[发明专利]一种应用相息图的数字视频水印方法

权利要求书

1.一种应用相息图的数字视频水印方法，其特征在于包括以下步骤：

1）一个使用计算机制作基于Gyrator变换的相息图的步骤，将制作的相息图作为嵌入到载体视频的水印信息序列；

2）一个将相息图嵌入载体视频的步骤；

3）一个水印检测算法的步骤：判断一个视频是否包含所述水印信息；

4）一个相息图的计算机再现步骤：在计算机上再现所提取水印的内容。

2.如权利要求1所述一种应用相息图的数字视频水印方法，其特征在于在步骤1）中，所述使用计算机制作基于Gyrator变换的相息图的方法包括以下步骤：

（1）首先以随机初始相位分布和已知的振幅分布(原始水印图像f，f为实函数)构成物面波前函数其中π为圆周率，e是自然对数的底数，(x,y)为空域坐标；

（2）对g(x,y)进行Gyrator变换(GT)得变换频谱G(u,v)：

G(u,v)＝GT^α(g(x,y))

其中α为变换阶次，(u,v)为频谱域坐标；

（3）在频谱平面引入限制条件：令G(u,v)保持相位不变并置其振幅为常数，从而构成新的频谱函数G'(u,v)：

G'(u,v)＝ξe^Φ(u,v)

式中ξ为常数，Φ(u,v)为G(u,v)相位函数；

（4）对G'(u,v)进行变换阶次为α的逆Gyrator变换(GT^-1)得到复函数g'(x,y)；

（5）取g'(x,y)的相位函数和原始水印图像f构成新的波函数作为下一次迭代的物面波前函数，即

（6）步骤（2）～（5）反复迭代直至算法收敛到设定值或达到设定的迭代次数，最后将迭代所得的相位信息量化为256灰度级并保存为灰度图像，所述灰度图像即为原始水印图像的相息图，从而实现基于Gyrator变换的相息图的制作，Gyrator变换的变换阶次可作为密钥增强相息图的安全性。

3.如权利要求1所述一种应用相息图的数字视频水印方法，其特征在于在步骤2）中，所述将相息图嵌入载体视频的方法是采用水印嵌入算法，包括以下步骤：

（1）读取原始彩色载体视频H，并计算该视频的视频帧的宽M、高N及其总数量P，H＝{h(i,j,t)|1≤i≤M,1≤j≤N,1≤t≤P}为待保护的原始彩色视频，其中(i,j)为视频帧的像素的坐标位置，t为视频帧的序号；

（2）生成随机正整数序列：

Q＝{q(s)|8≤q(s)≤16,1≤s≤T,int(P/16)≤T≤int(P/8),q(1)+q(2)+…+q(T)＝P}，

其中s为Q的元素的序号，q(s)为Q的第s个元素，T为Q的元素个数，int()为取整函数；

（3）根据序列Q沿时间轴将原始视频H分割为T个互不重叠的图像组(Group of Picture，简称GOP)集合Y＝{y(s)|1≤s≤T}，其中y(s)为第s个GOP，且y(s)含有q(s)幅视频帧；

（4）将每个GOP中的所有视频帧都分解为红色(Red，简称R)、蓝色(Blue，简称B)、绿色(Green，简称G)三个通道；

（5）对每个GOP中的所有B通道都进行k级小波分解得逼近子图集合A＝{LL_k(m,n,z,s)|1≤m≤M/2^k,1≤n≤N/2^k,1≤z≤q(s),1≤s≤T}，其中k为正整数，(m,n)为逼近子图的像素的坐标位置，z表示GOP中视频帧的序号，即LL_k(m,n,z,s)表示第s个GOP中的第z幅视频帧的B通道的第k级小波逼近子图的第(m,n)个像素；

（6）读取由步骤1）所制作的相息图W＝{w(m,n)|1≤m≤M/2^k,1≤n≤N/2^k}，其中(m,n)为相息图像素的坐标位置并与逼近子图的坐标位置相应，即w(m,n)表示相息图的第(m,n)个像素；

（7）将相息图嵌入到变换后的GOP的逼近子图，公式为：

LLk′(m,n,z,s)=LLk(m,n,z,s)+]]>

int{Σz=1q(s)LLk(m,n,z,s)[q(s)-ρ]×100}×[q(s)-ρ]×100+σ×[q(s)-ρ]×100×w(m,n)-Σz=1q(s)LLk(m,n,z,s)q(s)]]>

其中LL_k'(m,n,z,s)为嵌入了相息图水印的第s个GOP的第z幅视频帧的B通道的第k级小波逼近子图的第(m,n)个像素，ρ为控制量化步长的因子且0≤ρ≤2，σ为控制水印嵌入强度的因子且0＜σ＜1；

（8）对所有B通道进行逆小波变换得到含水印的蓝色通道B’，再将B'与原来相应的R、G通道合并得到嵌入水印的彩色视频H'。