[发明专利]基于小波高频子带补偿的视频添加和检测数字水印的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术和多媒体技术领域，尤其涉及视频水印添加和检测技术领域，具体是指一种基于小波高频子带补偿的视频添加和检测数字水印的方法。

背景技术

1、互联网版影视权保护提出了数字水印技术的要求

随着网络信息化技术的不断发展，大量的原创信息通过ICP向广大受众发布。互联网平台的便捷性和弥漫性使得在这样的平台上发布信息，可以用很小的成本实现内容的大范围传播。这是完全符合媒体产业规律的方式，然而这样的方式也带来了安全上的问题，尤其是对于视听节目的产权保护。

与传统的纸质媒体不同，对于视听节目的数字产权的保护和声明，在技术上有较大的难度。为了解决此类安全问题，在近些年信息安全技术研究领域出现了一个新的研究方向——数字水印技术。其作为产权保护、防止非法复制、图像安全认证、隐蔽通讯与对抗以及电子商务中网页保护和票据防伪等方面的有力工具，已得到了广泛关注和迅速发展。

数字水印是一种新的数字媒体保护技术，它是将特定的信息(如版权信息、序列号、公司标志、有意义的文本等)嵌入到图像、语音、视频等各种数字媒体中，以达到版权保护的目的。同时，这种信息的嵌入不影响主媒体的使用价值，不容易被人的知觉系统觉察，且通过特定的恢复方法可提取出来原来嵌入的信息。通过提取这些隐藏的信息可以确认内容的创建者和购买者，检测其真实性、完整性。

2、数字水印技术面临的主要挑战

数字水印在加到媒体文件后，比如图片、视频、音频后，这些媒体数据还将会经受传输、转码、编辑等操作，这些操作都会对水印造成某种程度的改变，我们称这种改变为无意的水印攻击。无意的水印攻击使数据帧遭受空域滤波，量化，重采样等信号处理操作，以及位移、尺度变换等操作。恶意攻击则目的非常明确，就是使水印失效。其方法大概有3类：a)通过破坏水印的时空同步性(几何攻击和时域同步攻击)使得水印无法检出；b)添加干扰水印，让检出的水印存在歧义；c)估计水印，并设法去除，比如共谋攻击(collusionattack)。遭受空域几何攻击的图像或视频，其水印可能发生位移、尺度和旋转变化，特别是旋转变化，导致水印信息与原有水印信息失去了同步，导致无法检测。即使是微小程度的几何攻击也会改变空间位置的同步关系。目前存在的大多数视频水印算法对于几何攻击的鲁棒性都比较差。抵抗几何攻击一直是数字水印技术所面临的最大挑战之一，当前的研究主要集中在该问题上。目前已有的抗几何攻击算法包括基于校准的算法、基于RST不变域的算法、基于规范化的算法和基于特殊水印模式的算法等，分别介绍如下。

基于校准的算法：基于校准的算法主要思想是：在检测水印前先通过某种方式检测图像遭受到的几何失真参数，然后将受攻击图像逆变换回原始状态以使水印同步，再进行检测。以下是几种典型代表(1)利用参考模板[1,2]。在嵌入水印时，同时嵌入一个伴随的参考模板，这个模板只起标识作用，本身不携带信息，只是一种图像几何变换的恢复手段。因此，要求这个模板具有比水印更高的鲁棒性，在受到几何攻击后仍能够识别出来。水印检测时通过将提取出来的模板与原模板匹配，确定图像遭受的几何攻击参数。这种方法最大的缺陷是容易受到模板攻击。(2)利用图像特征点。文献[8,9]通过匹配原始图像和受攻击图像的Harris特征点集，对水印图像进行失真校正，可以校正剪切、旋转、缩放的单一和复合失真。文献[5]利用图像的SIFT(尺度不变特征变换)特征点估计几何失真参数，实验显示具有理想的鲁棒性和检测精度。但视频帧在遭受到局部亮度变化或帧序颠倒的攻击时候，其特征点检测容易失效或无法在时间序列上对准。

基于RST不变域的算法：基于RST不变域算法主要思想是：找到一种变换，使得图像在遭受全局的RST变换(旋转、缩放、平移)后变换域的值保持不变。因此，在该不变域中嵌入水印就能够抵抗这些几何攻击。最有代表性的是Fourier-Mellin变换不变域[6]。DFT幅度具有平移不变性，FMT幅度具有旋转和尺度不变性，把两种特性结合起来可得到平移、旋转和尺度不变性。这种方法对旋转、缩放、平移和JPEG压缩鲁棒性较好，但该方法采用的强不变性是很难实现的，而且计算量很大。这类算法的主要缺点是使用了对数-极坐标变换和逆变换，而这个变换是有损过程，由于插值导致对图像质量影响较大。