一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入和提取方法技術

本發明專利技術公開了一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法，其特征在于，包括：對二進制水印信息進行置亂加密，以得到加密后的二進制水印信息，使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲取視頻的每一幀圖像的運動目標標記圖，根據該運動目標標記圖在每一幀圖像中獲得對應的運動目標，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量，計算得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，并使用得到的二進制水印信息對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行循環嵌入水印操作，以得到嵌入水印之后的視頻。本發明專利技術能夠解決現有基于壓縮域的視頻數字水印嵌入方法在將帶有水印的視頻重編碼后，水印就會損壞的技術問題。

A video watermarking embedding and extraction method based on moving targets in compressed domain

The invention discloses a video watermarking embedding method in compressed domain based on a moving object, which is characterized in that the binary watermarking information is scrambled and encrypted to obtain the encrypted binary watermarking information, and the moving object marking of each frame of the video is obtained by the video object tracking method based on the compressed domain. Graph, according to the moving target marker graph, the corresponding moving target is obtained in each frame image, and the corresponding motion vector is obtained from the extracted moving target in each frame image. The modulus of all motion vectors of the moving target in each frame image is computed, and the binary watermark information is used to pair with each other. In order to get the video after watermark embedding, the corresponding motion vectors of the modulus which is greater than or equal to a preset threshold are cyclically embedded into the watermark. The invention can solve the technical problem that the existing video digital watermark embedding method based on the compressed domain will damage the watermark after the video with watermark is re-encoded.

【技術實現步驟摘要】
一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入和提取方法
本專利技術屬于多媒體信息安全領域，更具體地，涉及一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入和提取方法。
技術介紹
隨著現代社會網絡科技的不斷發展，數字媒體越來越容易被復制并在網絡上非法傳播，尤其是近幾年來，伴隨著“槍版”電影的流行，版權問題已經是各大電影廠商面臨的最主要的問題，如何保護數字媒體作者的版權和合法利益已經成為了互聯網時代函待解決的一大難題。視頻數字水印技術正是為了解決這一難題而出現的。在視頻數字水印技術中，目前已經提出了許多視頻數字水印嵌入的方法，其主要被分為基于壓縮域的方法、以及基于像素域的方法兩大類。其中，基于壓縮域的方法目前主要是采用基于運動矢量的視頻數字水印嵌入方法，其嵌入過程首先將視頻中的全部運動矢量提取出來，然后利用水印對提取到的運動矢量進行修改。然而，現有的基于壓縮域的視頻數字水印嵌入方法存在著不可忽略的缺陷，即帶有水印的視頻在經過重編碼后，其中的水印就會損壞。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入和提取方法，其目的在于，解決現有基于壓縮域的視頻數字水印嵌入方法在將帶有水印的視頻重編碼后，水印就會損壞的技術問題。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法，包括以下步驟：(1)對二進制水印信息進行置亂加密，以得到加密后的二進制水印信息；(2)使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲取視頻的每一幀圖像的運動目標標記圖，根據該運動目標標記圖在每一幀圖像中獲得對應的運動目標，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量；(3)計算步驟(2)得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，并使用步驟(1)中得到的二進制水印信息對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行循環嵌入水印操作，以得到嵌入水印之后的視頻。優選地，置亂加密方法是Arnold變換方法、Fibonacci變換加密算法、Hilbert曲線變換加密算法、仿射變換加密算法、或幻方變換加密算法等；二進制水印信息是二值圖像或{0，1}序列，視頻目標追蹤方法是基于時空馬爾科夫模型的視頻目標追蹤方法。優選地，從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量具體為，在運動目標標記圖中查找運動目標的位置坐標，并根據查找到的該運動目標的位置坐標在對應的幀圖像的運動矢量中查找與該運動目標相對應的運動矢量。優選地，預設閾值的取值范圍是大于0，小于運動目標的所有運動矢量的模值中的最大值。優選地，使用二進制水印信息對運動矢量進行嵌入水印操作的過程是通過修改運動矢量中運動矢量殘差的奇偶性來實現的。按照本專利技術的另一方面，提供了一種基于運動目標的壓縮域視頻水印提取方法，包括以下步驟：(1)將嵌入水印之后的視頻進行部分解碼操作，以得到運動矢量和塊編碼模式信息；(2)根據步驟(1)中部分解碼后得到的運動矢量和塊編碼模式并使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲得每一幀圖像的運動目標標記圖，提取該視頻中的運動目標，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量；(3)計算步驟(2)得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行提取水印操作，以得到二進制水印密文信息。(4)對步驟(3)中得到的二進制水印密文信息進行反置亂解密，以得到二進制水印明文信息。優選地，對運動矢量進行提取水印操作的過程是根據運動矢量中運動矢量殘差的奇偶性來實現的。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：(1)由于本專利技術在水印嵌入過程期間，是從提取到的每一幀圖像中的、具備良好抗重壓縮性能的運動目標中獲得運動矢量，因此所獲得的運動矢量和水印均具備良好的抗重壓縮性能；(2)本專利技術通過設置閾值的方式，可以實現水印容量大小的靈活嵌入；(3)本專利技術方法通過對二進制水印信息進行置亂加密處理，能夠進一步提高方法的安全性；(4)由于本專利技術的方法中利用了運動矢量殘差數據，因此該方法可廣泛適用于MPEG-4、H.264、H.265等格式的視頻中；(5)由于本專利技術能夠實現循環嵌入水印，可以防止幀丟失、幀替換等攻擊，從而提升本專利技術對于幀攻擊的魯棒性；(6)由于本專利技術提取運動目標的運動矢量和嵌入水印及提取水印都是在壓縮域處理，采用的是部分解碼操作，避免了視頻完全解碼和重構，這樣可以提高系統的處理效率，便于實時應用。附圖說明圖1是經過本專利技術方法的步驟(1)加密后得到的二進制水印信息示意圖；圖2是本專利技術方法的步驟(2)中得到的運動目標標記圖；圖3示出本專利技術方法的步驟(2)中根據運動目標標記圖在每一幀圖像中所獲得的運動目標；圖4示出本專利技術方法的步驟(2)中從提取到的每一幀圖像中的運動目標中所獲得的運動矢量；圖5是本專利技術和現有方法的重壓縮次數-PSNR曲線比較；圖6是本專利技術和現有方法的重壓縮次數-水印錯誤率曲線比較；圖7是本專利技術和現有方法的重壓縮次數-視頻SSIM曲線比較；圖8是本專利技術基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法的流程圖；圖9是本專利技術基于運動目標的壓縮域視頻水印提取方法的流程圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖8所示，本專利技術基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法包括以下步驟：(1)對二進制水印信息進行置亂加密，以得到加密后的二進制水印信息(如圖1所示)；具體而言，本步驟中所使用的置亂加密方法可以是Arnold變換方法、Fibonacci變換加密算法、Hilbert曲線變換加密算法、仿射變換加密算法、或幻方變換加密算法等；本步驟中提到的二進制水印信息，可以是二值圖像，也可以是{0，1}序列。(2)使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲取視頻的每一幀圖像的運動目標標記圖(圖2)，根據該運動目標標記圖在每一幀圖像中獲得對應的運動目標(如圖3中灰色的輪廓線所包圍的區域)，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量(如圖4所示)；具體而言，本步驟中使用的基于壓縮域的視頻目標追蹤方法是基于時空馬爾科夫模型的視頻目標追蹤方法(VideoobjecttrackinginthecompresseddomainusingSpatio-temporalMarkovRandomFields)。從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量，是采用以下方式實現的：在圖2的運動目標標記圖中查找運動目標的位置坐標，并根據查找到的該運動目標的位置坐標在對應的幀圖像的運動矢量中查找與該運動目標相對應的運動矢量。(3)計算步驟(2)得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，并使用步驟(1)中得到的二進制水印信息對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行循環嵌入水印操作，以得到嵌入水印之后的視頻；在本實施方式中，預設閾值的取值范圍是大于0，小于運動目標的所有運動矢量的模值中的最大值。預設閾值越小，能夠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)對二進制水印信息進行置亂加密，以得到加密后的二進制水印信息；(2)使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲取視頻的每一幀圖像的運動目標標記圖，根據該運動目標標記圖在每一幀圖像中獲得對應的運動目標，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量；(3)計算步驟(2)得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，并使用步驟(1)中得到的二進制水印信息對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行循環嵌入水印操作，以得到嵌入水印之后的視頻。

【技術特征摘要】
1.一種基于運動目標的壓縮域視頻水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)對二進制水印信息進行置亂加密，以得到加密后的二進制水印信息；(2)使用基于壓縮域的視頻目標追蹤方法獲取視頻的每一幀圖像的運動目標標記圖，根據該運動目標標記圖在每一幀圖像中獲得對應的運動目標，并從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量；(3)計算步驟(2)得到的每一幀圖像中的運動目標的所有運動矢量的模值，并使用步驟(1)中得到的二進制水印信息對所有模值中大于或等于一預設閾值的模值其對應的運動矢量進行循環嵌入水印操作，以得到嵌入水印之后的視頻。2.根據權利要求1所述的壓縮域視頻水印嵌入方法，其特征在于，置亂加密方法是Arnold變換方法、Fibonacci變換加密算法、Hilbert曲線變換加密算法、仿射變換加密算法、或幻方變換加密算法等；二進制水印信息是二值圖像或{0，1}序列，視頻目標追蹤方法是基于時空馬爾科夫模型的視頻目標追蹤方法。3.根據權利要求1所述的壓縮域視頻水印嵌入方法，其特征在于，從提取到的每一幀圖像中的運動目標中獲得對應的運動矢量具體為，在運動目標標記圖中查找運動目標的位置坐標，并根據查找到的該運動目標的位置坐標在對應的幀圖像的運動矢量中查找與該...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫婧，王懷，江小平，李聰穎，李成華，丁昊，
申請(專利權)人：中南民族大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42