2)解析当前帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量； (3)利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量； (4)利用水印融合矩阵和水印矢量信息，计算出三路原始低频矢量； (5)利用分离矩阵逆矩阵恢复RGB三路原始观测阵列信息。
13.一种多媒体数字水印嵌入装置，其特征在于，所述装置包括: 用户接口抽象，用于导入水印嵌入需求；所述水印嵌入需求包括水印效果参数；所述水印效果参数包括视频动态水印、水印起始位置、动态轨迹、运动速率或者可见程度； 水印处理引擎，用于计算水印融合信息与解密信息；所述计算水印融合信息与解密信息的步骤包括:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；使用快速独立分量分析算法计算出对应RGB的三路分离矩阵；计算出对应RGB的三路信源阵列；找到每一路信源矩阵中的低频矢量索引；根据水印嵌入需求对可见程度的要求，生成融合矩阵；将水印信息RGB分量对应混合入关键帧每一路RGB低频矢量并计算出对应RGB的三路低频矢量与水印混合后的三路次要信息矢量；所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息； 加密密文模块，用于执行密文处理，所述密文处理的密文包括:水印效果参数、水印关键帧索引、解密信息以及水印融合信息。
14.根据权利要求13所述的装 置，其特征在于，所述装置还包括: 编解码模块，用于开启解码或编码工作序列； 所述解码工作序列为:解析媒体文 件，读取数据并输出RGB模式的帧数据； 所述编码工作序列为:接收RGB模式的帧数据，写入对应生成的媒体文件中。
15.一种多媒体数字水印分离装置，其特征在于，所述装置包括: 用户接口抽象，用于执行预设；加密密文模块，用于执行密文处理； 水印处理引擎，用于执行水印处理，包括:定位关键帧、利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片； 针对图像文件，所述定位关键帧为:通过关键帧索引从视频序列中找到关键帧位置；针对图像文件，所述定位关键帧为:直接将图像作为关键帧； 所述利用水印融合信息与解密信息恢复水印图片包括以下步骤:计算出关键帧水印嵌入区域，提取RGB三路观测分量；利用对应RGB的三路分离矩阵计算出嵌入水印的信源阵列，并利用三路信源中低频矢量索引去提取三路信源低频矢量；利用水印融合矩阵和关键帧的RGB三路低频矢量与水印混合后输出的三路次要信息矢量，恢复出水印信息；其中，所述RGB的三路分离矩阵和低频矢量的索引为解密信息，所述融合矩阵和次要信息矢量为水印融合信息。`
【文档编号】H04N21/8358GK103533457SQ201310362964
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】吴亮, 郝刚, 季兵 申请人:三星电子（中国）研发中心, 三星电子株式会社