一種基于sift的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法
【專利摘要】一種基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，水印嵌入過(guò)程為：（1）將視頻幀圖像用Ycbcr顏色空間表示，對(duì)圖像的Y分量進(jìn)行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，得到DWT變換后的低頻分量；（2）以n幀為一組，對(duì)每組首幀經(jīng)（1）后得到的低頻分量進(jìn)行SIFT特征點(diǎn)提取，記錄得到的特征點(diǎn)位置；（3）對(duì)特征點(diǎn)位置處的像素值加上一個(gè)由水印信息決定的變化量；（4）進(jìn)行DWT逆變換，得到嵌入水印后的Y分量，再由Ycbcr空間轉(zhuǎn)換到RGB空間，完成水印的嵌入。水印提取過(guò)程的（1）、（2）與嵌入過(guò)程相同，然后對(duì)特征點(diǎn)處的相素值根據(jù)周邊像素進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)差值，根據(jù)預(yù)測(cè)差值與所設(shè)定門限值的比較得到嵌入的水印信息。本發(fā)明提高了視頻水印方法對(duì)幾何攻擊的魯棒性，而且失真小，處理簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】—種基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種魯棒視頻數(shù)字水印方法，特別涉及一種基于SIFT (尺度不變特征轉(zhuǎn)換，Scale-1nvariant feature transform)的抗幾何攻擊魯棒視頻水印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，數(shù)字多媒體已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的模擬形式，借助互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字多媒體可以方便快捷的復(fù)制與傳播，而由此引發(fā)的盜版問(wèn)題和版權(quán)紛爭(zhēng)也成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。據(jù)美國(guó)唱片業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，全世界每年因盜版而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億美元，美國(guó)電影行業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，盜版使美國(guó)電影業(yè)的年收入減少了 25億美元。
[0003]傳統(tǒng)的版權(quán)保護(hù)手段是密碼認(rèn)證技術(shù)，密碼技術(shù)可以保證數(shù)字作品從發(fā)送者到接受者的傳播過(guò)程中的信息安全，但是一旦數(shù)字作品被解密，密碼技術(shù)就不再具有保護(hù)作用，盜版者可以任意的復(fù)制傳播。
[0004]為了彌補(bǔ)密碼技術(shù)在版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域的不足，一種新的版權(quán)保護(hù)手段一數(shù)字水印技術(shù)得到了關(guān)注與發(fā)展。數(shù)字水印可以將代表作品版權(quán)的相關(guān)信息不可感知的嵌入到數(shù)字媒體(圖像、聲音、文檔、視頻)中，它可以證明原創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)，并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)，同時(shí)可以通過(guò)對(duì)水印的檢測(cè)和分析保證數(shù)字作品的完整性，因而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。
[0005]視頻作為人們廣泛使用的多媒體形式，在日常生活中有重要作用，其版權(quán)保護(hù)的重要性不言而喻，魯棒性是視頻水印需要滿足的重要條件，而針對(duì)幾何攻擊的魯棒性一直是視頻水印的研究重點(diǎn)，本發(fā)明是在充分研究現(xiàn)有各種可抵抗幾何攻擊的視頻水印方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺、信號(hào)處理等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，所提出的新穎的能有效抵抗以幾何攻擊為主的各種攻擊的魯棒視頻水印方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種性能優(yōu)良的可抵抗諸如幾何攻擊等常見攻擊的魯棒視頻水印方法，以更好地保護(hù)數(shù)字視頻的版權(quán)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案:一種基于SIFT的可抵抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，如圖1、2所示，包括水印嵌入部分和水印提取部分，兩部分均以視頻幀序列為操作對(duì)象，將序列分段后，每段視頻作為一個(gè)基本的操作單位；
[0008]所述水印嵌入部分的水印嵌入過(guò)程為:
[0009](1.1)顏色空間轉(zhuǎn)換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉(zhuǎn)換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量；
[0010](1.2)對(duì)視頻幀的亮度分量進(jìn)行一層二維DWT變換，提取低頻分量；
[0011](1.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數(shù)，具體取值由水印信息大小和視頻幀數(shù)量決定，對(duì)每段首幀經(jīng)一層二維DWT變換得到的低頻分量進(jìn)行SIFT特征值提取，記錄得到的特征點(diǎn)位置；[0012](1.4)在所述特征點(diǎn)位置處，按照如下方式嵌入水印:
[0013]p,-t a K w,
[0014]P:.為第i段特征點(diǎn)位置處嵌入水印后的像素值P:.:為第i段特征點(diǎn)位置處原始像
素值，a為取值為正整數(shù)的放大倍數(shù)，w代表水印信息，取值為I和-1，用數(shù)組的形式表示為[1,-1,1,-1,...],大小為 η ;
[0015](1.5)對(duì)亮度分量進(jìn)行一層二維DWT逆變換，將顏色空間由Ycbcr轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間，保存視頻；
[0016]所述水印提取部分的水印提取過(guò)程為:
[0017](2.1)顏色空間轉(zhuǎn)換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉(zhuǎn)換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量；
[0018](2.2)對(duì)視頻幀的亮度分量進(jìn)行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，提取低頻分量；
[0019](2.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數(shù)，此值必須與水印嵌入時(shí)的取值相同，對(duì)每段首幀經(jīng)一層二維DWT變換得到的低頻分量進(jìn)行SIFT特征值提取，記錄得到的特征點(diǎn)位置；
[0020](2.4)計(jì)算特征點(diǎn)位置處的像素預(yù)測(cè)誤差，所采用的預(yù)測(cè)器為SGAP，SGAP的計(jì)算公式為:

-y IMBI1-令'言-mill -y
[0021 ]X =-十-；-^
24
[0022]其中X'為像素預(yù)測(cè)值,Xn為預(yù)測(cè)像素上方像素值,Xw為左側(cè)像素值，Xne為右上角像素值，Xnw為左上角像素值；
[0023]預(yù)測(cè)誤差定義為像素值與其預(yù)測(cè)值的差值，每一段計(jì)算其平均預(yù)測(cè)差值，即對(duì)該段所有的預(yù)測(cè)誤差求和然后除以特征點(diǎn)位置處的像素總數(shù)，記為e，設(shè)定門限值threshold>0,則提取結(jié)果為:
[0024]
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[0025]所述步驟(1.4)中α的取值為5≤a≤15。
[0026]所述步驟(2.4) threshold 的取值為 I < threshold ^ 5。
[0027]所述步驟(1.2)中所述一層二維DWT變換選取小波基為haar小波，提取低頻分量。
[0028]本發(fā)明原理:由于現(xiàn)實(shí)中的視頻基本都是彩色的，一般可以用RGB模型來(lái)表示，在RGB模型中能量分散不利于處理，為了簡(jiǎn)化方法的處理過(guò)程和提高魯棒性，考慮將RGB模型首先轉(zhuǎn)換為Ycbcr模型，然后統(tǒng)一對(duì)Y分量即亮度分量進(jìn)行處理，在水印操作結(jié)束后根據(jù)具體的存儲(chǔ)格式可再變換回RGB模型保存，得到Y(jié)分量后，再對(duì)其進(jìn)行2D-DWT變換，取低頻系數(shù)操作，這里小波變換選取的小波基為Haar小波。
[0029]對(duì)視頻的分段操作與視頻的可承載信息量密切相關(guān)，每一段可代表1比特信息，實(shí)際操作過(guò)程中可根據(jù)視頻的幀數(shù)和所需要嵌入的信息量綜合考慮設(shè)定，假設(shè)每η幀為一段，段的編號(hào)記為i，i取值為1，2，...，n。
[0030]接下來(lái)對(duì)每段的首幀進(jìn)行SIFT轉(zhuǎn)換，記錄特征點(diǎn)的位置，完整的SIFT算法大致有四個(gè)步驟:1，尺度空間極值檢測(cè)。在尺度空間通過(guò)高斯微分函數(shù)來(lái)檢測(cè)潛在的對(duì)于尺度和旋轉(zhuǎn)不變的興趣點(diǎn)。2，關(guān)鍵點(diǎn)定位。在興趣點(diǎn)位置上，確定關(guān)鍵點(diǎn)的位置和尺度。3，方向確定?；趫D像局部的梯度方向，給每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分配方向。4，關(guān)鍵點(diǎn)描述。在每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的領(lǐng)域內(nèi)測(cè)量圖像局部的梯度，最終用一個(gè)特征向量來(lái)表達(dá)。在本發(fā)明中，應(yīng)用的只有特征點(diǎn)的位置，這樣可以略去大部分無(wú)關(guān)的操作，只需要利用部分SIFT算法即可。
[0031]水印的嵌入或提取所針對(duì)的是特征點(diǎn)位置處的像素值，嵌入時(shí)的計(jì)算公式為如下:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特征在于:包括水印嵌入部分和水印提取部分，兩部分均以視頻幀序列為操作對(duì)象，將序列分段后，每段視頻作為一個(gè)基本的操作單位； 所述水印嵌入部分的水印嵌入過(guò)程為: (1.1)顏色空間轉(zhuǎn)換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉(zhuǎn)換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量； (1.2)對(duì)視頻幀的亮度分量進(jìn)行一層二維DWT變換，提取低頻分量； (1.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數(shù)，具體取值由水印信息大小和視頻幀數(shù)量決定，對(duì)每段首幀經(jīng)一層二維DWT變換得到的低頻分量進(jìn)行SIFT特征值提取，記錄得到的特征點(diǎn)位置； (1.4)在所述特征點(diǎn)位置處，按照如下方式嵌入水印:
pi = Pi + α X v/t Pt為第i段特征點(diǎn)位置處嵌入水印后的像素值，P:為第i段特征點(diǎn)位置處原始像素值，a為取值為正整數(shù)的放大倍數(shù)，w代表水印信息，取值為I和-1，用數(shù)組的形式表示為[1,-1,1,-1,...],大小為 η ; (1.5)對(duì)亮度分量進(jìn)行一層二維DWT逆變換，將顏色空間由Ycbcr轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間，保存視頻； 所述水印提取部分的水印提取過(guò)程為: (2.1)顏色空間轉(zhuǎn)換，首先將由RGB顏色空間表示的視頻幀轉(zhuǎn)換為由Ycbcr顏色空間表示的視頻幀，提取Y分量，即亮度分量； (2.2)對(duì)視頻幀的亮度分量進(jìn)行一層二維DWT變換，選取的小波基為haar小波，提取低頻分量； (2.3)視頻幀中每η幀作為一段，η為正整數(shù)，此值必須與水印嵌入時(shí)的取值相同，對(duì)每段首幀經(jīng)一層二維DWT變換得到的低頻分量進(jìn)行SIFT特征值提取，記錄得到的特征點(diǎn)位置； (2.4)計(jì)算特征點(diǎn)位置處的像素預(yù)測(cè)誤差，所采用的預(yù)測(cè)器為SGAP，SGAP的計(jì)算公式為:
V -?- VV 一 V tFJ.VT ,nw JC~?^ 24 其中X'為像素預(yù)測(cè)值，χη為預(yù)測(cè)像素上方像素值，xwS左側(cè)像素值，xne為右上角像素值，Xnw為左上角像素值； 預(yù)測(cè)誤差定義為像素值與其預(yù)測(cè)值的差值，每一段計(jì)算其平均預(yù)測(cè)差值，即對(duì)該段所有的預(yù)測(cè)誤差求和然后除以特征點(diǎn)位置處的像素總數(shù)，記為e，設(shè)定門限值thresholdX)，則提取結(jié)果為:
|織儀隱-1 s>mrmkm
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2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特征在于:所述步驟(1.4)中α的取值為5≤a≤15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特征在于:所述步驟(2.4) threshold 的取值為 I ^ threshold ^ 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIFT的抗幾何攻擊的魯棒視頻水印方法，其特征在于:所述步驟(1.2)中所述一層二維DW T變換選取小波基為haar小波，提取低頻分量。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103491456SQ201310474525
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】李清廣, 陳真勇, 徐周川, 王美娟, 熊璋 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)深圳研究院