專利名稱：基于dct域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多媒體數(shù)字水印技術領域，具體涉及一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)及其方法。
背景技術：
隨著網(wǎng)絡通信的普及，許多傳統(tǒng)媒體內(nèi)容都向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，在無線領域，隨著移動網(wǎng)絡由第二代到第三代的演變，移動用戶將能方便快速的訪問因特網(wǎng)上數(shù)字媒體內(nèi)容，基 于有線或無線網(wǎng)絡的數(shù)字媒體內(nèi)容的應用即將是信息時代新的傳統(tǒng)。但是，數(shù)字媒體內(nèi)容 的安全問題成了瓶頸問題，一度制約著信息化進程。成熟的密碼學可以解決安全傳遞和訪問控制，它是通過把需要保護的信息轉(zhuǎn)換成 一種隱蔽的方式來阻止其他人得到，信息的接收方通過相應的密鑰來把得到密文譯碼成明 文，獲得真正的信息。DRM(Digital Right Management，數(shù)字化版權管理)是另一種版權保護的方法。 DRM技術的工作原理是，首先建立數(shù)字節(jié)目授權中心，編碼壓縮后的數(shù)字節(jié)目內(nèi)容，利用密 鑰(Key)可以被加密保護(lock)，加密的數(shù)字節(jié)目頭部存放著KeyID和節(jié)目授權中心的 URL。用戶在點播時，根據(jù)節(jié)目頭部的KeyID和URL信息，就可以通過數(shù)字節(jié)目授權中心的 驗證授權后送出相關的密鑰解密(unlock)，節(jié)目方可播放。需要保護的節(jié)目被加密，即使被 用戶下載保存，沒有得到數(shù)字節(jié)目授權中心的驗證授權也無法播放，從而嚴密地保護了節(jié) 目的版權。DRM技術包含數(shù)字化內(nèi)容在生產(chǎn)、傳播、銷售、使用過程中知識產(chǎn)權保護以及管理 的技術工具，是一類技術的總稱。它被廣泛用于對數(shù)字媒體進行訪問控制。訪問控制的種 類包括限定數(shù)字媒體的播放器、播放次數(shù)或期限，禁止錄音、拷貝、刻錄、文本復制等，適用 的多媒體種類包括電影、音樂CD、在線音樂、電子書、電子文檔等，目前已經(jīng)被索尼、蘋果、微 軟、英國廣播公司(BBC)等大公司廣泛應用。DRM通常在多媒體數(shù)據(jù)中加入認證信息，以限 制用戶的使用，而播放器、操作系統(tǒng)、聲卡中也有可能加入相應的DRM模塊來配合實現(xiàn)這一 限制。對于傳統(tǒng)的密碼學，隨著計算機處理能力的快速提高，這種通過不斷增加密鑰長 度來提高系統(tǒng)密級的方法變得越來越不安全，一旦解密后，數(shù)字媒體內(nèi)容便可以隨意的被 拷貝、傳播，這就是數(shù)字媒體內(nèi)容的超分布(Superdistribution)問題，它給媒體內(nèi)容制造 商造成了巨大損失，從而制約著數(shù)字多媒體應用的進。對于DRM技術原理可以看出該技術的復雜程度比較高，需要軟硬件共同配合來完 成，流程多，控制難道大，并且對用戶的限制過多，體驗度很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)及其方法， 通過向視頻數(shù)據(jù)中嵌入不可感知的水印信息，對授權的視頻數(shù)據(jù)進行版權保護，使受保護 的數(shù)字視頻內(nèi)容不被隨意復制、傳播，復雜程度較低，流程少，且易控制，以克服現(xiàn)有技術中存在的不足。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水印嵌入裝置以及水印檢測裝置，所述水印嵌入裝置包括選擇單元，用于在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中 選擇嵌入域；嵌入單元，內(nèi)嵌數(shù)字水印嵌入算法，用于將合法水印信息嵌入到所述嵌入域 中；所述水印檢測裝置包括提取單元，內(nèi)嵌與所述嵌入算法對應的提取算法，用于檢測并 提取待檢測視頻數(shù)據(jù)中的水印信息；比較單元，用于將所述提取單元提取到的水印信息與 所述合法水印信息相比較，對所述待檢測視頻數(shù)據(jù)的版權信息進行鑒別。其中，所述設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)為處于解/編碼階段的視頻數(shù)據(jù)。其中，所述嵌入域為解/碼編階段離散余弦反變換/變換域中的量化系數(shù)。其中，所述水印檢測裝置集成于客戶端系統(tǒng)，內(nèi)置于視頻解碼器中。其中，所述水印檢測裝置不集成于客戶端系統(tǒng)而作為獨立的檢測工具，還包括視 頻解碼器。其中，所述嵌入單元以及所述提取單元為內(nèi)嵌數(shù)字水印嵌入算法以及提取算法的 DSP芯片。一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印的嵌入方法，該方法包括步驟Si.將待嵌入數(shù)字水印的視頻數(shù)據(jù)送入視頻解碼器解碼；S2.在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中選擇嵌入域；S3.根據(jù)具體的數(shù)字水印嵌入算法，將合法水印信息嵌入到所述嵌入域中。其中，所述設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)為解/編碼階段的視頻數(shù)據(jù)。其中，所述嵌入域為解/碼編階段離散余弦反變換/變換域中的量化系數(shù)。一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印的檢測方法，該方法包括步驟Dl.對待檢測視頻數(shù)據(jù)進行解碼；D2.檢測所述視頻數(shù)據(jù)中是否包含水印信息，并根據(jù)具體的提取算法提取所述水 印信息；D3.將所述提取到的水印信息與合法水印信息相比較，對所述待檢測視頻數(shù)據(jù)的 版權信息進行鑒別。有益效果1、水印能抵抗惡意攻擊，使用特殊參數(shù)控制嵌入和提取過程，數(shù)字水印被嵌入后， 對沒有授權的第三方是絕對保密而且不可輕易破解的。2、當水印信息存在時，系統(tǒng)具有很高的檢測率，反之，具有很低的誤檢測率。3、水印算法用參數(shù)控制，選擇視頻中的冗余信息進行水印嵌入，且不會影響視頻 的播放速率，從而最大程度地減弱水印信息的加入對于視頻視覺質(zhì)量的影響，保障原視頻 信息的商業(yè)價值。4、水印算法復雜度較低，數(shù)字水印的嵌入、提取和檢測滿足視頻數(shù)據(jù)的實時性要 求。5、不需要原始視頻信息，根據(jù)參數(shù)直接進行盲檢測。6、水印內(nèi)容可以滿足廣播電視的容量需求，對于實時視頻可以達到100字節(jié)，對 于視頻文件可以根據(jù)文件大小，最大可以達到100KB，并且水印內(nèi)容可以是文字或者圖片。


圖1為本發(fā)明基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入方法流程圖；圖3為在解/編碼階段嵌入數(shù)字水印的流程示意圖；圖4為本發(fā)明基于DCT域的視頻數(shù)字水印檢測方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)及其嵌入與檢測方法，結合附圖和實施例說明如下。如圖1所示，本實施例中的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)包括水印 嵌入裝置100以及水印檢測裝置200，其中，水印嵌入裝置100進一步包括選擇單元101， 用于在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中選擇嵌入域；嵌入單元102，為內(nèi)嵌數(shù)字水印嵌入 算法的DSP芯片，用于將合法水印信息嵌入到嵌入域中；水印檢測裝置200進一步包括提 取單元201，內(nèi)嵌與所述嵌入算法對應的提取算法，用于檢測并提取待檢測視頻數(shù)據(jù)中的水 印信息；比較單元202，用于將提取單元201提取到的水印信息與合法水印信息相比較，對 待檢測視頻數(shù)據(jù)的版權信息進行鑒別。其中，設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)可以為原始視頻數(shù)據(jù)，或處于解、編碼階段的視頻 數(shù)據(jù)，或壓縮后的視頻數(shù)據(jù)，嵌入域可以為原始視頻數(shù)據(jù)，或編/解碼編階段離散余弦變換 (Discrete Cosine Transform，DCT) /反變換域中的量化系數(shù)，或壓縮后的視頻數(shù)據(jù)。選擇 哪種嵌入域，取決于對各項指標的具體需求，這受到視頻質(zhì)量、嵌入容量、嵌入速度等因素 制約選擇原始視頻數(shù)據(jù)作為嵌入域，原則上數(shù)字水印均可以應用于此，且嵌入算法比 較多，但是選擇原始視頻數(shù)據(jù)作為嵌入域，會增加視頻碼流的數(shù)據(jù)比特率，經(jīng)MPEG-4系列 編碼時壓縮后會丟失水印，視頻質(zhì)量會降低。選擇將水印直接嵌入到壓縮后的視頻數(shù)據(jù)中，沒有解碼和再編碼的過程，因而不 會造成視頻質(zhì)量的下降，同時計算復雜度低，但是由于壓縮比特率的限制而限定了嵌入水 印的數(shù)據(jù)量的大小。而本實施例中選擇將水印信息嵌入到解/編碼階段DCT反變換/變換域的量化系 數(shù)中，水印僅嵌入在DCT系數(shù)中，不會增加視頻流的數(shù)據(jù)比特率，易設計出抵抗多種攻擊的 水印。如圖2所示為本實施例中的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入方法包括步驟Si.將待嵌入數(shù)字水印的視頻數(shù)據(jù)送入MPEG-2/MPEG-4視頻解碼器，按照標準格 式進行解碼；S2.在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中選擇嵌入域，本實施例中選擇處于解碼或 編碼階段的視頻數(shù)據(jù)作為嵌入域；S3.根據(jù)具體的數(shù)字水印嵌入算法，將合法水印信息嵌入到嵌入域中，本實施例中 具體的嵌入算法為對DCT直流系數(shù)的修改。由于色度子塊的DCT直流系數(shù)對視覺系統(tǒng)很敏感，是一個在視頻流中始終存在并且很魯棒的參數(shù)，本方案將水印信息經(jīng)加密后嵌入到視頻I、P和B幀的色度子塊DCT的直 流系數(shù)(量化后、預測前)的最低位，這樣水印信息在不影響視頻效果的情況下難以去除， 所以魯棒性足夠強，同時采用補償算法來降低質(zhì)量損失，降低因水印嵌入而帶來的誤差。如圖3所示，MPEG-2/MPEG-4解碼器將視頻數(shù)據(jù)解碼深度達到進行DCT反變換或 DCT變換時，解碼數(shù)據(jù)被送至內(nèi)置嵌入算法的DSP芯片，由DSP芯片按上述方法將合法水印 信息嵌入。為在產(chǎn)生授權視頻數(shù)據(jù)內(nèi)容擴散以及產(chǎn)生非法拷貝嫌疑時進行版權真?zhèn)舞b別，需 對視頻數(shù)據(jù)的版權信息進行鑒別。本實施例中的水印檢測裝置200有兩種模式一是可以被集成于客戶端系統(tǒng)，內(nèi)置于MPEG-2/MPEG-4視頻解碼器中，在對 MPEG-2/MPEG-4視頻流進行解碼的同時進行版權信息的鑒別；另一種模式是不集成于客戶端系統(tǒng)中，而作為獨立的檢測工具，僅在出現(xiàn)版權糾 紛和非法拷貝嫌疑時使用，這種情況下，檢測裝置還包括一個MPEG-2/MPEG-4解碼器，在輸 入MPEG-2/MPEG-4視頻流時，在解碼的過程中使用水印算法對其進行檢測。如圖4所示，基于DCT域的視頻數(shù)字水印檢測方法包括步驟D1.對待檢測的MPEG-2/MPEG-4視頻數(shù)據(jù)進行解碼；D2.檢測該視頻數(shù)據(jù)中是否包含水印信息，并根據(jù)具體的提取算法提取其包含的 水印信息；D3.將提取到的水印信息與合法水印信息相比較，對待檢測的MPEG-2/MPEG-4視 頻數(shù)據(jù)的版權信息進行鑒別。通過使用本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法，向視頻數(shù)據(jù)中嵌入不可感知的水印信息，實 現(xiàn)對視頻源包含的版權信息的檢測和追蹤，使受保護的數(shù)字媒體內(nèi)容不被隨意復制、傳播， 保護數(shù)字媒體內(nèi)容提供商以及整個產(chǎn)業(yè)鏈，解決了加密技術在視頻領域難以應用的“盲 區(qū)”。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水印嵌入裝置(100)以及水印檢測裝置(200)，其特征在于，所述水印嵌入裝置(100)包括選擇單元(101)，用于在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中選擇嵌入域；嵌入單元(102)，內(nèi)嵌數(shù)字水印嵌入算法，用于將合法水印信息嵌入到所述嵌入域中；所述水印檢測裝置(200)包括提取單元(201)，內(nèi)嵌與所述嵌入算法對應的提取算法，用于檢測并提取待檢測視頻數(shù)據(jù)中的水印信息；比較單元(202)，用于將所述提取單元(201)提取到的水印信息與所述合法水印信息相比較，對所述待檢測視頻數(shù)據(jù)的版權信息進行鑒別。
2.如權利要求1所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述 設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)為處于解/編碼階段的視頻數(shù)據(jù)。
3.如權利要求1所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述 嵌入域為解/碼編階段離散余弦反變換/變換域中的量化系數(shù)。
4.如權利要求1所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述 水印檢測裝置(200)集成于客戶端系統(tǒng)，內(nèi)置于視頻解碼器中。
5.如權利要求1所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述 水印檢測裝置(200)不集成于客戶端系統(tǒng)而作為獨立的檢測工具，還包括視頻解碼器。
6.如權利要求1所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)，其特征在于，所 述嵌入單元(102)以及所述提取單元(201)為內(nèi)嵌數(shù)字水印嵌入算法以及提取算法的DSP芯片
7.一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印的嵌入方法，其特征在于，該方法包括步驟51.將待嵌入數(shù)字水印的視頻數(shù)據(jù)送入視頻解碼器解碼；52.在達到設定解碼深度的視頻數(shù)據(jù)中選擇嵌入域；53.根據(jù)具體的數(shù)字水印嵌入算法，將合法水印信息嵌入到所述嵌入域中。
8.如權利要求7所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印的嵌入方法，其特征在于，所述設定 解碼深度的視頻數(shù)據(jù)為解/編碼階段的視頻數(shù)據(jù)。
9.如權利要求7所述的基于DCT域的視頻數(shù)字水印的嵌入方法，其特征在于，所述嵌入 域為解/碼編階段離散余弦反變換/變換域中的量化系數(shù)。
10.一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印的檢測方法，其特征在于，該方法包括步驟 Dl.對待檢測視頻數(shù)據(jù)進行解碼；D2.檢測所述視頻數(shù)據(jù)中是否包含水印信息，并根據(jù)具體的提取算法提取所述水印信息；D3.將所述提取到的水印信息與合法水印信息相比較，對所述待檢測視頻數(shù)據(jù)的版權 信息進行鑒別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于DCT域的視頻數(shù)字水印嵌入與檢測系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括水印嵌入裝置以及水印檢測裝置，其中水印嵌入裝置包括用于選擇嵌入域的選擇單元，以及用于將合法水印信息嵌入到嵌入域中的嵌入單元；水印檢測裝置包括用于檢測并提取待檢測視頻數(shù)據(jù)中的水印信息的提取單元，以及用于進行版權信息鑒別的比較單元。本發(fā)明通過向數(shù)字視頻中嵌入不可感知的水印信息，實現(xiàn)對數(shù)字視頻中包含的版權信息的檢測和追蹤，使受保護的數(shù)字媒體內(nèi)容不被隨意復制、傳播，保護數(shù)字媒體內(nèi)容提供商以及整個產(chǎn)業(yè)鏈，且克服了現(xiàn)有技術中存在的不足。
文檔編號H04N5/913GK101808241SQ200910077460
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權日2009年2月12日
發(fā)明者姜河 申請人:北京金石威視科技發(fā)展有限公司