[发明专利]基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信息安全技术领域的方法，具体是一种基于H.264/AVC数字视频编解码器标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取的方法。

背景技术

随着计算机通信技术的迅速发展、互联网应用的普及、信息媒体的数字化，使得数字图像、音乐、视频作品在网络上的发布、传播和交换愈加普遍。然而，数字多媒体产品易于无损复制、分发的特性，使得通过网络快速随意批量传播多媒体产品的现象普遍存在。数字水印技术作为信息的可以有效解决数字版权保护的技术手段之一，近年来已成为信息处理与信息安全领域研究的热点。

数字水印技术，是将水印信息通过一定的方法嵌入到宿主数据中。水印的存在要以不破坏原有数据的欣赏价值、使用价值为原则，并且要求即使含有水印的信息被一定程度的改变(攻击)，仍能正确检测或提取出来。在数字水印技术当中，视频水印技术由于其自身所具有的研究价值和潜在的市场需求备受学者和科研机构的关注。但由于现在的视频压缩编码标准为水印算法的设计带来一定的局限性，使得视频水印技术的发展略显滞后。

目前正在应用的视频压缩标准包括MPEG-x、H.26x、AVS等，H.264也被称为MPEG-4 Part10或AVC(高级视频编码)是最新提出的高度压缩数字视频编解码器标准。相对以前的编解码标准而言，H.264能够更为有效的进行编码，在低比特率传输环境中，提供较好的视频质量。同时，H.264标准能够应用于组播、DVD存储等各种网络和系统中，可适应性极佳。H.264以其优越性必将成为主流的视频标准，基于该标准的数字视频水印也具有广阔的发展空间。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101854546，公开日2010-10-06，记载了“一种基于H.264运动矢量的视频水印嵌入提取方法”，该技术选择的嵌入位置为P帧的运动矢量，具体嵌入水印的P帧帧号由密钥生成的伪随机序列确定，但因P帧的误差积累会使视频的视觉效果受到一定影响。中国专利文献号CN101860744，公开日2010-10-13，则记载了一种“基于H.264标准的实时数字视频水印方法”，该技术利用网络抽象层中(即H.264/AVC影像编码标准的一部分Network Abstraction Layer)的辅助增强信息字段嵌入数字水印，但因嵌入位置固定使得水印在隐蔽性和抗攻击性上有一定的缺陷。Noorkami等人于2005年在国际会议ICIP上发表文章《Compressed-domain video watermarking for H.264》，将水印信息嵌入I帧中经过量化后的AC系数中，但这种方法因水印容量较小受到一定的制约。

由上述论述可见，针对H.264标准嵌入水印的可选位置较多，但如何在保证水印的隐蔽性和嵌入容量的同时，尽可能避免对视觉效果的影响，提高保真度，是视频信息隐藏技术面临的挑战。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取方法，在I帧前一个P帧的运动矢量中选择性地嵌入水印信息，水印容量大并且保真度高；水印信息包含帧号和时间戳，并使用对称密码算法加密，具有抗攻击性并可在一定精度上定位视频的篡改。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，包括以下步骤：

第一步、读取待嵌入的H.264编码视频文件，提取后续将嵌入水印的视频帧帧号序列{P₁，P₂，......，P_n}，n为包含水印的视频帧总数。

所述的后续将嵌入水印的视频帧是指每个关键帧的前一个P帧，也即一个图像组中的最后一个P帧。

所述的图像组是指：以I帧为起始至下一个I帧前的所有帧所组成的集合。

第二步、针对每个将嵌入水印的P帧P_i，提取特定信息并加密得出最终嵌入的水印数据w_i，具体为：

a)基于当前P帧帧号P_i，提取其前一个与后一个将嵌入水印的P帧帧号P_i-1、P_i+1，将三个帧号拼接即为定位帧号信息；

b)计算嵌入水印时间点的认证性时间戳TS；

所述的时间戳是指从格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起，至该视频被嵌入水印的时刻的总秒数。

c)以定位帧号信息和时间戳作为明文信息，以用户输入的口令作为密钥，执行对称加密算法得出相应的水印数据w_i；