本發(fā)明屬于數(shù)字視頻處理，尤其涉及一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、目前視頻防篡改技術(shù)主要應(yīng)用于iptv視頻直播，應(yīng)用較多的是直接使用簽名信息生成和驗(yàn)證的方式，即將簽名信息插入視頻流并上報(bào)或廣播?；蛟谝曨l畫(huà)面中添加特定噪聲的水印信號(hào)，當(dāng)視頻畫(huà)面被篡改后可通過(guò)檢測(cè)定位被篡改區(qū)域輪廓，再通過(guò)輪廓面積判斷畫(huà)面是否被篡改。但這兩種防止視頻防篡改的方法，均存在一定的問(wèn)題。

2、僅單純使用簽名信息和驗(yàn)證的方式防止視頻防篡改，存在以下問(wèn)題：

3、1.當(dāng)已有傳輸線(xiàn)路被“入侵方”控制或盜用時(shí)，簽名信息不能如實(shí)地反饋信息和結(jié)果；

4、2.對(duì)于正常業(yè)務(wù)需要的轉(zhuǎn)碼場(chǎng)景，如將8k超高清視頻轉(zhuǎn)碼成2k、1080p等不同分辨率時(shí)，簽名信息會(huì)失效，需重新簽名，十分不便。

5、而通過(guò)在畫(huà)面中添加特定噪聲的水印信號(hào)防止視頻防篡改，則存在以下問(wèn)題：

6、1.對(duì)添加噪聲類(lèi)水印的視頻調(diào)整分辨率或使用h.264等常用算法對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼壓縮，因噪聲類(lèi)水印的抗壓縮抵抗性差，容易出現(xiàn)大量誤檢；

7、2.對(duì)整個(gè)視頻圖像畫(huà)面添加噪聲類(lèi)水印，再次對(duì)視頻壓縮后會(huì)降低圖像質(zhì)量，視頻顯示效果差；

8、3.添加噪聲類(lèi)水印，通常是使用頻域變換算法，疊加水印信號(hào)后再逆變換回來(lái)，算法復(fù)雜度高，在實(shí)時(shí)播放檢測(cè)時(shí)易造成掉幀卡頓，或者增加檢測(cè)裝置性能配置，成本高。

9、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法及裝置，能夠在公共顯示屏的合法運(yùn)營(yíng)方審核投放視頻內(nèi)容時(shí)進(jìn)行水印嵌入，滿(mǎn)足不同運(yùn)營(yíng)方對(duì)公共顯示屏投放視頻內(nèi)容審核和篡改檢測(cè)的一一匹配，避免發(fā)生公共顯示屏播放內(nèi)容混淆，減少公共顯示屏投放視頻內(nèi)容被入侵修改造成不良社會(huì)影響事件的發(fā)生。

2、第一方面，如圖1，圖2所示，本發(fā)明提出一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法，包括：

3、s11.預(yù)設(shè)一個(gè)視頻文件v和所述視頻文件v用戶(hù)唯一編碼，將所述視頻文件v解碼成i個(gè)圖像幀f1i，i=1，2，……，i；

4、s12.將所述圖像幀f1i的分辨率縮放到，裁剪掉所述圖像幀f1i邊緣的8像素得到圖像幀f2i，對(duì)所述圖像幀f2i進(jìn)行計(jì)算得到所述圖像幀f2i的圖像幀指紋；

5、s13.將所述圖像幀f2i的圖像幀指紋和所述視頻文件v用戶(hù)唯一編碼拼接并進(jìn)行加密轉(zhuǎn)為二進(jìn)制的加密水印信息串w1i，所述加密水印信息串長(zhǎng)度為ni位；

6、s14.將所述加密水印信息串w1i轉(zhuǎn)換成黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'，并將所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'添加到所述圖像幀f1i的邊緣，得到添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的圖像幀f1i；

7、s15.將所述添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的圖像幀f1i替換到所述視頻文件v中,采用相同的參數(shù)壓縮編碼形成添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的視頻文件v’。

8、進(jìn)一步地，s12中對(duì)所述圖像幀f2i進(jìn)行計(jì)算得到所述圖像幀f2i的圖像幀指紋，采用的是具有縮放不變性的感知哈希算法(perceptual?hash?algorithm)進(jìn)行計(jì)算的。感知哈希算法對(duì)每張圖像生成一個(gè)“指紋”(fingerprint)字符串，然后比較不同圖像的指紋。結(jié)果越接近，就說(shuō)明圖像越相似。感知哈希算法的優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單、快速且不受圖像大小縮放的影響。

9、進(jìn)一步地，如圖2所示，s14中將所述加密水印信息串w1i轉(zhuǎn)換成黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'，并將所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'添加到所述圖像幀f1i的邊緣，包括：

10、s141.預(yù)設(shè)所述圖像幀f1i的邊緣可以放ni個(gè)水印信息單元；

11、s142.計(jì)算所述水印信息單元高度mi，具體為：

12、a1.當(dāng)所述圖像幀f1i分辨率的高度hi≤1080時(shí)，所述水印信息單元高度mi=2；

13、a2.當(dāng)所述圖像幀f1i分辨率的高度hi＞1080時(shí)，按比例同比放大所述水印信息單元高度mi并向下取整，即所述水印信息單元高度；

14、s143.計(jì)算所述水印信息單元寬度ki：將所述圖像幀f1i分辨率的寬度wi劃分為ni等份，所述水印信息單元寬度ki?=?floor(wi/ni)；

15、s144.根據(jù)所述加密水印信息串w1i中的信息位依次將所述圖像幀f1i邊緣的ni個(gè)所述的水印信息單元進(jìn)行填充，具體為：

16、b1.當(dāng)所述加密水印信息串w1i中的信息位為0時(shí)，所述水印信息單元顏色設(shè)置為灰度值為0的深黑色；

17、b2.當(dāng)所述加密水印信息串w1i中的信息位為1時(shí)，所述水印信息單元顏色設(shè)置為灰度值＞0的淺黑色，所述淺黑色的灰度值可根據(jù)視頻壓縮程度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

18、進(jìn)一步地，s12中所述圖像幀f1i的邊緣可以是頂部邊緣，也可以是底部邊緣、左邊邊緣、右邊邊緣，或者是頂部邊緣、底部邊緣、左邊邊緣、右邊邊緣的任意組合，但從添加水印的隱藏效果來(lái)講，添加水印在圖像幀的頂部邊緣時(shí)，水印的隱藏效果最好。此處應(yīng)注意所述水印信息單元的高度和寬度計(jì)算方式應(yīng)隨著水印放置的邊緣位置適當(dāng)性進(jìn)行調(diào)整。

19、第二方面，如圖3所示，本發(fā)明提出一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印系統(tǒng)，采用如第一方面所述的基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法，包括：

20、圖像幀提取模塊d31，預(yù)設(shè)一個(gè)視頻文件v和所述視頻文件v用戶(hù)唯一編碼，將所述視頻文件v解碼成i圖像幀f1i，i=1，2，……，i；

21、圖像幀指紋計(jì)算模塊d32，將所述圖像幀f1i的分辨率縮放到，裁剪掉所述圖像幀f1i邊緣的8像素得到圖像幀f2i，對(duì)所述圖像幀f2i進(jìn)行計(jì)算得到所述圖像幀f2i的圖像幀指紋；

22、水印信息編碼模塊d33，將所述圖像幀f2i的圖像幀指紋和所述視頻文件v用戶(hù)唯一編碼拼接并進(jìn)行加密轉(zhuǎn)為二進(jìn)制的加密水印信息串w1i；

23、差分水印信號(hào)生成與添加模塊d34，將所述加密水印信息串w1i轉(zhuǎn)換成黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'，并將所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'添加到所述圖像幀f1i的邊緣，得到添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的圖像幀f1i；

24、水印視頻合成模塊d35，將所述添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的圖像幀f1i替換到所述視頻文件v中,采用相同的參數(shù)壓縮編碼形成添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1i'的視頻文件v’。

25、第三方面，如圖4所示，本發(fā)明提出一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)方法，包括：

26、s31.預(yù)設(shè)一個(gè)視頻文件v1，一個(gè)公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1，將所述視頻文件v1解碼成j個(gè)圖像幀f3j，j=1，2，……，j；

27、s32.將所述圖像幀f3j的分辨率縮放到，裁剪掉所述圖像幀f3j邊緣的8像素得到圖像幀f4j，對(duì)所述圖像幀f4j進(jìn)行計(jì)算得到所述圖像幀f4j的圖像幀指紋a1j；

28、s33.將所述圖像幀f4j的圖像幀指紋a1j和所述公共顯示屏用戶(hù)的唯一編碼b1拼接并進(jìn)行加密轉(zhuǎn)為二進(jìn)制的加密水印信息串w1j，所述加密水印信息串長(zhǎng)度為n1j位；

29、s34.將所述加密水印信息串w1j轉(zhuǎn)換成黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’，并將所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’添加到所述圖像幀f3j的邊緣，得到所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’的圖像幀f3j

30、s35.解密并切分所述添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’的圖像幀f3j，得到j(luò)個(gè)所述圖像幀f3j的圖像幀指紋aj和一個(gè)公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b；

31、s36.對(duì)比所述j個(gè)圖像幀f3j的圖像幀指紋a1j與aj，所述公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1和b，判斷所述視頻文件v1是否被篡改，具體為：

32、c1.當(dāng)所述j個(gè)圖像幀f3j的圖像幀指紋a1j與aj的相似度≥設(shè)定閾值且公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1和b一致，則說(shuō)明所述圖像幀f3j未被篡改，即可判定所述視頻文件v1未被篡改；

33、c2.當(dāng)所述j個(gè)圖像幀f3j中任一圖像幀指紋a1j與aj的相似度＜設(shè)定閾值或公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1和b不一致，則說(shuō)明所述圖像幀f3j被篡改或被替換，即可判定所述視頻文件v1被篡改或被替換。

34、第四方面，如圖5所示，本發(fā)明提出一種基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)系統(tǒng)，采用如第三方面所述的基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)方法，包括：

35、圖像幀提取模塊d51，預(yù)設(shè)一個(gè)視頻文件v1，一個(gè)公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1，將所述視頻文件v1解碼成j個(gè)圖像幀f3j，j=1，2，……，j；

36、圖像幀指紋計(jì)算模塊d52，將所述圖像幀f3j的分辨率縮放到，裁剪掉所述圖像幀f3j邊緣的8像素得到圖像幀f4j，對(duì)所述圖像幀f4j進(jìn)行計(jì)算得到所述圖像幀f4j的圖像幀指紋a1j；

37、水印信息編碼模塊d53，將所述圖像幀f4j的圖像幀指紋a1j和所述公共顯示屏用戶(hù)的唯一編碼b1拼接并進(jìn)行加密轉(zhuǎn)為二進(jìn)制的加密水印信息串w1j，所述加密水印信息串長(zhǎng)度為n1j位；

38、差分水印信號(hào)生成與添加模塊d54，將所述加密水印信息串w1j轉(zhuǎn)換成黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’,并將所述黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’添加到所述圖像幀f3j的邊緣，得到添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’的圖像幀f3j；

39、圖像幀指紋與用戶(hù)唯一編碼可逆計(jì)算模塊d55，解密并切分所述添加黑色背景的微弱差分水印信號(hào)w1j’的圖像幀f4j，得到j(luò)個(gè)所述圖像幀f3j的圖像幀指紋aj和一個(gè)公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b；

40、判斷視頻是否被篡改模塊d56：對(duì)比所述j個(gè)圖像幀f3j的圖像幀指紋a1j與aj，所述公共顯示屏用戶(hù)唯一編碼b1和b，判斷所述視頻是否被替換或被篡改。

41、第五方面，如圖6所示，本發(fā)明提出一種公共顯示屏投放視頻內(nèi)容檢測(cè)裝置，包括視頻播放器、篡改檢測(cè)裝置、公共顯示屏，所述篡改檢測(cè)裝置位于所述視頻播放與公共顯示屏之間，所述篡改檢測(cè)裝置包括：輸入信號(hào)源、主路信號(hào)緩沖裝置、旁路信號(hào)檢測(cè)裝置及輸出信號(hào)源，其中，

42、所述輸入信號(hào)源，用于接收視頻播放器中的信號(hào)或視頻信號(hào)輸入；

43、所述主路信號(hào)緩沖裝置，包括延遲緩沖器，所述延遲緩沖器可延時(shí)所述視頻信號(hào)輸入若干秒后再輸出；

44、所述旁路信號(hào)檢測(cè)裝置，包括如第四方面所述的基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)所述視頻播放器中的視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，判斷所述視頻是否被替換或者被篡改；

45、所述輸出信號(hào)源，輸出所述視頻或輸出預(yù)設(shè)畫(huà)面到公共顯示屏，具體為：

46、當(dāng)所述旁路信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)出所述視頻未被篡改，所述輸出信號(hào)源輸出所述視頻到公共顯示屏；

47、當(dāng)所述旁路信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)出所述視頻被替換或者被篡改，所述輸出信號(hào)源輸出預(yù)設(shè)畫(huà)面到公共顯示屏。

48、第六方面，本發(fā)明提出一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法或基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)方法。

49、第七方面，本發(fā)明提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法或基于邊緣像素隱蔽性的視頻水印檢測(cè)方法。

50、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

51、1.視頻具有更優(yōu)的畫(huà)面質(zhì)量：本發(fā)明提出的基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法，通過(guò)將水印信息編碼成微弱差分水印信號(hào)，覆蓋在圖像幀的邊緣像素上，利用邊緣像素的隱蔽性隱藏水印信息。相較于傳統(tǒng)的在整個(gè)視頻畫(huà)面中添加特定噪聲的水印信號(hào)，更不易被察覺(jué)，且減少了對(duì)畫(huà)面質(zhì)量的影響；

52、2.噪聲類(lèi)水印可抵抗更強(qiáng)的視頻轉(zhuǎn)碼壓縮和分辨率調(diào)整：本發(fā)明提出的基于邊緣像素隱蔽性的視頻防篡改水印方法，在公共顯示屏投放視頻內(nèi)容轉(zhuǎn)碼和分辨率變化時(shí)，能夠保持水印的有效性，不需要重新簽名，解決了現(xiàn)有技術(shù)中簽名信息在轉(zhuǎn)碼壓縮后失效的問(wèn)題。該優(yōu)點(diǎn)對(duì)于需要頻繁轉(zhuǎn)碼的場(chǎng)景尤為重要，如8k超高清視頻轉(zhuǎn)碼成2k、1080p等不同分辨率的情況；

53、3.檢測(cè)裝置具有實(shí)時(shí)檢測(cè)的功能：本發(fā)明提出的公共顯示屏投放視頻內(nèi)容檢測(cè)裝置能夠在視頻播放時(shí)實(shí)時(shí)從信號(hào)或視頻流信號(hào)中提取差分水印信號(hào)，并與圖像指紋進(jìn)行比對(duì)判斷視頻是否視頻被被篡改或被替換。相較于現(xiàn)有技術(shù)，減少了實(shí)時(shí)播放檢測(cè)時(shí)的掉幀卡頓問(wèn)題，降低了檢測(cè)裝置的性能配置要求及成本。