一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法技术

本发明专利技术的一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，包括；对带有版权信息的水印图像加密处理；加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的I帧图像和P帧图像中；HEVC视频解码阶段，对嵌入到I帧图像和P帧图像的水印信息进行盲提取；将提取出来的水印信息经过解密恢复成水印图像，以达到版权保护的目的。本发明专利技术提出的盲水印嵌入和提取方法，可有效限制视频码率的增长，实现水印的盲提取，在取得较高数据嵌入容量的同时保障了视频视觉质量。障了视频视觉质量。障了视频视觉质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法


[0001]本专利技术属于多媒体信息安全
，涉及一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法。

技术介绍

[0002]视频水印主要是通过将信息嵌入到载体文件中来实现版权保护的目的，其特点包括不可感知性、鲁棒性和高嵌入容量等。视频水印的嵌入点一般选择在空域(像素域)、变换域和压缩域。然而，视频应用一般具有实时性的要求，因为空域和变换域嵌入水印计算复杂度较高，所以大多数算法都选择嵌入在压缩域中。目前，已经有大量的视频水印方案被提出，特别是对于应用最为广泛的视频压缩标准H.264/AVC。
[0003]然而，随着人们日益追求更高的视频清晰度体验，H.264/AVC在处理超高分辨率视频时难以提供理想的压缩效率。针对上述问题，新一代视频压缩标准H.265/HEVC由视频编码联合协作小组制定并发布，并速发展的时期，正逐渐成为一个新的热点研究方向。虽然基于H.265/HEVC的水印算法已经取得了一些进展，但仍存在一些不足：
[0004](1)在视频水印中，盲提取是指在视频解码端不需要依赖额外的信息就能成功提取到水印信息。现存基于HEVC的数字水印方案中，大多数需要在数据的嵌入过程中将嵌入位置保存在本地文件中，然后在解码端提取数据时借助于位置图才可以实现水印正确提取。然而，在实际应用场景中，位置图文件如何安全、完整地从发送端传输到接收端是存在困难的，因此这些方案实用性不强。
[0005](2)水印算法的不可感知性和嵌入容量没有取得良好的平衡。嵌入水印后的视频不应该影响原有视频的质量，但是随着数据嵌入容量的增大，现存的很多算法会对不可感知性产生较大影响。此外，现有的算法只将水印信息嵌入到视频单一的帧类型中，因此浪费了大量嵌入空间，降低了嵌入效率。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，可以有效限制视频码率的增长，实现水印的盲提取，在取得较高数据嵌入容量的同时保障了视频视觉质量。
[0007]本专利技术提供一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将带有版权信息的水印图像加密处理；
[0009]步骤2：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的I帧图像中；
[0010]步骤3：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的P帧图像中；
[0011]步骤4：HEVC视频解码阶段，对嵌入到I帧图像的水印信息进行盲提取；
[0012]步骤5：HEVC视频解码阶段，对嵌入到P帧图像的水印信息进行盲提取；
[0013]步骤6：将提取出来的水印信息经过解密恢复成水印图像。
[0014]在本专利技术的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法中，步骤1具体为；
[0015]水印图像加密处理使用的加密方法是Fibonacci变换加密算法、Hilbert曲线变换加密算法、仿射变换加密算法或幻方变换加密算法；加密后水印图像的像素值作为水印信息将以二进制的形式嵌入到视频中。
[0016]在本专利技术的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法中，步骤2具体为；
[0017]步骤2.1：首先找出I帧的4
×
4的亮度DST系数块，然后根据亮度DST系数块中第2行和第2列对应系数计算此系数块的PNNZ值，PNNZ值表示指定位置中系数的非零个数；
[0018]步骤2.2：若当前系数块的PNNZ值小于一个预设的阈值N
th
，N
th
＝1～7，则此系数块放弃嵌入水印信息，否则对当前4
×
4的亮度DST系数块应用反量化和反变换，得到第一重构残差矩阵R
r
，如式(1)所示；
[0019][0020]步骤2.3：根据公式(2)计算第一重构残差矩阵R
r
中像素点x
’
33
周围8个像素值的平均值
[0021][0022]步骤2.4：设计水印嵌入矩阵W如式(3)所示：
[0023][0024]其中，δ为嵌入强度；
[0025]步骤2.5：使用w
k
代表嵌入水印信息的二进制位，当水印信息的二进制位w
k
＝1时，判断是否成立，R
th
＞1若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度：
[0026][0027]其中，Qstep是等效量化步长；
[0028]步骤2.6：根据下式利用得到的水印嵌入矩阵W修改原始的DST系数矩阵；
[0029]X
W
＝X+W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]其中，X是原始的DST系数矩阵，X
W
代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入；
[0031]步骤2.7：当水印信息的二进制位w
k
＝0时，判断是否成立，若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度：
[0032][0033]其中，Qstep是等效量化步长；
[0034]步骤2.8：根据下式利用上一步骤中得到的水印嵌入矩阵W修改原系数矩阵；
[0035]X
W
＝X
‑
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0036]其中，X是原始的DST系数矩阵，X
W
代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入。
[0037]步骤2.9：当前的4
×
4的亮度DST系数块处理完毕，重复步骤2.1至2.8，直到所有4
×
4的亮度DST系数块处理完成。
[0038]在本专利技术的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法中，步骤3具体为；
[0039]步骤3.1：获得每个P帧4
×
4的亮度DCT系数块，为了实现水印的盲提取，利用DCT系数矩阵A中系数A1和A2作为标志位，若A1和A2的非零数目大于等于一个阈值T
th
，T
th
取1或2，则进行下一步的嵌入过程，否则该块放弃嵌入数据；
[0040][0041]步骤3.2：选用(1,7,3)矩阵编码方案，使用DCT系数矩阵中第3至第9个系数A3～A9作为载波信号，并利用它们的最低有效位构建载波向量S1×7：
[0042]S1×7＝(v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0043]其中，v1～v7分别为A3～A9的最低有效位；
[0044]步骤3.3：选取二进制汉明码矩阵H3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将带有版权信息的水印图像加密处理；步骤2：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的I帧图像中；步骤3：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的P帧图像中；步骤4：HEVC视频解码阶段，对嵌入到I帧图像的水印信息进行盲提取；步骤5：HEVC视频解码阶段，对嵌入到P帧图像的水印信息进行盲提取；步骤6：将提取出来的水印信息经过解密恢复成水印图像。2.如权利要求1所述的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，其特征在于，步骤1具体为；水印图像加密处理使用的加密方法是Fibonacci变换加密算法、Hilbert曲线变换加密算法、仿射变换加密算法或幻方变换加密算法；加密后水印图像的像素值作为水印信息将以二进制的形式嵌入到视频中。3.如权利要求1所述的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，其特征在于，步骤2具体为；步骤2.1：首先找出I帧的4
×
4的亮度DST系数块，然后根据亮度DST系数块中第2行和第2列对应系数计算此系数块的PNNZ值，PNNZ值表示指定位置中系数的非零个数；步骤2.2：若当前系数块的PNNZ值小于一个预设的阈值N
th
，N
th
＝1～7，则此系数块放弃嵌入水印信息，否则对当前4
×
4的亮度DST系数块应用反量化和反变换，得到第一重构残差矩阵R
r
，如式(1)所示；步骤2.3：根据公式(2)计算第一重构残差矩阵R
r
中像素点x'
33
周围8个像素值的平均值周围8个像素值的平均值步骤2.4：设计水印嵌入矩阵W如式(3)所示：其中，δ为嵌入强度；步骤2.5：使用w
k
代表嵌入水印信息的二进制位，当水印信息的二进制位w
k
＝1时，判断是否成立，R
th
＞1若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设
置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度：其中，Qstep是等效量化步长；步骤2.6：根据下式利用得到的水印嵌入矩阵W修改原始的DST系数矩阵；X
W
＝X+W
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(5)其中，X是原始的DST系数矩阵，X
W
代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入；步骤2.7：当水印信息的二进制位w
k
＝0时，判断是否成立，若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度：其中，Qstep是等效量化步长；步骤2.8：根据下式利用上一步骤中得到的水印嵌入矩阵W修改原系数矩阵；X
W
＝X
‑
W
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(7)其中，X是原始的DST系数矩阵，X
W
代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入。步骤2.9：当前的4
×
4的亮度DST系数块处理完毕，重复步骤2.1至2.8，直到所有4
×
4的亮度DST系数块处理完成。4.如权利要求1所述的基于H.265/HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，其特征在于，步骤3具体为；步骤3.1：获得每个P帧4
×
4的亮度DCT系数块，为了实现水印的盲提取，利用DCT系数矩阵A中系数A1和A2作为标志位，若A1和A2的非零数目大于等于一个阈值T
th
，T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：付冲，贾红展，王钧天，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：