用于数字水印的设备和方法与流程

本发明涉及数据处理。更具体地，本发明涉及用于视频流的数字水印的设备和方法。

背景技术：

1、随着数字多媒体数据的使用和分发增加，内容保护变得越来越重要，以避免无限制地复制和传播受版权保护材料。数字水印技术作为加密的补充方法出现，用于受版权保护材料的内容保护。数字水印技术在原始内容中嵌入秘密的不易察觉的信号，即水印。它通常与原始内容一起存在，并在变换、转换和转码过程中留存。

2、在摄像攻击中，使用摄像机重新录制显示器上显示的视频流。在此过程中，重新录制的视频流可能会经历不同种类的重大改变，但仍使视频流保持良好的质量以便欣赏其内容。这种攻击的一个示例可能存在于电影院房间，恶意用户使用摄像机（例如智能手机相机）录制放映的电影。

3、阻止这种攻击的主要手段是在视频内容中嵌入不易察觉的水印，该水印在重新录制后依然存在，并包含有助于识别可能泄露点的信息。尽管已经有一些已知技术尝试对抗这种攻击，但主要问题基本上仍然没有解决，因为现有技术的鲁棒性和生存能力都很弱，并且需要精确的外部条件才能工作。除此之外，嵌入水印所需的计算能力和每帧延迟使得这些现有技术不适用于直播场景，在该场景中，水印的（近）实时嵌入是一项基本功能，并且在嵌入过程开始时不知道视频的全部内容。此外，重新录制过程可能会引入与帧重新对齐相关的新挑战。大多数传统的水印技术都需要将视频重新对齐到其原始形状。该过程在大多数情况下不是自动化的，需要人工干预来选择显示器的四个角。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于数字水印的设备和方法。

2、上述和其它目的通过独立权利要求请求保护的主题实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

3、更具体地，提供了一种数据处理装置（也称为编码装置），用于将消息比特序列（即，数字水印）嵌入（即，编码）到包括多个帧的视频流中。所述数据处理装置包括：处理电路，用于通过以下方式修改所述视频流的所述多个帧中的至少一个帧：

4、基于小波核滤波器确定所述视频流的所述多个帧中的所述至少一个帧的一个或多个变换帧；

5、通过以下方式对所述消息比特序列进行编码：针对所述消息比特序列的每个比特，根据所述消息比特序列的相应消息比特的值，对所述一个或多个变换帧的子帧的元素的绝对值与第一编码矩阵（也称为第一编码模式）的元素或第二编码矩阵（也称为第二编码模式）的元素执行逐点相乘（也称为逐元素相乘，即逐个元素），以获取一个或多个经修改变换帧；

6、将所述一个或多个经修改变换帧添加到所述至少一个原始帧中，以将所述消息比特序列嵌入到所述视频流的所述至少一个帧中。因此，提供了一种用于将数字水印嵌入到视频流中的改进的编码装置。

7、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于基于所述小波核滤波器，通过沿着所述至少一个原始帧的一个或多个方向进行所述小波核滤波器的卷积，确定所述至少一个帧的所述一个或多个变换帧。所述小波核滤波器可以由滤波器系数的一维数组来定义。

8、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于通过所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的水平方向的卷积、所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的垂直方向的卷积和/或所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的对角线方向的卷积，确定所述一个或多个变换帧。

9、在另一种可能的实现方式中，所述视频流包括yuv视频流，所述yuv视频流的所述多个帧中的所述至少一个原始帧是y帧（也称为y通道）。

10、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路还用于对所述多个帧中的所述至少一个帧进行缩小尺寸，以获取所述至少一个帧的缩小尺寸版本，并修改所述视频流的所述多个帧中的所述至少一个帧的所述缩小尺寸版本。

11、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于以2倍或更高的系数将所述多个帧中的所述至少一个帧进行缩小尺寸，以获取所述至少一个帧的缩小尺寸版本。

12、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路还用于对所述一个或多个经修改变换帧的相应缩小尺寸版本进行放大尺寸，以将所述相应的经修改变换帧添加到所述至少一个帧中，以将所述消息比特序列嵌入到所述视频流的所述至少一个帧中。

13、在另一种可能的实现方式中，所述第一编码矩阵（即，编码模式）的元素具有值+1或–1，且所述第二编码矩阵（即，编码模式）是所述第一编码矩阵的所述元素与–1的逐点相乘的结果。

14、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于基于随机数生成器生成所述第一编码矩阵和/或所述第二编码矩阵。

15、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于生成所述第一编码矩阵和/或所述第二编码矩阵，以具有期望的空间频率分布和/或期望的正交度。

16、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路还用于在将所述一个或多个经修改变换帧添加到所述至少一个原始帧中，以将所述消息比特序列嵌入到所述视频流的所述至少一个原始帧中之前，将所述一个或多个经修改变换帧的元素中的至少一部分元素乘以小于1的缩放因子。

17、根据第二方面，公开了一种用于将消息比特序列（即数字水印）嵌入到包括多个帧的视频流中的方法。所述方法包括以下步骤：

18、基于小波核滤波器确定所述视频流的所述多个帧中的至少一个原始帧的一个或多个变换帧；

19、通过以下方式对所述消息比特序列进行编码：针对所述消息比特序列的每个比特，根据所述消息比特序列的相应消息比特的值，对所述一个或多个变换帧的子帧的元素的绝对值与第一编码矩阵的元素或第二编码矩阵的元素执行逐点相乘，以获取一个或多个经修改变换帧；

20、将所述一个或多个经修改变换帧添加到所述至少一个原始帧中，以将所述消息比特序列嵌入到所述视频流的所述至少一个原始帧中。

21、根据第二方面所述的编码方法可以由根据第一方面所述的编码装置执行。因此，根据第二方面所述的编码方法的其它特征直接来自根据第一方面及上文和下文中描述的其不同实现方式所述的编码装置的功能。

22、根据第三方面，公开了一种用于从包括多个帧的视频流中对消息比特序列（即，数字水印）进行解码（即，检索）的数据处理装置。所述数据处理装置包括：处理电路，用于通过以下方式从所述视频流的所述多个帧中的至少一个帧中对所述消息比特序列进行解码：

23、基于小波核滤波器确定所述视频流的所述多个帧中的所述至少一个帧的一个或多个变换帧；

24、基于所述一个或多个变换帧或所述一个或多个变换帧的和确定复合变换帧；

25、通过以下方式从所述复合变换帧中对所述消息比特序列进行解码：针对所述复合变换帧的一个或多个子帧，确定与第一编码矩阵的第一相关值和与第二编码矩阵的第二相关值，并基于所述复合变换帧的所述一个或多个子帧中的每个子帧的所述第一相关值和所述第二相关值，确定所述消息比特序列。因此，提供了一种用于从视频流中提取数字水印的改进的解码装置。

26、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于基于所述小波核，通过沿着所述至少一个帧的一个或多个方向进行所述小波核的卷积，确定所述至少一个帧的所述一个或多个变换帧。

27、在另一种可能的实现方式中，处理电路用于通过所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的水平方向的卷积、所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的垂直方向的卷积和/或所述小波核滤波器沿着所述至少一个帧的对角线方向的卷积，确定所述一个或多个变换帧。

28、在另一种可能的实现方式中，所述视频流包括yuv视频流，所述yuv视频流的所述多个帧中的所述至少一个帧是y帧。

29、在另一种可能的实现方式中，所述第一编码矩阵（即，编码模式）的元素具有值+1或–1，且所述第二编码矩阵（即，编码模式）是所述第一编码矩阵的所述元素与–1的逐点相乘的结果。

30、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于生成所述第一编码矩阵（即，编码模式）和/或所述第二编码矩阵（即，编码模式），或从编码装置接收所述第一编码矩阵（即，解码模式）和/或所述第二编码矩阵（即，解码模式），所述编码装置用于将所述消息比特序列编码到所述视频流中。

31、在另一种可能的实现方式中，所述处理电路用于生成所述第一编码矩阵（即，所述第一解码模式）和/或所述第二编码矩阵（即，解码模式），以具有期望的空间频率分布和/或期望的正交度。

32、根据第四方面，公开了一种用于从包括多个帧的视频流中对消息比特序列（即，数字水印）进行解码（即，检索）的数据处理方法。所述数据处理方法包括以下步骤：

33、基于小波核滤波器确定所述视频流的所述多个帧中的至少一个帧的一个或多个变换帧；

34、基于所述一个或多个变换帧或所述一个或多个变换帧的和确定复合变换帧；

35、通过以下方式从所述复合变换帧中对所述消息比特序列进行解码：针对所述复合变换帧的一个或多个子帧，确定与第一编码矩阵的第一相关值和与第二编码矩阵的第二相关值，并基于所述复合变换帧的所述一个或多个子帧中的每个子帧的所述第一相关值和所述第二相关值，确定所述消息比特序列。

36、根据第四方面所述的解码方法可以由根据第三方面所述的解码装置执行。因此，根据第四方面所述的解码方法的其它特征直接来自根据第三方面及上文和下文中描述的其不同实现方式所述的解码装置的功能。

37、根据第五方面，提供了一种计算机程序或计算机程序产品，包括携带程序代码的计算机可读存储介质，当所述程序代码由计算机或处理器执行时，所述计算机或所述处理器执行根据第二方面所述的方法或根据第四方面所述的方法。

38、本发明的不同方面可以在软件和/或硬件中实现。

39、一个或多个实施例的细节在以下附图和说明书中阐述。其它特征、目标和优点将从说明书、附图和权利要求中显而易见。