一種抗幾何攻擊的安全數(shù)字視頻水印的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計算機技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)一種抗幾何攻擊的安全數(shù)字視頻水印的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在，數(shù)字視頻內(nèi)容的盜版越來越容易，也越來越嚴(yán)重?？截悤箓鹘y(tǒng)模擬媒體 (如電視上播放的節(jié)目）產(chǎn)生內(nèi)容上質(zhì)量上的損失，而數(shù)字視頻內(nèi)容可W拷貝無數(shù)次，而且 每一份拷貝都不會造成質(zhì)量的下降，邊際成本幾乎為零。PC、互聯(lián)網(wǎng)的普及，使得未經(jīng)授權(quán) 的視頻分享日益普遍。因此，版權(quán)方會在自家的視頻內(nèi)容上嵌入數(shù)字水印，W保護版權(quán)權(quán) 利。
[0003] 目前的視頻數(shù)字水印算法對諸如視頻壓縮、加噪和濾波等一般處理都具有較好的 魯椿性，但對于幾何攻擊性能還不太理想。幾何形變的攻擊是惡意攻擊者利用圖像處理手 段對加過水印的圖像或視頻進(jìn)行幾何形狀的修改，如對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮等仿射變 換或隨機幾何變換。該樣攻擊后，當(dāng)發(fā)生版權(quán)糾紛需要提取水印是，攻擊后的圖像與水印信 號之間失去了同步關(guān)系，使得兩者的相關(guān)值很低，從而導(dǎo)致檢測失敗。最近的研究表明，哪 怕十分微弱的幾何變換，也能摧毀大多數(shù)的水印方案，因此，如何有效抵抗幾何形變的攻擊 是當(dāng)今數(shù)字水印研究的熱點和難點之一。
[0004] 與此同時，此類攻擊往往伴隨著針對數(shù)字視頻水印的時間軸同步攻擊方法，如帖 刪除、帖插入等，操作簡單，但依舊對水印信息破壞極大。
[0005] 現(xiàn)有方案，可稱之為幾何反變換法，經(jīng)過幾何形變后，水印信號依然存在于圖像之 中，只不過水印信號與原圖像之間的同步發(fā)生了變化，致使檢測失敗。由此不難想像，如果 我們能夠知道攻擊者所進(jìn)行的幾何變換，那么在水印檢測時就能將攻擊后的圖像反變換回 來，從而提取出水印。該類算法按照是否需要原始圖像，分為半盲相關(guān)法和盲相關(guān)法。
[0006] 半盲檢測算法在檢測水印時借助原始圖像，根據(jù)原始圖像和攻擊后的圖像的特征 點之間的對應(yīng)關(guān)系來判斷所經(jīng)歷的幾何變換或者用原始圖像彌補幾何變換（剪切縮放等） 引起的失真。
[0007] 盲相關(guān)法是抗幾何攻擊的水印算法的主流，在抵抗幾何攻擊檢測水印時，不需要 原始圖像。有些者提出一種基于模板的同步技術(shù)，針對仿射變換，通過在嵌入水印的過程中 嵌入的特定的模板，在檢測過程中利用此模板預(yù)測遭受的仿射變換。該些模板通常由頻率 峰值組成，頻率峰值的位置組成特殊的形狀，如圓形方形等，檢測過程中利用模板峰值位置 的改變預(yù)測仿射變換。
[0008] 對于前者，實際上，借助原始圖像也未必能解決水印同步問題，特別是當(dāng)圖像同時 旋轉(zhuǎn)和縮放或者經(jīng)歷打印掃描過程時，再者，檢測的時候如果需要原始圖像，該無疑會增加 存儲成本。
[0009] 而對于后者，該種方法的缺點是模板很容易被濾除；有人提出了一種自參考方法， 將同一個水印在圖像不同的位置分別嵌入，在檢測過程中首先計算預(yù)測水印的自相關(guān)函 數(shù)，由于水印的多次嵌入會使結(jié)果出現(xiàn)多個峰值，利用峰值位置改變可w預(yù)測仿射變換。然 而，該種水印算法可W較好地抵抗旋轉(zhuǎn)伸縮平移和改變長寬比等全局幾何攻擊W及打印掃 描攻擊，但是不能很好地抵抗濾波和鏡像等攻擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本專利針對上述問題，提出一種新的視頻數(shù)字水印的算法，利用視頻序列的時空 域幾何特征，針對幾何變形的不變量（平均交流能量），實現(xiàn)視頻序列的時間軸同步和幾何 失真矯正，可有效抵抗攻擊。
[0011] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種抗幾何攻擊的安全數(shù)字視頻水印的方法， 包括如下步驟：
[0012] 在數(shù)字視頻水印嵌入的過程中，將數(shù)字視頻水印嵌入到平均交流能量AAE中；W 及采用優(yōu)良空頻分解特性的小波分解；
[0013] 在數(shù)字視頻水印提取的過程中，逐帖檢測同步是否存在，若果存在則計算相鄰?fù)?步之間的帖數(shù)是否正確，如果正確則提取水印，如果不正確則不提取。
[0014] 所述將數(shù)字視頻水印嵌入到平均交流能量AAE中包括：
[0015] 在視頻序列中嵌入有意義水印的同時嵌入同步，并將同步和有意義水印交疊嵌 入；
[0016] 將水印信號嵌入視頻的AAE序列中，通過水印信號修改每一帖的交流成分。
[0017] 所述采用優(yōu)良空頻分解特性的小波分解包括：
[0018] 當(dāng)修改系數(shù)結(jié)束后，通過小波重建，得到空間域的圖像帖，從而完成該帖水印信號 的嵌入。
[0019] 所述逐帖檢測同步是否存在包括：
[0020] 利用計算該視頻的平均交流能量序列，同時根據(jù)版權(quán)擁有者手中的密碼產(chǎn)生表示 水印比特和同步比特的偽隨機序列，計算平均交流能量序列與偽隨機序列之間的互相關(guān)來 檢測水印和同步是否存在。
[002。 通過實施本發(fā)明實施例，由于圖像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量） 在大多數(shù)幾何形變的攻擊下保持不變，即使在有些情形（如新圖像的部分被填充）發(fā)生了 變化，也能保持一種近似的線性關(guān)系，對于檢測來說影響不大。而且，該類攻擊比較少見，因 為會暴露被攻擊的跡象。因此，通過把水印信號嵌入AAE中，能有效抵抗幾何形變的攻擊， 提高水印魯椿性，保護數(shù)字視頻內(nèi)容版權(quán)。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)該些附圖獲得其它的附圖。
[0023] 圖1是本發(fā)明實施例中的數(shù)字視頻水印嵌入的方法流程圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例中的待修改的小波系數(shù)示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實施例中的數(shù)字視頻水印提取的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027] 本發(fā)明實施例過程中，在數(shù)字視頻水印嵌入的過程中，將數(shù)字視頻水印嵌入到平 均交流能量AAE中；W及采用優(yōu)良空頻分解特性的小波分解；在數(shù)字視頻水印提取的過程 中，逐帖檢測同步是否存在，若果存在則計算相鄰?fù)街g的帖數(shù)是否正確，如果正確則提 取水印，如果不正確則不提取。
[002引設(shè)視頻序列的第t帖的像素點為ft(X，y)。經(jīng)過幾何變換后，其位置會進(jìn)行改變， 然而其圖像灰度值不會改變，即；
[0029] ft(x，y) = ft(x'，y')
[0030]由于
是視頻序列的第t帖整幅圖像的總能量：
為圖像的直流分量的能量，其中K、L為圖像的長和寬，則可得該圖像的平均交流能量為：
[0031]
[0032]AAE具有經(jīng)幾何形變后，如果圖像的長寬不變，則保持不變的性質(zhì)。而且，圖像如果 進(jìn)行了伸縮，依舊會保持不變。
[0033] 圖1示出了本發(fā)明實施例中的數(shù)字視頻水印嵌入的方法流程圖，為了能夠從任一 帖開始獲取水印信息，同時抵抗去帖等惡意攻擊，在視頻序列中嵌入有意義水印的同時嵌 入同步，并將同步和有意義水印交疊嵌入。
[0034] 在實際方案中，同步信號是一個預(yù)先設(shè)定的比特串。任何的