本發(fā)明涉及地理信息版權(quán)保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向版權(quán)保護(hù)服務(wù)的視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法。

背景技術(shù)：
視頻地理數(shù)據(jù)是具有空間位置屬性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)，即將視頻數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)的集成，視頻中的每一幀都對(duì)應(yīng)一個(gè)地理場(chǎng)景，提供空間位置與視頻影像相結(jié)合的超媒體信息管理與應(yīng)用服務(wù)。視頻地理數(shù)據(jù)不僅擁有傳統(tǒng)地理數(shù)據(jù)的空間定位準(zhǔn)確，空間距離、方位、空間關(guān)系描述準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，還具有地理場(chǎng)景描述直觀、具體、生動(dòng)的特點(diǎn)，尤其對(duì)于現(xiàn)在用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的需求越來(lái)越趨向于直觀，易理解的背景下，視頻地理數(shù)據(jù)顯得更具有生命力與應(yīng)用前景。作為地理空間數(shù)據(jù)的一種，它是與人類(lèi)生存和發(fā)展有關(guān)的各類(lèi)自然、社會(huì)等信息的載體，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)中不可缺少的資源，對(duì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展起著重要作用。Internet/Intranet的快速發(fā)展為地理空間數(shù)據(jù)共享提供更為快捷的傳播通道，但同時(shí)也使得對(duì)視頻地理數(shù)據(jù)的盜版、非法傳播及侵權(quán)也越來(lái)越猖獗，從而嚴(yán)重影響了地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)的健康、可持續(xù)發(fā)展。因此，如何保護(hù)視頻地理數(shù)據(jù)產(chǎn)品的版權(quán)和安全顯得越來(lái)越重要。數(shù)字水印技術(shù)是信息安全的前沿技術(shù)。它是利用數(shù)字信號(hào)處理學(xué)，在數(shù)字化產(chǎn)品中秘密的嵌入一些隱藏信息(版權(quán)信息，用戶(hù)信息等)，使之成為與源數(shù)據(jù)不可分離的一部分。同時(shí)，水印必須具備好的不可感知性與魯棒性，以抵抗針對(duì)數(shù)據(jù)的單一攻擊與復(fù)合攻擊，確保在必要的時(shí)候可以有效的將其提取出來(lái)作為版權(quán)歸屬的證據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全共享與版權(quán)保護(hù)。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專(zhuān)注于普通視頻數(shù)據(jù)數(shù)字水印算法設(shè)計(jì)，并且提出了多種視頻數(shù)據(jù)數(shù)字水印算法。然而針對(duì)專(zhuān)門(mén)表現(xiàn)地理場(chǎng)景且?guī)в蠫PS信息的視頻地理數(shù)據(jù)的數(shù)字水印算法卻鮮有研究。視頻地理數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)在存貯、數(shù)據(jù)格式等方面具有許多相似性，因此研究視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印技術(shù)有必要借鑒視頻水印技術(shù)。目前，在視頻數(shù)據(jù)的數(shù)字水印技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)取得了一些研究成果。按照視頻水印嵌入位置的不同，視頻數(shù)字水印方案可分為三種(楊義先，鈕心忻.數(shù)字水印理論與技術(shù)[M]北京:高等教育出版社,2006.)：①水印直接嵌入在原始視頻流中，胡學(xué)剛(胡學(xué)剛，孫慧芬，王順.一種新的基于圖論的圖像分割算法.kdh[J]四川大學(xué)學(xué)報(bào),42,1,2010:138-142.)提出一種新的基于圖論的圖像分割算法，對(duì)原始視頻幀進(jìn)行處理加入水印。此類(lèi)方案特點(diǎn)是水印嵌入的方法比較多，原則上數(shù)字圖像水印方案均可以應(yīng)用于此。缺點(diǎn)是抗重編碼能力差。②水印嵌入在編碼階段的變換域中的量化系數(shù)中，鄒復(fù)好(鄒復(fù)好，盧正鼎，凌賀飛.MPEG_2變長(zhǎng)碼域?qū)崟r(shí)視頻水印[J]計(jì)算機(jī)科學(xué),33,7,2006:147-152.)提出MPEG_2變長(zhǎng)碼域?qū)崟r(shí)視頻水印，將水印直接嵌入到視頻編碼時(shí)的DCT系數(shù)中。此類(lèi)方案的優(yōu)點(diǎn)是水印僅嵌入在量化系數(shù)中，不會(huì)增加視頻流的數(shù)據(jù)比特率，易設(shè)計(jì)出抗多種攻擊的水印。缺點(diǎn)是會(huì)降低視頻的質(zhì)量。③水印直接嵌入在視頻壓縮比特流中，王小靜(王小靜，楊高波，劉爭(zhēng)艷，杜青松.一種量化誤差補(bǔ)償?shù)膲嚎s域H264AVC視頻水印算法[J]計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,46,2009:43-47.)提出一種量化誤差補(bǔ)償?shù)膲嚎s域H264AVC視頻水印算法，將水印直接嵌入到已壓縮好的視頻碼流中。此類(lèi)方案的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有解碼和再編碼的過(guò)程.因而不會(huì)造成視頻質(zhì)量下降，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度低。缺點(diǎn)是由于壓縮比特率的限制而限定了嵌入水印的數(shù)據(jù)量的大小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：針對(duì)目前視頻水印算法難以直接移植到視頻地理數(shù)據(jù)，且現(xiàn)有視頻水印算法很難有效抵抗視頻壓縮攻擊，提出一種基于小波變換與矩陣融合的視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印算法，使得水印算法在抵抗視頻壓縮、幀刪除、幀共謀等攻擊方面具有好的魯棒性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種面向版權(quán)保護(hù)服務(wù)的視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，包括以下步驟：(1)水印信息生成步驟一，讀取文字水印信息，將其在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中繪制成黑白圖像P，大小固定為K×L，且灰度值只有0和255；步驟二，由上到下，從左至右掃描該圖，若灰度值為255，對(duì)應(yīng)的水印位為0，反之灰度值為0，水印位為1，得到有意義水印信息w，其中0≤i＜K,0≤j＜L，水印信息長(zhǎng)度固定為：K×L；Pi,j表示灰度值；步驟三，對(duì)有意義水印信息w進(jìn)行置亂得加密后的水印信息w′。(2)水印嵌入過(guò)程步驟一，利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二，按時(shí)間順序截取視頻幀，獲取幀的大小M×N，并選取離散點(diǎn)集；步驟三，對(duì)每幀中選取的離散點(diǎn)進(jìn)行小波變換并選取低頻系數(shù)Tn，按照量化規(guī)則將加密后的水印信息嵌入到選取的低頻系數(shù)中，量化規(guī)則如下：其中，wij為水印信息，h為嵌入強(qiáng)度，e為完整水印數(shù)目，0≤i＜K,0≤j＜L；當(dāng)一條完整水印嵌入后水印位自動(dòng)置為w00；重復(fù)上述過(guò)程直至水印信號(hào)全部嵌入，最后進(jìn)行小波逆變換，將嵌入水印后的像元值替換原始像元值；步驟四，對(duì)已嵌入水印的視頻幀進(jìn)行編碼并寫(xiě)入新文件；步驟五，重復(fù)步驟二，三，四直至所有視頻幀水印嵌入完畢。(3)水印檢測(cè)過(guò)程步驟一，利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二，按時(shí)間順序截取視頻幀，獲取幀的大小M×N；步驟三，遍歷待檢測(cè)視頻幀，按照(2)中步驟二的取點(diǎn)規(guī)則找出視頻幀中所有載有水印信息的像元，組合成像元集，并對(duì)其進(jìn)行小波變換；步驟四，提取其小波變換后的低頻系數(shù)Tn，并將系數(shù)與嵌入強(qiáng)度h進(jìn)行取模運(yùn)算，余數(shù)為m，若則水印信息為1，反之為-1，并將提取的水印位對(duì)應(yīng)相加；重復(fù)上述過(guò)程直到單幀中水印信息w″完全被提取出來(lái)；步驟五，重復(fù)步驟二，三，四直至?xí)r間線上所有視頻幀檢測(cè)完畢；步驟六，對(duì)時(shí)間線上所有w″進(jìn)行矩陣融合，并根據(jù)多數(shù)原則得出優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息w″′；矩陣融合數(shù)學(xué)表達(dá)式：其中，f為幀序數(shù)，z為視頻總幀數(shù)，w″ijf為單幀檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的水印位，0＜i＜K，0＜j＜L；步驟七，對(duì)優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息w″″進(jìn)行逆置亂并按照(1)步驟二中水印位與灰度的對(duì)應(yīng)關(guān)系掃描成圖片，并輸出。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法的水印嵌入流程圖。圖2是本發(fā)明方法的水印檢測(cè)流程圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一如圖1和圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例選擇一段已采集的視頻地理數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、預(yù)處理、水印信息生成、水印嵌入、含水印數(shù)據(jù)保存、水印檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果輸出的整個(gè)過(guò)程，給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。1.本發(fā)明的水印信息生成：步驟一：讀取文字水印信息，將其在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中繪制成黑白P，大小固定為K×L，且灰度值只有0和255。本實(shí)施例的文字水印信息為：吉印水印。生成的黑白圖像為：大小固定為100*50；步驟二：由上到下，從左至右掃描該圖，若灰度值為255，對(duì)應(yīng)的水印位為0，反之灰度值為0，水印位為1。得有意義水印信息w。本實(shí)施例生成的水印信息為：00000…001011100011110…00000，長(zhǎng)度為500位；步驟三：對(duì)有意義水印信息w進(jìn)行置亂得加密后的水印信息w′。本實(shí)施例置亂后的水印信息為：10110…1010111000011101…10110，長(zhǎng)度為500位。2.本發(fā)明的水印嵌入規(guī)則：步驟一：利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二：按時(shí)間順序截取視頻幀，本實(shí)施例中幀的大小為320*240，選取離散點(diǎn)集；步驟三：對(duì)每幀中選取的離散點(diǎn)進(jìn)行小波變換并選取低頻系數(shù)Tn，按照量化規(guī)則將水印信息嵌入到選取的低頻系數(shù)中，本實(shí)施例中嵌入強(qiáng)度為20，嵌入的完整水印數(shù)目為20；當(dāng)一條完整水印嵌入后水印位自動(dòng)置為首位；重復(fù)上述過(guò)程直至水印信號(hào)全部嵌入，最后進(jìn)行小波逆變換，將嵌入水印后的像元值替換原始像元值；步驟四：對(duì)已嵌入水印的視頻幀進(jìn)行編碼并寫(xiě)入新文件；步驟五：重復(fù)步驟二，三，四直至所有視頻幀水印嵌入完畢。3.本發(fā)明的水印檢測(cè)規(guī)則：步驟一：利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二：按時(shí)間順序截取視頻幀，本實(shí)施例幀的大小320*240；步驟三：遍歷待檢測(cè)視頻幀，按照(2)中步驟二的取點(diǎn)規(guī)則找出視頻幀中所有載有水印信息的像元，組合成像元集，并對(duì)其進(jìn)行小波變換；步驟四：提取其小波變換后的低頻系數(shù)Tn，并將系數(shù)與嵌入強(qiáng)度h進(jìn)行取模運(yùn)算，余數(shù)為m，本實(shí)施例中若10＜m≤15則水印信息為1，反之為-1，并將提取的水印位對(duì)應(yīng)相加；重復(fù)上述過(guò)程直到單幀中水印信息完全被提取出來(lái)；步驟五：重復(fù)步驟二，三，四直至?xí)r間線上所有視頻幀檢測(cè)完畢；步驟六：對(duì)時(shí)間線上所有已檢測(cè)出的水印信息進(jìn)行矩陣融合，根據(jù)多數(shù)原則得出優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息11110…1010111010011101…10110，長(zhǎng)度為500；步驟七：對(duì)優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息進(jìn)行逆置亂并按照(1)步驟二中水印位與灰度的對(duì)應(yīng)關(guān)系掃描成圖片，并輸出。本實(shí)施例中最終水印提取結(jié)果圖片為：4.本方法的特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)：(1)提出一種適用于視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印算法，解決了普通視頻水印算法不能直接移植為視頻地理數(shù)據(jù)水印算法的問(wèn)題。(2)視頻經(jīng)過(guò)壓縮攻擊后，視頻幀的像元值會(huì)發(fā)生改變，但是其改變的大小是在一個(gè)范圍內(nèi)上下波動(dòng)，且其位置沒(méi)有發(fā)生變化。本方法通過(guò)一定的取點(diǎn)規(guī)則選擇嵌入位置，并將水印信息通過(guò)量化的方法嵌入到其變換域系數(shù)上，可以有效的抵抗視頻壓縮攻擊。(3)水印檢測(cè)時(shí)，充分利用流媒體的特性，將時(shí)間線上的水印檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行矩陣融合并根據(jù)多數(shù)原則，優(yōu)化水印檢測(cè)結(jié)果，可有效減少水印檢測(cè)噪聲。5.本發(fā)明的測(cè)試與分析：本發(fā)明所提出的方法是專(zhuān)門(mén)針對(duì)視頻地理數(shù)據(jù)水印方法，采用該方法可以開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字水印技術(shù)的視頻地理數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)。視頻經(jīng)過(guò)重編碼攻擊后，視頻幀的像元值會(huì)發(fā)生改變，但是其改變的大小是在一個(gè)范圍內(nèi)上下波動(dòng)，且其位置沒(méi)有發(fā)生變化。因此利用量化與矩陣融合的方法可以減少水印噪聲，有效的提取出水印信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)XVID重編碼、FFds重編碼、Divx重編碼、幀刪除等攻擊后，水印信息仍然可以正確的提取出，實(shí)驗(yàn)中水印的提取率最低為85％。實(shí)施例二如圖1和圖2所示，本發(fā)明的目的在于：針對(duì)目前視頻水印算法難以直接移植到視頻地理數(shù)據(jù)，且現(xiàn)有視頻水印算法很難有效抵抗視頻壓縮攻擊，提出一種基于小波變換與矩陣融合的視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印算法，使得水印算法在抵抗視頻壓縮、幀刪除、幀共謀等攻擊方面具有好的魯棒性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種面向版權(quán)保護(hù)服務(wù)的視頻地理數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，包括以下步驟：(1)水印信息生成步驟一，讀取文字水印信息，將其在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中繪制成黑白圖像P，大小固定為K×L，且灰度值只有0和255；步驟二，由上到下，從左至右掃描該圖，若灰度值為255，對(duì)應(yīng)的水印位為0，反之灰度值為0，水印位為1，得到有意義水印信息w，其中0≤i＜K,0≤j＜L，水印信息長(zhǎng)度固定為：K×L；Pi,j表示灰度值；步驟三，對(duì)有意義水印信息w進(jìn)行置亂得加密后的水印信息w′。(2)水印嵌入過(guò)程步驟一，利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二，按時(shí)間順序截取視頻幀，獲取幀的大小M×N，并選取離散點(diǎn)集；步驟三，對(duì)每幀中選取的離散點(diǎn)進(jìn)行小波變換并選取低頻系數(shù)Tn，按照量化規(guī)則將加密后的水印信息嵌入到選取的低頻系數(shù)中，量化規(guī)則如下：其中，wij為水印信息，h為嵌入強(qiáng)度，e為完整水印數(shù)目，0≤i＜K,0≤j＜L；當(dāng)一條完整水印嵌入后水印位自動(dòng)置為w00；重復(fù)上述過(guò)程直至水印信號(hào)全部嵌入，最后進(jìn)行小波逆變換，將嵌入水印后的像元值替換原始像元值；步驟四，對(duì)已嵌入水印的視頻幀進(jìn)行編碼并寫(xiě)入新文件；步驟五，重復(fù)步驟二，三，四直至所有視頻幀水印嵌入完畢。(3)水印檢測(cè)過(guò)程步驟一，利用Directshow平臺(tái)將視頻地理數(shù)據(jù)分割成一系列在時(shí)間線上的靜態(tài)圖片；步驟二，按時(shí)間順序截取視頻幀，獲取幀的大小M×N；步驟三，遍歷待檢測(cè)視頻幀，按照(2)中步驟二的取點(diǎn)規(guī)則找出視頻幀中所有載有水印信息的像元，組合成像元集，并對(duì)其進(jìn)行小波變換；步驟四，提取其小波變換后的低頻系數(shù)Tn，并將系數(shù)與嵌入強(qiáng)度h進(jìn)行取模運(yùn)算，余數(shù)為m，若則水印信息為1，反之為-1，并將提取的水印位對(duì)應(yīng)相加；重復(fù)上述過(guò)程直到單幀中水印信息w″完全被提取出來(lái)；步驟五，重復(fù)步驟二，三，四直至?xí)r間線上所有視頻幀檢測(cè)完畢；步驟六，對(duì)時(shí)間線上所有w″進(jìn)行矩陣融合，并根據(jù)多數(shù)原則得出優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息w″′；矩陣融合數(shù)學(xué)表達(dá)式：其中，f為幀序數(shù)，z為視頻總幀數(shù)，w″ijf為單幀檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的水印位，0＜i＜K，0＜j＜L；步驟七，對(duì)優(yōu)化后的水印檢測(cè)信息w″″進(jìn)行逆置亂并按照(1)步驟二中水印位與灰度的對(duì)應(yīng)關(guān)系掃描成圖片，并輸出。