专利名称：基于h.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取方法
技术领域：
本发明涉及的是一种信息安全技术领域的方法，具体是一种基于H. ^4/AVC数字 视频编解码器标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取的方法。
背景技术：
随着计算机通信技术的迅速发展、互联网应用的普及、信息媒体的数字化，使得数 字图像、音乐、视频作品在网络上的发布、传播和交换愈加普遍。然而，数字多媒体产品易于 无损复制、分发的特性，使得通过网络快速随意批量传播多媒体产品的现象普遍存在。数字 水印技术作为信息的可以有效解决数字版权保护的技术手段之一，近年来已成为信息处理 与信息安全领域研究的热点。数字水印技术，是将水印信息通过一定的方法嵌入到宿主数据中。水印的存在要 以不破坏原有数据的欣赏价值、使用价值为原则，并且要求即使含有水印的信息被一定程 度的改变(攻击)，仍能正确检测或提取出来。在数字水印技术当中，视频水印技术由于其 自身所具有的研究价值和潜在的市场需求备受学者和科研机构的关注。但由于现在的视频 压缩编码标准为水印算法的设计带来一定的局限性，使得视频水印技术的发展略显滞后。目前正在应用的视频压缩标准包括MPEG-x、H. 26x,AVS等，H. 264也被称为MPEG-4 PartlO或AVC(高级视频编码)是最新提出的高度压缩数字视频编解码器标准。相对以前 的编解码标准而言，H. 264能够更为有效的进行编码，在低比特率传输环境中，提供较好的 视频质量。同时，H. 264标准能够应用于组播、DVD存储等各种网络和系统中，可适应性极 佳。H. 264以其优越性必将成为主流的视频标准，基于该标准的数字视频水印也具有广阔的 发展空间。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1018MM6，
公开日2010_10_06， 记载了 “一种基于H. 264运动矢量的视频水印嵌入提取方法”，该技术选择的嵌入位置为P 帧的运动矢量，具体嵌入水印的P帧帧号由密钥生成的伪随机序列确定，但因P帧的误差积 累会使视频的视觉效果受到一定影响。中国专利文献号CN101860744，
公开日2010-10-13， 则记载了一种“基于H. 264标准的实时数字视频水印方法”，该技术利用网络抽象层中(即 H. ^4/AVC影像编码标准的一部分Network Abstraction Layer)的辅助增强信息字段嵌入 数字水印，但因嵌入位置固定使得水印在隐蔽性和抗攻击性上有一定的缺陷。Noorkami等 人于 2005 年在国际会议 ICIP 上发表文章《Compressed-domain video watermarking for H.沈4》，将水印信息嵌入I帧中经过量化后的AC系数中，但这种方法因水印容量较小受到 一定的制约。由上述论述可见，针对H. 264标准嵌入水印的可选位置较多，但如何在保证水印 的隐蔽性和嵌入容量的同时，尽可能避免对视觉效果的影响，提高保真度，是视频信息隐藏 技术面临的挑战。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于H. 264标准运动矢量的脆弱 性水印嵌入和提取方法，在I帧前一个P帧的运动矢量中选择性地嵌入水印信息，水印容量 大并且保真度高；水印信息包含帧号和时间戳，并使用对称密码算法加密，具有抗攻击性并 可在一定精度上定位视频的篡改。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及一种基于H. 264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，包括以下步骤第一步、读取待嵌入的H. 264编码视频文件，提取后续将嵌入水印的视频帧帧号 序列{Pi，P2,......，PJ，η为包含水印的视频帧总数。所述的后续将嵌入水印的视频帧是指每个关键帧的前一个P帧，也即一个图像组 中的最后一个P帧。所述的图像组是指以I帧为起始至下一个I帧前的所有帧所组成的集合。第二步、针对每个将嵌入水印的P帧Pi,提取特定信息并加密得出最终嵌入的水印 数据^，具体为a)基于当前P帧帧号Pi,提取其前一个与后一个将嵌入水印的P帧帧号Ρη、Ρμ， 将三个帧号拼接即为定位帧号信息；b)计算嵌入水印时间点的认证性时间戳TS ；所述的时间戳是指从格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起，至该 视频被嵌入水印的时刻的总秒数。c)以定位帧号信息和时间戳作为明文信息，以用户输入的口令作为密钥，执行对 称加密算法得出相应的水印数据Wi ；d)在水印数据Wi之前添加可识别标签氏即得到最终需要嵌入的隐藏信息。第三步、处理待嵌入的H. 264编码视频文件，定位到每一个需要嵌入水印的P帧，
修改符合条件的运动矢量。待视频帧帧号序列{ρ1;ρ2，......,PJ中的所有P帧均嵌入完
毕，即获得含有隐藏信息的H. 264编码视频文件。所述的符合条件的运动矢量是指需要嵌入水印的P帧内所有的运动矢量中，大于 预设阈值的运动矢量的集合。所述的修改符合条件的运动矢量是指通过合理地修改运动矢量的值，使其具有一 定的奇偶性。针对二次编码过程中处理到的符合条件的运动矢量，需按序逐一嵌入隐藏信 息，具体公式为
权利要求
1.一种基于H. 264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步、读取待嵌入的H. 264编码视频文件，提取后续将嵌入水印的视频帧帧号序列IP1, P2,......, PnI, η为包含水印的视频帧总数；第二步、针对每个将嵌入水印的P帧Pi,提取特定信息并加密得出最终嵌入的水印数据Wi ；第三步、处理待嵌入的H. 264编码视频文件，定位到每一个需要嵌入水印的P帧，修改符合条件的运动矢量，待视频帧帧号序列{P” P2,......,PJ中的所有P帧均嵌入完毕，即获得含有隐藏信息的H. 264编码视频文件。
2.根据权利要求1所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，其特征是， 所述的后续将嵌入水印的视频帧是指每个关键帧的前一个P帧，也即一个图像组中的最后 一个P帧；所述的图像组是指以I帧为起始至下一个I帧前的所有帧所组成的集合。
3.根据权利要求1所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，其特征是， 所述的第二步包括a)基于当前P帧帧号Pi,提取其前一个与后一个将嵌入水印的P帧帧号PifPw，将三 个帧号拼接即为定位帧号信息；b)计算嵌入水印时间点的认证性时间戳TS；c)以定位帧号信息和时间戳作为明文信息，以用户输入的口令作为密钥，执行对称加 密算法得出相应的水印数据Wi ；d)在水印数据Wi之前添加可识别标签氏即得到最终需要嵌入的隐藏信息。
4.根据权利要求1所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，其特征是， 所述的第三步中符合条件的运动矢量是指需要嵌入水印的P帧内所有的运动矢量中，大于 预设阈值的运动矢量的集合。
5.根据权利要求1所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入方法，其特征是， 所述的第三步中修改符合条件的运动矢量是指通过修改运动矢量的奇偶性值以嵌入隐藏,丄 α ,, ;> ,、,("MVfcr-I, MVix mod 2 Φ Di mod 2 从,,缺 Λ、一 ,。《信息，具体公式为MVte=χ,其中MVix为第i个运动矢量IMVte,其匕的水平分量，Di为需要嵌入的隐藏信息的第i位。
6.一种基于H. 264标准运动矢量的脆弱性水印提取方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步、读取含有隐藏信息的H. 264编码视频文件，遍历其中的每一个P帧，通过判断是否包含可识别标签确定某一帧是否含有水印数据，并提取出其中的水印数据Wi’，同时生成包含水印的视频帧帧号序列{P/, P2',......，Pm，}，m为包含水印的视频帧总数；第二步、对视频帧Pi'中提取出的水印数据进行分析，根据水印的正确与否判断视 频是否被篡改。
7.根据权利要求6所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印提取方法，其特征 是，所述的第一步中所述的判断是否包含可识别标签是指按照编码顺序提取出P帧中 大于所述预设阈值的运动矢量，并根据运动矢量的奇偶性判断得出二进制序列，判断这个 二进制序列的前部与序列“0111110”是否相同，其中判断得出二进制序列的具体公式为Di = I1' ^modZ = I.为提取出的隐藏信肩、的第i位，MVix为第i个运动矢量的水平 10 , MVix mod 2 = 0分量。
8.根据权利要求6所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印提取方法，其特征是， 所述的第一步中提取出其中的水印数据是指以除去可识别标签的二进制序列为密文，用户 输入的口令为密钥，执行对称解密算法得出水印数据w’。
9.根据权利要求6所述的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印提取方法，其特征是， 所述的第二步包括a)提取水印数据Wi’中包含的定位帧号信息，并分离得到帧号PifPi，将三者与实际包含水印的视频帧帧号序列{ΡΛ p2，，......，pm，}进行比对，当三者与Pi-/、P/和Pi+1’ 一一对应，则通过该步验证；否则通过与该序列匹配实现视频遭到篡改的部分的定 位；b)提取水印数据Wi’中包含的时间戳信息TS’，可作为水印嵌入时间点的认证性信息， 完成隐藏信息检测。
全文摘要
一种信息安全技术领域的基于H.264标准运动矢量的脆弱性水印嵌入和提取方法，在I帧前一个P帧的运动矢量中选择性地嵌入水印信息，水印容量大并且保真度高；水印信息包含帧号和时间戳，并使用对称密码算法加密，具有抗攻击性并可在一定精度上定位视频的篡改；实施过程位于压缩域并且计算复杂度低，对视频编码比特率影响很小。
文档编号H04N21/8547GK102088611SQ201110056650
公开日2011年6月8日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者孙锬锋, 徐澜, 李良祯, 王琬, 程东阳, 蒋兴浩, 顾昕彪 申请人:上海交通大学