[发明专利]一种应用相息图的数字视频水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多媒体信号处理方法，尤其是涉及一种应用相息图的数字视频水印方法。

背景技术

随着网络技术与计算机技术的飞速发展，数字多媒体产品(如图像、音频和视频等)的传输、分发、存储和处理变得越来越方便和快捷，这给人们的工作和生活带来巨大便利；但同时也导致了这些信息的盗版、非法篡改等严峻问题。

作为数字产品版权保护的有效解决方案，数字水印技术是多媒体信息安全领域的研究热点。由于数字视频在各种多媒体信息中占据重要的位置，因此视频水印技术成为信息安全领域一个重要的研究课题。近年来，由于全息图具有加密、难以被篡改和不可撕毁(即部分全息图能再现整幅全息图的全部内容)等特性，因此数字全息技术被引入到数字水印领域，并显示出极大的潜力，成为信息安全领域的一个研究热点。

然而，在现有的全息水印方案中，全息水印一般都会伴有共轭像的干扰，降低了水印的嵌入容量和提取质量。相息图是一种只能由计算机生成的全息图。与傅里叶变换全息图等相比，因为相息图包含的空间频率成分全都用于单个像，所以不存在带宽浪费现象，也不需考虑分离共轭像的问题，因此在数字全息水印领域具有自己独特的优势。根据嵌入策略，视频水印技术主要分为基于原始视频方法和基于压缩视频方法两类。其中，基于原始视频的水印技术是在原始视频的图像序列中实现水印信息的嵌入，而基于压缩视频的水印技术则与某种视频压缩标准相结合，在压缩视频中嵌入水印信息。

姚志强等在中国专利201110373336.9中提出一种基于光流法与数字全息的视频水印方法。该方法首先在视频序列时间轴上利用局部光流信息检测出视频的关键帧，然后利用全息技术得到原始水印图像的菲涅耳全息图，之后将其嵌入宿主视频关键帧的离散余弦变换域的中频系数，并保存水印添加的位置和原来关键帧中的边信息以用于水印的检测。然而，该方法在提取水印时需要用到原始关键帧中的边信息等大量原始视频数据，因此不能有效地实现盲检测，难以实际应用；此外，由于该方法在关键帧的离散余弦变换域的中频系数嵌入全息水印，因此抗H.264压缩、MPEG2/MPEG4压缩、帧平均等攻击的鲁棒性较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供具有良好不可感知性、能有效抵抗各种攻击的一种应用相息图的数字视频水印方法。

本发明包括以下步骤：

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。

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可包括以下步骤：

（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。

在步骤2）中，所述将相息图嵌入载体视频的方法可采用水印嵌入算法，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；