[发明专利]一种基于运动估计的视频自恢复水印方法

权利要求书

1.一种基于运动估计的视频自恢复水印方法，其特征在于：包括水印嵌入和水印检测两大部分，水印嵌入包括认证水印嵌入和自恢复水印嵌入两个过程，认证水印在每个I帧嵌入，认证水印嵌入后进行自恢复水印嵌入过程；自恢复水印的嵌入过程包含自恢复水印的生成和自恢复水印的嵌入两个步骤，先进行自恢复水印的生成，然后进行自恢复水印的嵌入；水印检测包括自恢复水印的检测和帧图像自恢复两大部分，在自恢复水印检测过程中，首先检测目标I帧是否有篡改，如果检测到篡改，则执行帧图像自恢复的过程；如果没有检测到篡改，则不需执行此过程；其中帧图像自恢复过程需要根据参考I帧是否检测到篡改分别采取依赖自恢复方式或独立自恢复方式，如果参考I帧检测到篡改，则采取依赖自恢复方式，如果未检测到篡改，则采用独立自恢复方式；

自恢复水印的生成过程为：

(1)将整个目标I帧图像划分为16×16大小的宏块；

(2)对于每个宏块，参考上一个邻近的I帧进行运动估计和补偿，产生包含原始像素的宏块INTRA与仅包括像素残差并伴随着相应的运动向量的宏块INTER；

(3)将步骤(2)中的每个宏块进一步划分为8×8大小的块，进行DCT变换，然后用量化因子Q对变换后的DCT系数进行量化；

(4)对于经过上一步量化后的DCT系数，保留其中的L个DCT量化系数；

(5)对于INTER宏块，判断某个块中所保留的L个DCT量化系数是否全为0，如果是，则将该块标记为SKIP，而不保存实际的块；如果不是，则保留实际的块；

(6)将需要保存的块以及相应的运动向量和预测模式信息以宏块为单位进行组合，并采用无损压缩算法进行压缩，获得自恢复水印；

自恢复水印的嵌入过程如下：

(1)根据每个图像组(Group of pictures，GOP)中P帧的数量m，将水印相应地划分为m个区域；

(2)计算每个区域所对应的嵌入范围；

(3)按照密钥将区域的嵌入顺序置乱并按照区域互斥策略选择嵌入区域；

(4)判断嵌入方式为顺序嵌入或映射嵌入，如果为映射嵌入方式，则根据映射函数F计算目标GOP的序号；如果为顺序嵌入方式，则以当前GOP中的P帧为嵌入目标；

(5)逐次将每个区域的水印信号嵌入到目标GOP中P帧对应的嵌入范围中；

在所述自恢复水印的嵌入过程中根据具体应用选择映射嵌入或顺序嵌入，如果自恢复水印是在已编码的视频流中嵌入，则选择映射嵌入，使自恢复水印远离目标帧以提高水印安全性；如果自恢复水印是在编码过程中嵌入，则选择顺序嵌入；

所述的独立自恢复方式如下：

(1)从P帧中提取到的自恢复水印；

(2)解析自恢复信息，得到INTRA和INTER两种类型的宏块，其中INTER类型的宏块包含有运动向量信息；

(3)对INTER宏块，如果被标记为SKIP，则将其前L个DCT量化系数全部置为0；

(4)每个8×8块中被L裁减掉的DCT量化系数全部置为0；

(5)用量化因子Q对每个块进行反量化，然后再进行DCT反变换，获得残差像素值；

(6)对INTER宏块，根据其分块中的像素残差及运动向量，参考前一个I帧进行运动补偿，获得实际自恢复像素宏块；

(7)目标I帧中篡改定位所标记的宏块位置，用相应的实际自恢复像素宏块对其进行替换；所述的依赖自恢复方式如下：

(1)I帧进行自恢复过程，如果可独立自恢复则进行自恢复；如果参考I帧仍然检测到篡改，则继续回溯直到找到一个可独立自恢复的I帧为止，并根据此I帧依次向后恢复直到参考I帧恢复完成；

(2)从P帧中提取到的自恢复水印；

(3)解析自恢复信息，得到INTRA和INTER两种类型的宏块，其中INTER类型的宏块包含有运动向量信息；

(4)对INTER宏块，如果被标记为SKIP，则将其前L个DCT量化系数全部置为0；

(5)每个8×8块的被L裁减掉的DCT量化系数全部置为0；

(6)用量化因子Q对每个块进行反量化，然后再进行DCT反变换，获得残差像素值；

(7)对INTER宏块，根据其分块中的像素残差及运动向量，参考帧I_R进行运动补偿，获得实际自恢复像素宏块；

(8)目标I帧中篡改定位所标记的宏块位置，用相应的实际自恢复像素宏块对其进行替换。