一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法。该方法包括：针对目标视频，在时域内随机且均匀的选取多个关键帧；通过变换操作从所选取的关键帧中提取宿主信号，并且对于每一个选定的关键帧，利用扩频水印算法将水印信息嵌入设定的分布区域。本发明专利技术提供安全且鲁棒的新型视频水印技术，使得嵌入的水印信息对一些常用的视频处理技术、噪声以及视频帧的调换、插入和丢弃更具有鲁棒性，并且能够防止他人抹除水印。并且能够防止他人抹除水印。并且能够防止他人抹除水印。

【技术实现步骤摘要】
一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法


[0001]本专利技术涉及多媒体安全
，更具体地，涉及一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法。

技术介绍

[0002]随着互联网技术的发展，视频作为一种重要的数字资产在人们的生活中占据着愈加重要的地位。然而，视频极易被盗用，从而严重损害了所有者的权益，这对视频版权的保护产生了极大的需求。数字水印作为一种有效的版权保护手段受到人们的广泛关注。数字水印将水印(版权信息)嵌入到视频中，当侵权行为发生时，可从视频中提取水印来达到维权的目的。在传输过程中，视频通常会受到噪声污染以及被施加压缩、滤波和裁剪等视频处理操作，这要求水印具有良好的鲁棒性，以确保提取出的水印仍然具有意义。此外，视频帧的调换、插入和丢失也可能使水印的提取失败，因此也要求嵌入在视频中的水印对这些操作有良好的鲁棒性。为了规避水印保护版权的作用，攻击者会估计密钥来读取、篡改、甚至抹除水印，这要求水印具有较高的安全性。
[0003]现有的视频水印技术主要在空域、压缩域和变换域嵌入水印。在文章“Fibonacci Based Key Frame Selection and Scrambling for Video Watermarking in DWT
‑
SVD domain”中，作者选择在DWT
‑
SVD域中嵌入水印，首先通过斐波那契序列从视频中选取关键帧，并使用Fibonacci
‑
Lucas变换来置乱水印。通过DWT和SVD变换，将置乱后的水印嵌入在关键帧中的R通道。
[0004]近年来，扩频水印被广泛用于保护数字媒体的版权。在嵌入水印时，水印信息先被调制到高频载波上生成水印信号，紧接着水印信号被添加到数字媒体中。在提取水印信息时，使用高频载波(与嵌入水印时使用的高频载波相同)从数字媒体中恢复水印信息。水印信息的提取无需原始水印媒体的辅助就能够完成，因此扩频水印的使用非常简便。此外，由于水印的嵌入和提取必须凭借同一高频载波才能完成，高频载波也被称为密钥，这提高了水印的安全性。因为扩频水印具有良好的鲁棒性和安全性，它可被用来保护视频的版权。
[0005]对于扩频水印，为了确保密钥无法被他人准确地估计出来，嵌水印相关(water marked correlation)的分布在嵌入子空间中要具有旋转不变性。此外，为了保证水印的鲁棒性，嵌水印相关要远离解码区域边界。在“Natural watermarking：A secure spread spectrum technique for WOA”中，作者提出了鲁棒自然水印算法，其实现如下：
[0006][0007][0008]其中x为从视频中提取出的宿主信号，y为嵌入水印后的信号，α为嵌入强度参数，m
为水印信息，N
c
表示m的长度，为密钥，为x和u
i
的点乘。对于鲁棒自然水印，其嵌水印相关在嵌入子空间中呈高斯分布，因此具有良好的安全性，能够防止密钥被他人准确地估计出来。
[0009]然而，经分析，现有的视频水印技术不能同时满足安全性和鲁棒性的需求，即或者鲁棒性好但安全性较差，使所嵌入的水印有被他人移除的风险；或者对视频帧的插入、丢弃和调换不具有鲁棒性但对常见的视频处理操作鲁棒。并且，上述的鲁棒自然水印技术虽然具有良好的安全性，但其鲁棒性较差。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法，该方法包括以下步骤：
[0011]针对目标视频，在时域内随机且均匀的选取多个关键帧；
[0012]通过变换操作从所选取的关键帧中提取宿主信号，并且对于每一个选定的关键帧，利用扩频水印算法将水印信息嵌入设定的分布区域。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于，提供安全且鲁棒的新型视频水印技术，使得嵌入的水印信息对一些常用的视频处理技术、噪声以及视频帧的调换、插入和丢弃更具有鲁棒性，并且能够防止他人抹除水印。
[0014]通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0015]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。
[0016]图1是根据本专利技术一个实施例的基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法的流程图。
具体实施方式
[0017]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。
[0018]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0019]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0020]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0021]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0022]本专利技术设计了一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法，其基本原理
是：对所有的视频帧进行均匀且随机的采样，将选定的视频帧作为关键帧来嵌入水印。通过这种方式，即使在嵌入水印后的视频中插入、丢弃或调换视频帧，依然可以从视频中提取出水印。并且，对于所设计的扩频水印嵌入算法，其嵌水印相关在嵌入子空间中均匀地分布在环形上且远离解码区域边界，从而确保了水印的安全性和鲁棒性。
[0023]具体地，参见图1所示，所提供的基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法包括以下步骤。
[0024]步骤S110，针对目标视频，在时域内随机选取关键帧。
[0025]例如，对于一段待嵌入水印的目标视频，记为X＝[X(1),X(2),
…
,X(L)](L为视频的帧数)，从视频X中选取多个关键帧，以将水印信息嵌入在每一个关键帧中。
[0026]在一个实施例中，随机且均匀地在区间[1,L]选取N个不同的整数，记为I＝[I(1),I(2),
…
,I(N)]，则选取的关键帧为X(I(1)),X(I(2)),
…
,X((N))。通过随机且均匀的选取关键帧，能够是添加的水印对视频帧的调换、插入和丢弃具有良好的鲁棒性，其中N值的选取可根据总视频帧数、对鲁棒性的要求以及添加手印的效率设定。
[0027]步骤S120，通过变换操作从关键帧中提取出宿主信号，并利用扩频水印算法在每个关键帧中嵌入水印。
[0028]为提供水印信息的隐匿性和抗攻击性，可在频域将水印信息添加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于关键帧选取和安全扩频技术的视频水印方法，包括以下步骤：步骤S1：针对目标视频，在时域内随机且均匀的选取多个关键帧；步骤S2：通过变换操作从所选取的关键帧中提取宿主信号，并且对于每一个选定的关键帧，利用扩频水印算法将水印信息嵌入设定的分布区域。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于目标视频X＝[X(1)，X(2)，...，X(L)]，L为帧数，根据以下步骤选取关键帧：随机并均匀地在区间[1，L]选取N个整数，记为I＝[I(1)，I(2)，...，I(N)]，关键帧标记为X(I(1))，X(I(2))，...，X((N))。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：通过变换操作从所选取的关键帧中提取宿主信号，表示为x；通过以下公式嵌入水印信息：通过以下公式嵌入水印信息：其中，y为嵌入水印后的信号，α为嵌入强度参数，其中，y为嵌入水印后的信号，α为嵌入强度参数，d是均匀分布在区间[0，a]上的随机变量，a是设定数值，m为水印信息，N
c
表示m的长度，为密钥，为x和u
i
的点乘，sign(.)为符号函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：接收端对于接收到视频Y
′
＝[...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤锦坤，朱国普，杨建权，魏彦杰，
申请(专利权)人：中国科学院深圳理工大学筹，
类型：发明
国别省市：