一种视频零水印的实现方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种视频零水印的实现方法及装置，包括视频的关键帧提取、关键帧图像的处理、水印图像的加密、零水印构造及注册等步骤，该方法可以实现不直接在视频中嵌入数字水印，而是构造了一种特定的方法将水印生成在数据库中，这样能够在完全不修改视频信息的情况下提供一种高安全性的数字水印的注册方法，它不影响水印的透明性，水印也具有更强的鲁棒性，可以更好的应用在视频内容的版权保护中。
【专利说明】
一种视频零水印的实现方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及信息隐藏和数字图像处理领域，具体涉及一种视频零水印的实现方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和人类生活的不断进步，多媒体技术得到了越来越广泛的应用，多媒体(如视频、音频、图像、文本等)信息在我们的日常生活中也扮演着越来越重要的角色。由此，视频的产权保护渐渐成为人们研究的焦点。零水印作为一种不对原视频图像数据进行修改的新型数字水印技术得到了人们的广泛关注。但零水印技术目前发展还不够成熟，导致零水印的构造效率和准确性较低，在将零水印嵌入时会出现水印鲁棒性和视频清晰度之间的矛盾。
[0003]数字水印技术:数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
[0004]零水印技术:首先把表征图像特征的某种信息通过某种特定的算法提取出来，然后以某种规定的方式将作者的标识信息与该信息结合，形成一个注册的水印信息，最后将该水印信息注册到第三方的知识产权信息数据库中。由于零水印方案中的数字水印是注册到第三方的数字水印信息数据库中，而不是嵌入到数字媒体中，因此也就不存在数字媒体质量下降或水印量受限制等问题。当有数字载体作品需要作版权判定时，首先通过一定的算法方式提取待检测作品的特征量，然后将原作者的标识信息与提取出的作品特征量以原规定算法方式结合，得到一个新的水印信息，判断这个水印信息与第三方知识产权信息数据库中注册的水印信息的相似性，如果相似性极小，则认为待检测作品不是原注册过的作品，反之认为是原作者的作品。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种视频零水印的实现方法及装置。
[0006]—方面，本发明实施例提出一种视频零水印的实现方法，包括:
[0007]S1、视频中关键帧的提取:在视频序列上进彳丁镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧；
[0008]S2、关键帧图像的处理:对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换，提取每一块的DC系数进行一维DCT变换，得到AC系数，用AC系数提取特征值；
[0009 ] S3、水印图像的加密:将水印图像经过加密后生成水印密文；
[0010]S4、零水印的构造:将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR信息数据库中。
[0011]另一方面，本发明实施例提出一种视频零水印的实现装置，包括:
[0012]提取单元，用于在视频序列上进行镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧；
[0013]处理单元，用于对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换，提取每一块的DC系数进行一维DCT变换，得到AC系数，用AC系数提取特征值；
[0014]加密单元，用于将水印图像经过加密后生成水印密文；
[0015]构造单元，用于将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR信息数据库中。
[0016]本发明具有如下有益效果:
[0017]能够平衡传统视频数字水印嵌入时出现的水印鲁棒性和视频清晰度之间的矛盾，不更改任何视频数据。
[0018]改善了零水印构造算法，提高了算法的构造效率及准确性。
[0019]能抵挡H.264、MPEG-4压缩，噪声供给，滤波，帧剪切等攻击。
【附图说明】
[0020]图1为本发明视频零水印的实现方法一实施例的流程示意图；
[0021]图2为本发明视频零水印的实现装置一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]参看图1，本实施例公开一种视频零水印的实现方法，包括:
[0024]S1、视频中关键帧的提取:在视频序列上进行镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧；
[0025]S2、关键帧图像的处理:对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换(离散余弦变换)，提取每一块的DC系数(直流分量)进行一维DCT变换，得到AC系数(交流分量)，用AC系数提取特征值；
[0026]S3、水印图像的加密:将水印图像经过加密后生成水印密文；
[0027]S4、零水印的构造:将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR(Intellectual Property Rights知识产权)信息数据库中。
[0028]视频关键帧提取技术:关键帧是反映一组镜头中主要信息内容的一帧或若干帧图像，可以简洁地表达镜头内容。因为每个镜头都是在同一场景下拍摄的，同一个镜头中的各帧图像有相当大的重复信息。考虑到存储容量的问题，仅存储镜头关键帧，可达到数据压缩的效果。其次，用关键帧来代表镜头，作用类似于特征描述，这样再进行特征提取就会增加效率。最后，关键帧提供了原始视频序列的省略表示，并根据用户的需要提供多种应用服务，比如能够指出视频内容中所需的特定部分，或者作为视频标引的应用，SI中的具体方法为:
[0029]首先将视频分割为镜头，镜头分割的基本方法就是计算视频的帧间距离，并将距离与一定的阈值比较从而来判定镜头边界。镜头间的转换可分为突变和渐变。对于突变镜头，分属于两个镜头的相邻帧的特征会相差很大，此时可以设定一个阈值，当视频相邻帧特征间的距离大于阈值时，则可判定存在镜头的突变。对于渐变镜头，视频内容变化比较平缓，没有发生急剧变化，因此视频帧特征的变化也是比较平缓的，需要两个阈值，用来判定渐变的开始和结束。关于镜头分割，可以使用现有的分割方法，详细过程本发明不再赘述。使用的聚类算法主要步骤为:1、将视频分割为镜头后，根据每一个镜头中连续帧的相似度(具体用欧式距离来计算相似度)将N帧(假设一个镜头有N帧)聚类为M族;2、对M族进行优化，选出候选族(候选族的意思是某一族中的视频帧数比其他族的平均值要大)；3、从候选族中选出关键帧，选取原则为与聚类中心最邻近的那一帧。如果第2步得到的候选族的数量不止I个，则可以从中随机选取I个进行关键帧选取，也可以从中选取视频帧数最多的候选族进行关键帧选取。
[0030]本发明实施例中，使用了聚类的提取方法，基于镜头内部图像内容的不同，可以自动选取数量不同的关键帧。这样能够很大程度的降低一个镜头内选取关键帧所表示信息的冗余度，从而提高视频中实现零水印方法的准确性。
[0031]S2中的具体方法为:
[0032]对于步骤SI中提取出的关键帧按照亮度进行8*8的分块，对每个宏块进行8*8的二维DCT变换，得出DC系数，对DC系数进行Arnold映射达到置乱操作的效果，再进行1*4的一维DCT变换，得到AC系数。用AC系数提取特征值。
[0033]S3中的具体方法为:
[0034]将待嵌入的二值水印图像扫描为一维二值序列，再对此序列进行扩频处理;利用Logistic映射生成二值混沌序列；将混沌序列同水印扩频后的序列进行异或，得到水印密文。
[0035 ]参看图2，本实施例公开一种视频零水印的实现装置，包括:
[0036]提取单元I，用于在视频序列上进行镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧；
[0037]处理单元2，用于对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换，提取每一块的DC系数进行一维DCT变换，得到AC系数，用AC系数提取特征值；
[0038]加密单元3，用于将水印图像经过加密后生成水印密文；
[0039]构造单元4，用于将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR信息数据库中。
[0040]本发明首先将视频分成镜头，再用聚类的方法选出关键帧，对关键帧的图像进行处理，具体为先进行2D-DCT变换，得到DC系数，用Arnold置乱DC系数，将DC系数进行DCT变换得到AC系数，使用AC系数提取特征值;将二值水印图像进行扫描得到二值序列后进行扩频处理，同Logistic映射生成的二值混沌序列进行异或得到水印密文；最后将此水印密文同特征值进行异或处理生成零水印序列，将此零水印序列注册到IPR信息数据库中，在不修改原始视频的基础上能够克服已有的零水印构造算法的效率问题，平衡传统视频数字水印嵌入时出现的水印鲁棒性和视频清晰度之间的矛盾，并在提高视频水印鲁棒性的同时，抵挡住H.264、MPEG-4压缩，噪声供给，滤波，帧剪切等攻击。
[0041]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
【主权项】
1.一种视频零水印的实现方法，其特征在于，包括: 51、视频中关键帧的提取:在视频序列上进行镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧； 52、关键帧图像的处理:对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换，提取每一块的DC系数进行一维DCT变换，得到AC系数，用AC系数提取特征值； 53、水印图像的加密:将水印图像经过加密后生成水印密文； 54、零水印的构造:将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR信息数据库中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SI，包括: 将视频分割为镜头后，根据每一个镜头中连续帧的相似度将该镜头的所有图像帧进行聚类，对聚类得到的聚类族进行优化，选出候选族，并从所述候选族中选出代表该镜头内容的关键帧。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2，包括: 对所述关键帧按照亮度进行8*8的分块，对每个宏块进行8*8的二维DCT变换，得到DC系数； 用Arnold置乱DC系数，将置乱后的DC系数进行DCT变换得到AC系数，使用AC系数提取特征值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3，包括: 将待嵌入的二值水印图像扫描为一维二值序列，再对此序列进行扩频处理； 利用Logistic映射生成二值混纯序列； 将混沌序列同水印扩频后的序列进行异或，得到水印密文。5.一种视频零水印的实现装置，其特征在于，包括: 提取单元，用于在视频序列上进行镜头分割，再在镜头内部提取出代表镜头内容的关键帧； 处理单元，用于对视频中的关键帧分块，并进行二维DCT变换，提取每一块的DC系数进行一维DCT变换，得到AC系数，用AC系数提取特征值； 加密单元，用于将水印图像经过加密后生成水印密文； 构造单元，用于将水印密文同所述特征值进行异或处理，形成零水印，注册到IPR信息数据库中。
【文档编号】H04N21/8358GK106028175SQ201610454736
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】高万林, 冯慧, 李佳璇, 张莉, 宋越, 于丽娜
【申请人】中国农业大学