一種抗幾何攻擊的安全數字視頻水印的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及計算機技術領域，尤其設一種抗幾何攻擊的安全數字視頻水印的方 法。
【背景技術】
[0002] 現在，數字視頻內容的盜版越來越容易，也越來越嚴重。拷貝會使傳統模擬媒體 (如電視上播放的節目）產生內容上質量上的損失，而數字視頻內容可W拷貝無數次，而且 每一份拷貝都不會造成質量的下降，邊際成本幾乎為零。PC、互聯網的普及，使得未經授權 的視頻分享日益普遍。因此，版權方會在自家的視頻內容上嵌入數字水印，W保護版權權 利。
[0003] 目前的視頻數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行幾何形狀的修改，如對圖像進行旋轉、平移、伸縮等仿射變 換或隨機幾何變換。該樣攻擊后，當發生版權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系，使得兩者的相關值很低，從而導致檢測失敗。最近的研究表明，哪 怕十分微弱的幾何變換，也能摧毀大多數的水印方案，因此，如何有效抵抗幾何形變的攻擊 是當今數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] 現有方案，可稱之為幾何反變換法，經過幾何形變后，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，分為半盲相關法和盲相關法。
[0006] 半盲檢測算法在檢測水印時借助原始圖像，根據原始圖像和攻擊后的圖像的特征 點之間的對應關系來判斷所經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，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，特別是當圖像同時 旋轉和縮放或者經歷打印掃描過程時，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測水印的自相關函 數，由于水印的多次嵌入會使結果出現多個峰值，利用峰值位置改變可w預測仿射變換。然 而，該種水印算法可W較好地抵抗旋轉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。
【發明內容】
[0010] 本專利針對上述問題，提出一種新的視頻數字水印的算法，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，本發明提出了一種抗幾何攻擊的安全數字視頻水印的方法， 包括如下步驟：
[0012] 在數字視頻水印嵌入的過程中，將數字視頻水印嵌入到平均交流能量AAE中；W 及采用優良空頻分解特性的小波分解；
[0013] 在數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同 步之間的帖數是否正確，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] 所述采用優良空頻分解特性的小波分解包括：
[0018] 當修改系數結束后，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，同時根據版權擁有者手中的密碼產生表示 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來 檢測水印和同步是否存在。
[002。 通過實施本發明實施例，由于圖像的AAE(averageACenergy,即平均交流能量） 在大多數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）發生了 變化，也能保持一種近似的線性關系，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，保護數字視頻內容版權。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術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 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W 根據該些附圖獲得其它的附圖。
[0023] 圖1是本發明實施例中的數字視頻水印嵌入的方法流程圖；
[0024] 圖2是本發明實施例中的待修改的小波系數示意圖；
[0025] 圖3是本發明實施例中的數字視頻水印提取的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0027] 本發明實施例過程中，在數字視頻水印嵌入的過程中，將數字視頻水印嵌入到平 均交流能量AAE中；W及采用優良空頻分解特性的小波分解；在數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同步之間的帖數是否正確，如果正確則提 取水印，如果不正確則不提取。
[002引設視頻序列的第t帖的像素點為ft(X，y)。經過幾何變換后，其位置會進行改變， 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具有經幾何形變后，如果圖像的長寬不變，則保持不變的性質。而且，圖像如果 進行了伸縮，依舊會保持不變。
[0033] 圖1示出了本發明實施例中的數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，同步信號是一個預先設定的比特串。任何的