[发明专利]一种基于一维小波变换的数字视频水印方法

说明书

(一)技术领域

本发明设计一种基于一维小波变换的数字视频水印方法，属于视频信号处理、多媒体信号处理技术领域。

(二)背景技术

随着多媒体技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，图像、音频、视频和其它各种多媒体作品都能以数字形式获得，制作其完美拷贝也变得非常容易，这给人们的工作、学习和生活带来了很多便利。但是同时也可能会导致大规模的非授权拷贝，这很可能会损害音乐、电影、书籍和软件等出版业的健康发展。在这种背景下，数字水印技术作为信息保护的重要手段，被广泛应用于数字产品的版权保护，发布追踪，及身份认证等课题中去。

现在数字视频水印已经成为数字水印理论研究和实际应用的重点，很多方案的安全性和鲁棒性已经取得了不错的效果，然而在视频技术的研究中还有许多实际的技术问题没有得到较好的解决。比如，由于视频的数据量极大，在视频水印的处理中，如果进行简单的运算处理，则不能较好的利用视频的空间和时间的特性实现一个鲁棒性比较好的水印方案；反之，如果进行复杂的运算处理，则不能满足实时嵌入和提取的要求，现在很多方案为了获得鲁棒性比较好的水印方案，以复杂的理论和运算为代价，很难实际应用。同时，原始视频作为静态图像的序列，不仅针对图像的水印攻击对视频有效，而且还出现了一些额外的攻击，比如帧重排、帧平均等。武汉大学的彭川，蒋天发(参见彭川，蒋天发，一种基于三维小波变换的视频水印方法，武汉大学学报(工学版)，2000，40(6)：136～138)通过对视频序列进行分割，然后作三维DWT变换，在变换帧的DWT系数上嵌入水印。该算法对帧内裁剪、帧平均、MPEG编码等攻击具有较强的鲁棒性，但是算法较为复杂，很难满足视频水印的实时性要求。上海交通大学的徐炳文，周源华(参见徐炳文，周源华，基于数字电视条件接收的视频水印算法，上海交通大学学报，2005，39(4)：550～552)在机顶盒中通过将个人分配密钥PDK重复的嵌入到电视节目的码流中，来追查非法拷贝的来源，从而实现对数字电视节目版权的保护。该算法能够实时的嵌入到视频序列中，但是算法的稳健性还需要进一步提高。

(三)发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种基于一维小波变换的视频水印方法，利用一维小波变换提取出视频的低频分量，在这些低频分量上嵌入水印，有较强的鲁棒性，使水印嵌入和提取的复杂度大大降低，能够实时的进行水印的嵌入和提取，提高了效率，同时对帧重排攻击有明显的鲁棒性。

本发明主要是通过嵌入水印和提取水印两个过程来实现的。

一种基于一维小波变换的数字视频水印方法，步骤如下：

1)水印图像预处理，采用置乱变换技术，打乱像素的空间位置，使加载了水印的视频具有抗剪切能力，并增强了水印算法的保密性；

2)一维小波变换，在原始视频序列中，取连续的两帧，进行一维小波变换；

3)嵌入水印，将水印嵌入到经步骤1)得到的低频帧的各个分块中，并实现水印的实时嵌入；

4)检测水印，从待检测的水印中取连续的两帧进行帧间一维小波变换，将得到的低频帧进行分块操作，按照嵌入算法进行水印提取。

上述步骤2)所述的一维小波变换，步骤如下：

b.提取视频中固定的相邻两帧第n1帧和第n2的亮度信息；

b.把每帧图像相同位置上的亮度像素点在时间轴上排成一维信号，如：n1帧中的(1，1)点，n2帧中的(1，1)点，对这两个离散的信号进行一维小波变换，则得到一个低频信号L和一个高频信号H；

c.低频信号L组成低频帧t1，高频信号H组成高频帧t2，均与原始视频帧大小一致，这样完成一维小波变换；

上述步骤3)所述的嵌入水印，步骤如下：

a.将水印图像转化成二值图像，并经过置乱处理，每个位置上的像素值记为W(i，j)，值域为{0，1}；

b.根据视频帧及水印图像的大小，将步骤2)中得到的低频帧t1进行a×a分块；

c.确定0-255像素值的一个量化步长L，则可以分为n(不小于255/L的最小整数)个像素区间，分别对应的标志代码为0，1，0，1…；

d.对每一个分块求平均像素值K(i，j)，确定在c中的哪一个像素区间，并记录相应的标志代码0或1到矩阵M(i，j)；

e.比较M(i，j)和W(i，j)，若相等，则调整平均像素值K(i，j)为对应像素区间的中心值；若不相等，则调整K(i，j)为下一像素区间的中心值；

f.重复步骤d，e，直到水印全部嵌入；

g.进行一维小波反变换，得到嵌入水印后的视频帧，每隔10帧重复步骤b，d，e嵌入一次水印。