[发明专利]基于H.264标准的实时数字视频水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频水印方法，尤其涉及基于H.264标准的数字视频水印方法，属于数字视频处理领域。

背景技术

随着网络通信的普及，许多传统媒体内容都向数字化转变，并且在电子商务中即将占据巨大市场份额，如mp3的网上销售，数字影院的大力推行，网上图片、电子书籍销售等等，在无线领域，随着移动网络由第二代到第三代的演变，移动用户将能方便快速的访问因特网上数字媒体内容，基于有线或无线网络的数字媒体内容的应用即将是信息时代新的传统。但是，数字媒体内容的安全问题成了瓶颈问题，制约着众多商业应用的进程。虽然成熟的密码学是解决当前网络信息安全的主要手段，但是，对于多媒体内容存在两大问题。一是数字媒体内容的超分布(Superdistribution)问题，即内容一旦解密，便可以随意的被拷贝、传播，快速发展的网络为非法传播提供很大便利，给媒体内容制造商造成了巨大损失，从而制约着数字多媒体应用的进行；二是多媒体内容的访问控制问题，因为多媒体内容(如视频流)的加密解密需要巨大的运算负荷，并且难以满足应用的时效性。数字水印作为一项很有潜力的解决手段，最近几年成为了商业界和学术界共同关注的焦点，如拷贝保护技术工作组(CPTWG，Copy Protection Technique Working Group)从1995年开始致力于基于DVD的视频版权保护研究，安全数字音乐创始(SDMI，Secure Digital MusicInitiative)从1999年开始研究音频的版权版护，数字水印是其中的核心关键技术。

数字水印(Digital Watermarking)是往多媒体数据(如图像、声音、视频信号等)中添加某些数字信息(水印)而不影响原数据的视听效果(此处我们只讨论人们普遍关心的不可见水印)，并且这些数字信息可以部分或全部从混合数据中恢复出来，以达到版权保护等作用。水印算法识别被嵌入到保护对象中的所有者的有关信息(如注册的用户号码、产品标志或有意义的文字等)并能在需要的时候将其提取出来，用来判别对象是否受到保护，并能够监视被保护数据的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等，这实际上是发展水印技术的基本动力。

视频水印是数字水印技术最具应用前景的方向，而H.264是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)共同提出的继MPEG-4之后的新一代数字视频压缩格式，具有广阔的发展前景。因此基于H.264标准的视频水印算法研究有着重要的意义和实用价值。虽然现如今一些基于H.264标准的视频水印算法已经具有一定的保护能力，但是鲁棒性和不可见性问题仍然没有得到完美的解答，在算法和实际应用的结合方面，还存在着相当多的障碍，这也是视频水印之所以很少具有实际应用功能的重要原因。

目前国际上关于视频鲁棒水印的研究成果里，也有部分能同时抵抗多种类型的失真问题的方法。如：

Jaap Haitsma提出了通过调制每一帧的平均亮度，按帧嵌入水印信息的水印方法。该方法可以较好的抵抗多种类型的空间同步失真，但是抗有损压缩等光度失真的能力较弱。Song Maodong等提出的基于能量的水印方法，可以抵抗多种几何变换导致的空间同步失真，但是不能抵抗剪裁导致的空间同步失真，对于光度失真的抵抗力一般。此外，该方法需要对每一帧图像做整体离散傅里叶变换，计算量很大。

牛夏牧等提出的沿时间轴嵌入水印的方法，可以抵抗一定频率的丢帧导致的时间同步失真，可以抵抗多种几何变换导致的空间同步失真，对于有损压缩导致的光度失真，也有较好的抵抗力。但是该方法选择水印嵌入点的方法太复杂，而且不能抵抗各类能导致水印嵌入点在帧内产生相对偏移的空间同步失真。陈真勇等提出了能同时较好的抵抗空间同步失真和轻度的时间同步失真的水印方法。但是当视频画面变化较快、或者视频水印序列较长时，水印相关性检测失效概率非常高。这样实际有效地视频水印序列必然很短，这就导致水印空间很小，容易遭受穷举方式的攻击，而且检测的徐劲旅就比较高。此外，该方法对于抵抗光度失真的能力较弱。

Hans Jung等提出的基于“场景”的视频水印方法，可以较好的抵抗多种类型的时间同步失真和简单几何变换导致的空间同步失真。但是该方法计算量大，且视频质量下降明显。孙建德等提出的基于ICA提取视频特征的水印方法，可以较好地抵抗多种类型的时间同步失真，还可以抵抗常见的光度攻击，如压缩等。但对于空间同步失真则没有抵抗力。