基于svd和qr碼的視頻雙水印方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信息隱藏技術，具體涉及一種基于SVD和QR碼的視頻雙水印方法。
【背景技術】
[0002] 網絡信息技術在全世界范圍內得到了迅猛發展，它極大地方便了人們之間的通信 和交流。隨著互聯網技術和數字多媒體技術的快速發展，大量的多媒體數據都可以通過網 絡被人們輕松的訪問、拷貝和傳播。因此，尋求有效的方法來解決多媒體數據的版權保護問 題日益受到人們重視。現有的水印算法功能效果都不理想，比如基于三維小波變換的空時 多分辨率特性，將擴頻水印自適應的嵌入到三維小波系數中，魯棒性較好，但實時性較差且 水印為非盲提取；基于三維Gabor變換的視頻水印算法，將水印信息嵌入到三維Gabor變換 的系數中，該算法計算復雜度較高，不滿足水印的實時性要求。
[0003] 普遍采用數字水印算法實現隱藏的還有：離散余弦變換（DCT)、最低有效位（LSB) 等。
[0004] 對于離散余弦變換來說，其在變換域里視頻圖像要比空間域里簡單，其次具有較 強的抗干擾能力，但是DCT變換后圖像能量主要集中在圖像的低頻部分，沒有保留原圖像 塊的精細結構，不能反應原圖像塊的邊緣、輪廓等信息。
[0005] 對于LSB算法來說，由于其算法簡單，易于實現，所以其計算速度快，此外由于其 能在低效位（一般是最后兩位）進行嵌入，故對于256色（8位）RGB圖像，在3層圖像均插 入1/8到1/4消息。但是該算法的不足有：嵌入消息較所花間較長；只能處理簡單流格式文 件；為了滿足水印見性，允許嵌入水印強度較低，對空域各種操作較敏感；基本LSB算法抗 JPEG壓縮能力弱；魯棒性差等。
【發明內容】
[0006] 發明目的：本發明的目的在于解決現有技術中存在的不足，提供一種盲提取的魯 棒基于SVD和QR碼的視頻雙水印方法，本發明根據不同視頻內容的紋理特性選擇最佳的水 印嵌入強度，利用SVD分解的特性進行灰度水印的嵌入，根據人眼視覺系統特性將QR碼信 息嵌入到掩蔽性較高圖像塊的中，進一步增強視頻水印算法的安全性。
[0007] 技術方案：本發明的基于SVD和QR碼的視頻雙水印方法，包括以下步驟：（1)水印 嵌入，依次包括如下步驟：
[0008] Arnold置亂；原始視頻預處理；灰度水印嵌入；重構；對灰度水印文本信息進行 QR編碼；QR碼嵌入；
[0009] (2)水印提取，依次包括如下步驟：
[0010] 用密鑰keyl得水印載體圖像；印提取和Arnold反置亂；key2選擇隱藏QR碼的圖 像塊；對QR碼進行解碼，得到驗證文本信息；
[0011] 其中，隨機選取原始視頻中的一個鏡頭，設該鏡頭中共有R幀圖像，原始視頻幀圖 像的大小為MXN，水印大小為mXn，并且m多n，整個水印的嵌入都是在同一個視頻鏡頭內 進行；
[0012] 步驟⑴中的預處理具體過程為：
[0013] (a)取該鏡頭內視頻的第一幀圖像，沿著其X軸方向，從幀寬為N的邊上隨機選取 floor(m/R)+l個坐標位記為NI, N2,. . .，NflciOTWR)+1，并將其作為密鑰keyl進行保存，floor 為取商操作；
[0014] (b)沿著時間軸方向順序選取R幀圖像同一坐標位上每一列的幀圖像信 息，大小均為MXR，按記錄的坐標位置重復選取，它們均為視頻的側面圖像塊，記為 LI, L2, ···, Lfioor(m/R)+1;
[0015] (c)將側面圖像塊LI, L2, . . .，LfWWR)+1進行順序拼接，形成該鏡頭內視頻R幀 圖像的信息矩陣，大小為MX (R*(floor (m/R)+l))，然后將該信息矩陣大小變換為P = M/2 X (2R* (f Ioor (m/R)+1))，形成最終水印嵌入的載體數據P。
[0016] 進一步的，所述步驟（1)中水印嵌入步驟具體如下：
[0017] (110)將鏡頭內原始視頻進行分幀處理，為減少計算復雜度提高運算效率，選取視 頻幀的紅色分量（綠色分量也可）進行直方圖分割；
[0018] (111)對原始灰度水印W進行Arnold置亂為水印W1，然后對W1進行SVD得到矩陣 U1, S1, V1，即 W1= U1S1V1'
[0019] (112)將原始視頻序列進行預處理操作，得到最終水印嵌入的載體圖像P，取載體 圖像P的藍色分量，記為P b，對其1級的DWT變換，得到Pb的低頻子帶以及水平、垂直和對 角的高頻子帶，分別記為LI^ LH1、HI^ HH1;
[0020] (113)對高頻子帶HL1進行SVD分解，得到矩陣U，S，V，即Pb= USVt; (114)根據圖 像融合嵌入強度計算法計算水印嵌入的強度，然后根據公式（2)將水印嵌入到子帶 奇異值中；
[0024] 其中，NVF(i, j)為噪聲可見性函數，反映的是圖像的局部紋理特性，σ、)(/, /)為水 印嵌入的載體數據的方差，％為最終計算得到的水印嵌入強度因子；公式（2)中a為矩陣S 的權值，其值為a = 328/S_，Sniax為矩陣S中最大的奇異值；而i和j分別是指矩陣的某一 行以及某一列；
[0025] (115)對子帶HL1進行奇異值重構和DWT逆變換，得到藍色分量P b watOTiark，然后將 其返回到載體圖像P中，最后將含水印的載體數據返回到視頻鏡頭中每一幀對應位置；
[0026] (116)計算嵌入水印后的視頻鏡頭中幀間紅色分量D的值，并對其進行升序排序， 然后選取該鏡頭內D值較小的前1幀圖像；
[0027] (117)隨機選取1幀圖像中的一幀進行不重疊的8X8分塊，然后計算每一個圖像 塊的方差值和所有圖像塊方差的最大值，分別記為Var bkldi和Var _，Varbkldi是指圖像塊的 方差，指所有圖像塊方差最大值；
[0028] (118)對每一 8X8分塊進行SVD分解，計算每一個圖像塊中最大的奇異值，記為 Sblcidi，然后再計算所有Sbkldi值中的最大值，記為S
[0029] (119)利用所有圖像塊方差最大值及奇異值最大值分別對每一圖像塊的Varblcidi 和 Sblcidi進行歸一化處理，分別記為 A 丨=Var blc]ek/Varna;^P A 2= S blciek/Snax;
[0030] (120)對嵌入灰度水印圖像內容的真實性進行驗證的文本信息進行QR編碼，根據 公式（3)所計算得到的圖像塊因子值來選擇掩蔽性較高的圖像塊；
[0031] A = ki X A^k2XA2 (3)
[0032] 其中，A為計算后的圖像塊因子值，M5P k 2分別為A JP A 2的權值（例如可以取k i =0· 3, k2= 0· 9);
[0033] (121)將所有圖像塊因子的值進行降序排序后，選擇A值較大的圖像塊進行QR碼 嵌入，將所選擇的每一圖像塊進行SVD分解后，得到對應圖像塊的U bkldi矩陣；
[0034] (122)計算圖像塊Ubkldi矩陣中第一列i和j行系數間差值的絕對值，記為I Clblcidi I， 將I Clblcidi I值與給定的閾值1\進行比較（例如可以取T i = 0. 01)，在選擇的圖像塊中，若 dblDck I〈!\則修改U blDck矩陣中第一列i和j行的系數值，反之，貝IJ選擇下一個圖像塊繼續進 行比較，直到所有QR碼信息嵌入完畢，用密鑰key2保存所選擇的圖像塊；
[0035] (123)對所有圖像塊進行奇異值重構，最后得到含水印信息和QR碼的幀圖像；
[0036] (124)直接根據密鑰key2和QR碼的嵌入策略對剩余1-1幀圖像進行QR碼的重復 嵌入；將含QR碼的幀圖像返回到含水印視頻鏡頭中的對應位置，然后再將含水印和QR碼的 視頻鏡頭返回到原始視頻的對應位置，得到最終含水印的視頻。
[0037] 進一步的，所述步驟（122)中，QR碼嵌入的方法如下：
[0038] 當嵌入QR碼的信息位為1時，則為
[0040] 當嵌入QR碼的信息位為0時，則為
[0042] 式中(11}1。(*=1^)-1](」_)，1^)和1](」_)分別為圖像塊1] 1)1。(*矩陣中第1列的1行和 j行的系數值，T2為修改i行與j行系數的閾值（例如可以取T 2= 0. 06)，并再選擇U blcKk矩 陣的第5行和第7行來進行QR碼的隱藏。
[0043] 進一步的，所述步驟（2)中水印提取的具體步驟如下：
[0044] (21)對含水印視頻進行視頻預處理，選取與密鑰keyl相同坐標位上的列圖像信 息，得到含水印的載體圖像，然后分別對該載體圖像的B分量和G分量進行1級DWT變換， 將得到的垂直方向上的高頻子帶分別記為HL b和HL g;
[0045] (22)將HLb和HL g都進行SVD分解，得到的奇異值矩陣記為S ,和S g，按下列公式進 行水印的提取；
[0046] S11= (Sb-aXSg)/ai (6)
[0047] (23)利用仏和V 1