[发明专利]一种可逆视频水印无损漂移补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多媒体数字水印的改进方法，特别涉及一种可逆视频水印无损漂移补偿方法。

背景技术

数字信息革命给人类的社会和生活带来了深刻的变化，同时也带来了新的挑战和机遇。今天，图形工作站、数码相机、数码录像机、扫描仪等设备和功能强大的软件，已被全球范围的用户用于创作、处理和共享图像、音频、视频等数字多媒体内容和作品。同时，随着网络通讯技术的蓬勃发展，多媒体数据的发布与交流空前普及，产生了大量如数字视频出版(Digital Video Publications)、视频点播(Video-On-Demand，VOD)和视频会议(Videoconferences)的视频多媒体应用。然而，数字多媒体作品易于修改、可完美复制以及世界范围内几乎不需要代价的分发的特性，使数字内容的版权保护及安全问题成为亟待解决的问题。

数字水印是保护数字媒体内容的有效与关键方法之一。与其他技术相比，数字水印具有不可感知、与宿主数据无缝结合以及不容易被去除和篡改等优点。数字水印的上述优点使其在多媒体版权保护和认证方面的应用日益广泛，近十多年来引起了学术界的广泛关注。

现有研究的数字水印大部分都是不可逆的，会对原始的宿主信息造成永久的改变。这在如军事、法律、医学和政府机要部门等敏感领域中，往往是不可接受的。为此，可逆水印技术随之产生。可逆水印技术又称可擦除水印技术，当把含有水印的载体信息传送给检测方之后，可首先提取出水印信息，并在确定了载体信息的完整性和可靠性之后，按照嵌入水印过程的逆操作，实现原始宿主信息的精准恢复。已有的可逆水印研究基本都基于静态图像，针对视频特别是压缩视频的研究较少。

Hartung和Girod在“Watermarking of Uncompressed and Compressed Video”(见SignalProcessing，1998，vol.66(3)，pp.283-301)一文中首次对普通压缩视频水印的漂移补偿问题进行了研究。把从没有加数字水印的比特流中进行重构的值与从含有数字水印的比特流中进行重构的值相减，得到一个差值，这个差值就是漂移补偿信号。但由于其方法直接修改像素，引入漂移补偿信号后需要经过有损的量化过程，并且不具备漂移补偿信号移除机制，无法获得精确的还原视频，所以该方法不能直接运用到可逆视频水印中。此外，由于可逆视频水印的运动估计与补偿必须以参考帧嵌入水印前的状态做参考，失真漂移问题比普通视频水印更加突出。因为视频压缩编码涉及帧间运动估计与运动补偿的重要环节，为满足可逆的要求，帧间编码的帧在做运动估计与补偿时，必须以参考帧嵌入水印前的状态为参考，而参考帧最终形成的码流是嵌入水印后的码流。这种差异在水印可逆提取时是可以恢复的，而在对嵌有水印的视频进行正常的视频解码时，参考帧则会出现误差。这种误差使后续以其为参考帧的帧间编码帧产生失真，而且失真具有扩散和累积效应，导致嵌有水印的视频往往不能取得令人满意的视觉效果，在水印嵌入的强度和容量大时则更是如此。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可逆视频水印无损漂移补偿方法，该方法不仅可以对失真漂移进行补偿，而且可以去除补偿，明显地提高嵌水印视频在正常解码时的视觉质量，使视频信息精确还原。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种可逆视频水印无损漂移补偿方法，包括无损漂移补偿及对应的无损漂移补偿去除过程，两者均以图像组(Group of pictures，GOP)为单位，并只对其中的P帧进行补偿，其中无损漂移补偿的过程为：

(1)图像组中的第一个视频帧，即I帧，独立编码不参考其它帧，它在DCT变换和量化后再经过嵌入水印后得到嵌有水印的I帧DCT系数，并经过熵编码作为嵌水印的压缩视频流输出；

(2)嵌有水印的I帧DCT系数同时也经过逆量化和逆DCT变换后得到嵌有水印的I帧像素值，存于水印帧存中，它与原始帧存中的原始像素值求差，差值经过DCT变换和量化后形成漂移补偿量，并输出到漂移补偿单元以备对下一视频帧进行漂移补偿；

(3)图像组中的第二个视频帧，即图像组中的第一个P帧，参考I帧进行编码，P帧在经过运动估计和运动补偿后经过DCT变换和量化得到运动残差的DCT系数，它在漂移补偿单元按上一帧求得的漂移补偿量进行补偿，然后经过熵编码形成嵌水印的压缩视频流；