立体视频嵌入水印的方法、装置及提取水印的方法与流程

本发明涉及数字水印技术领域，具体来说，涉及一种立体视频嵌入水印的方法和装置、以及从立体视频中提取水印的方法。

背景技术：

互联网技术的发展使得数字产品的传播变得极其便利，但是与此同时，也使盗版者能以极低廉的成本拷贝和传播未获得授权的数字产品，给版权方带来了巨大的损害。因此，多媒体的版权保护成为了一个研究热点。

数字水印技术是近年来发展起来的一种用于数字产品版权保护以及内容真实性与完整性认证的新型技术。数字水印技术在不影响数字产品原始使用价值的前提下，将一些可以用来标志版权的信息嵌入到数字载体中。当发生版权冲突时，嵌入的数字水印可以被检测并提取出来，且提取的水印信息是可识别的，从而达到版权保护的目的。

传统的视频水印技术主要可以分为空域嵌入方法和频域嵌入方法两种。空域嵌入方法采用直接在信号空间上叠加水印信息，从而改变图像像素的值。一般来说，空域算法运算量小，嵌入的信息量较大，而且隐蔽性好。但是，由于图像像素上的数据可能在一些信号处理的过程中被过滤掉，所以空域嵌入方法的鲁棒性较差。频域嵌入方法主要通过改变频域系数的大小关系完成水印信号的叠加的，一般来说，频域上的每个系数值都需要空域上的所有像素点参与计算，所以频域系数能量可以分布到空域的所有像素上，频域嵌入方法的鲁棒性、不可见性以及水印容量都优于空域嵌入方法。

但是，空域嵌入方法和频域嵌入方法都对媒体数据进行了修改。为了解决这个问题，提出了零水印的概念和理论，零水印不改变原始图像信息，通过提取原始图像重要特征来构造水印，然后将得到的水印信息注册到版权认证数据库。零水印避免了嵌入水印的失真处理，因此很好的解决了水印不可见性和鲁棒性之间的矛盾。

立体视频是未来视频技术的一个重要发展方向。立体视频利用了人眼的双目视差原理，通过使用两个摄像机同时采集同一场景的视频信号，得到左右两路视频信号，再通过一定的途径将两路视频信号分别传送到人的左右两眼，使得左眼看到的是偏左的图像，右眼看到的是偏右的图像，形成双目视差，最后通过人的大脑合成来模拟真实的场景，达到立体视频的效果。然而，传统的数字水印技术对原数据都会造成一定程度的损坏，造成对立体视频视觉效果的破坏。

现有技术中对立体视频嵌入水印的方法是将立体视频当成二维视频进行处理，直接嵌入传统的数字水印，例如利用平面图像中的方法分别在左右图像中单独嵌入水印，通过改进的最大加工时间算法(Improved Longest Processing Time，ILPT)获得相邻视点的相似块，利用关系调制嵌入水印。另一种方法是将水印信息嵌入到立体图像的其中一个图像上，然后求取视差，传输没有嵌入水印的图像和视差图，在解码时通过一副图像和一副视差图绘制另一幅图像，最后在绘制的图像中提取水印信息，由于水印容量受到限制，导致恢复出的图像质量和原图像质量相差很大。因此，现有的立体视频嵌入水印的方法不能很好地处理透明性和鲁棒性的矛盾，立体视频被修改后，可能会影响立体效果。

针对相关技术中立体视频会被修改、透明性和鲁棒性彼此制约的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中立体视频会被修改、透明性和鲁棒性彼此制约的问题，本发明提出一种立体视频嵌入水印的方法和装置、以及立体视频提取水印的方法，避免了对立体视频的修改，同时具有良好的鲁棒性。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种立体视频嵌入水印的方法，包括：将水印标识序列嵌入立体视频帧；获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，并根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数与水印信息的比对关系生成嵌入方式系数；以及存储密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量。

优选地，水印信息为水印图像，水印图像为二值水印图像；以及水印信息容量为水印图像以像素为单位的高度和宽度。

优选地，获取左匹配图像和右匹配图像的相关系数，包括：将左匹配图像和右匹配图像同样地划分为8×8个左匹配图像块和8×8右匹配图像块；对各个左匹配图像块和各个右匹配图像块均进行DCT变换以得到各个左匹配图像块的直流系数和各个右匹配图像块的直流系数；以及根据各个左匹配图像块的直流系数与对应的各个右匹配图像块的直流系数的数值关系得到各个左匹配图像块与对应的相同位置的各个右匹配图像块的相关系数。

优选地，根据相关系数与水印信息的比对关系生成嵌入方式系数，包括：确定相关系数与水印图像中相应像素的像素点值之间的比对关系，其中水印图像的像素数应大于左匹配图像块的数量或右匹配图像块的数量；以及根据比对关系生成嵌入方式系数。

优选地，获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，包括：获取立体视频帧并从立体视频帧中获取左图像与右图像，并设置以像素为单位的偏移量i的初始值为1；将右图像的左边界向右偏移i列得到偏移后的右图像，并将左图像的右边界向左偏移i列得到偏移后的左图像，获取偏移后的右图像与偏移后的左图像的像素灰度值的差值；将差值的绝对值之和除以偏移后的左图像的像素数得到对应于偏移量i的视差分量；偏移量i加1；以及当偏移量i大于左图像的以像素为单位的宽度的二分之一时，获取全局视差，全局视差包括最小数值的视差分量以及最小数值的视差分量对应的偏移量i。

根据本发明的另一方面，提供了一种立体视频提取水印的方法，包括：在立体视频帧中提取水印标识序列；获取密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量；根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；以及根据嵌入方式系数获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数和嵌入方式系数提取水印信息。

优选地，水印信息为水印图像，水印图像为二值水印图像；水印信息容量为水印图像以像素为单位的高度和宽度。

优选地，根据嵌入方式系数获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，包括：将左匹配图像和右匹配图像同样地划分为8×8个左匹配图像块和8×8右匹配图像块；对各个左匹配图像块和各个右匹配图像块均进行DCT变换以得到各个左匹配图像块的直流系数和各个右匹配图像块的直流系数；以及根据各个左匹配图像块的直流系数与对应的各个右匹配图像块的直流系数的数值关系得到各个左匹配图像块与对应的相同位置的各个右匹配图像块的相关系数。

优选地，根据相关系数和密钥提取水印信息，包括：根据嵌入方式系数得到相关系数与水印图像中相应像素的像素点值之间的比对关系；以及根据比对关系得到水印图像的各个像素点值以提取水印图像。

根据本发明的又一方面，提供了一种立体视频嵌入水印的装置，包括：标识嵌入单元，用于将水印标识序列嵌入立体视频帧；嵌入处理单元，用于获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，并根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；水印嵌入单元，用于获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数与水印信息的比对关系生成嵌入方式系数；以及密钥存储单元，用于存储密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量。

本发明通过综合利用立体视频的全局视差特性的零水印技术，立体视频嵌入水印信息后，视频数据不被中损坏，避免了在嵌入水印图像时修改立体视频图像的问题，进而不会影响视频的观看效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的立体视频嵌入水印的方法的流程图；

图2是根据本发明具体实施例的立体视频嵌入水印图像的方法的流程图；

图3是图2中获取全局视差的方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的立体视频提取水印的方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的立体视频提取水印图像的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种立体视频嵌入水印的方法和装置、以及从立体视频中提取水印的方法和装置。

如图1所示，根据本发明实施例的立体视频嵌入水印的方法包括以下步骤：

S101，将水印标识序列嵌入立体视频帧；

S103，获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，并根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；

S105，获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数与水印信息的比对关系生成嵌入方式系数；以及

S107，存储密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量。

通过上述技术方案，综合利用了立体视频的全局视差特性的零水印技术，立体视频嵌入水印信息后，视频数据不被中损坏，避免了在嵌入水印图像时修改立体视频图像的问题，进而不会影响视频的观看效果。

在步骤S101中，将水印标识序列嵌入立体视频帧，作为提取水印时判断该立体视频帧是否有水印的依据。水印标示序列可以是二进制的数值序列，例如可以由100个连续的1组成的水印标示序列。因为在水印嵌入时，有时不需要对每一个立体视频帧都嵌入水印，因此可以对等间隔的多个立体视频帧嵌入水印标示序列并随之嵌入水印。

在一个实施例中，水印信息为水印图像，水印图像为二值水印图像；以及水印信息容量为水印图像以像素为单位的高度和宽度。可选地，水印信息可以是文本信息，此时的水印信息容量为文本信息的大小。

参考图1和图2所示，在步骤S103中，获取需要嵌入水印的立体视频帧，并从该立体视频帧中得到左图像和右图像，然后根据左图像和右图像获取全局视差，并根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像以作为水印嵌入区域。

进一步地，结合图3所示，获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，包括以下步骤：

获取立体视频帧并从立体视频帧中获取左图像与右图像，并设置以像素为单位的偏移量i的初始值为1；在本实施例中，为便于后续计算对左图像和右图像均转换为灰度图像；

将右图像的左边界向右偏移i列得到偏移后的右图像，并将左图像的右边界向左偏移i列得到偏移后的左图像；

将偏移后的右图像与偏移后的左图像按照像素相减，以获取偏移后的右图像与偏移后的左图像的像素灰度值的差值；将该差值的绝对值之和除以偏移后的左(或右)图像的像素数；此偏移后的左(或右)图像的像素数可由(W-i)×H计算，其中W为偏移后的左(或右)图像的以像素为单位的宽度，H为偏移后的左(或右)图像的以像素为单位的高度。

得到对应于偏移量i的视差分量value_i；偏移量i加1；

判断偏移量i是否大于左(或右)图像的以像素为单位的宽度的二分之一；

当偏移量i在左(或右)图像的宽度的二分之一以下的范围内时，重复上述步骤；

当偏移量i大于左(或右)图像的宽度的二分之一时，获取全局视差，全局视差即为最小数值的视差分量value_min以及最小数值的视差分量value_min对应的偏移量i。进一步地，根据最小数值的视差分量value_min以及最小数值的视差分量value_min对应的偏移量i可以绘制全局视差的曲线图。

参考图2，在步骤S105中包括以下步骤：

将左匹配图像和右匹配图像同样地划分为8×8个左匹配图像块和8×8右匹配图像块；

对各个左匹配图像块和各个右匹配图像块均进行DCT(离散余弦)变换；

获取对应各个左匹配图像块的图像矩阵及对应各个右匹配图像块的图像矩阵；并将各个左匹配图像块的图像矩阵记为B_L,j，将各个右匹配图像块的图像矩阵记为B_R,j，其中j为正整数；并得到各个左匹配图像块的直流系数和各个右匹配图像块的直流系数；

根据各个左匹配图像块的直流系数与对应的各个右匹配图像块的直流系数的数值关系得到各个左匹配图像块与对应的相同位置的各个右匹配图像块的相关系数；具体的，比较第j个左匹配图像块的直流系数DC_L,j与第j个右匹配图像块的直流系数DC_R,j，若DC_L,j大于DC_R,j，则将相关系数的对应位的数值记为1；若DC_L,j小于或等于DC_R,j，则将相关系数对应的第j位的数值记为0；

进一步地，步骤S105还包括：

确定相关系数与水印图像中相应像素的像素点值之间的比对关系，且水印图像的像素数应大于左匹配图像块的数量；以及根据比对关系生成嵌入方式系数。其中，嵌入方式系数优选为由多个比特位构成的数值序列。

同样参考图2，在本实施例中，水印图像可以是对原始水印图像通过Arnold变换进行多次置乱而得到水印图像，且此水印图像由m×m个像素构成；

判断相关系数第j位的数值与二值水印图像的第j个像素的像素点值是否相同，若上述判断的结果是相同，则将嵌入方式系数的第j位的数值记为0，其他数据不作任何改变；若上述判断的结果是不相同，则将嵌入方式系数的第j位的数值记为1，其他数据也不作任何改变；

判断j是否小于二值水印图像的像素数m×m，若j小于m×m，则j加1并返回至获取对应各个左匹配图像块的图像矩阵及对应各个右匹配图像块的图像矩阵的步骤；若j大于或等于m×m，则嵌入水印流程结束。

需要进一步说明的，二值水印图像的像素数m×m应大于或等于8×8，以保证二值水印图像的所有像素的像素点值都能够被嵌入。在上述步骤中，当j累加至超过左匹配图像块的数量时，即当j累加至65时，则重复获取第1个左(和右)匹配图像块的直流系数，并进行后续步骤，以此类推，直至二值水印图像的所有像素的像素点值都被嵌入。

本发明的立体视频嵌入水印的方法，利用全局视差得到左匹配图像块和右匹配图像块，并根据左匹配图像块和右匹配图像块经DCT变换后的直流系数关系构造零水印信息，嵌入水印后立体视频数据不需要被修改或破坏；并且直流系数比较稳定，当对立体视频的左图像或右图像进行相同程度的攻击时，与现有技术相比，仍然能够提取出水印信息，提高了抗攻击的能力。

如图4所示，根据本发明的实施例，还提供了一种立体视频提取水印的方法，包括以下步骤：

S401，在立体视频帧中提取水印标识序列；

S403，获取密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量；

S405，根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；以及

S407，根据嵌入方式系数获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数和嵌入方式系数提取水印信息。

上述技术方案，通过密钥能够提取出嵌入的水印信息作为版权认证的根据。

其中，水印信息为水印图像，水印图像为二值水印图像；水印信息容量为水印图像以像素为单位的高度和宽度。

具体地，在步骤S401中，需要对每个立体视频帧进行水印标识序列的提取，如果能够连续提取出60个1就证明该立体视频帧中嵌入了水印信息。

参考图5，具体的在步骤S405中，获取嵌入水印的立体视频帧，并从该立体视频帧中得到左图像和右图像，然后可以根据左图像和右图像获取用于验证全局视差的第一全局视差，可以将此第一全局视差与密钥中的全局视差进行比较。若第一全局视差与密钥中的全局视差相同中，则说明立体视频的全局视差没有被改变，可以对水印信息进行提取；否则水印提取失败。

在一个实施例中，步骤S407包括：

将左匹配图像和右匹配图像同样地划分为8×8个左匹配图像块和8×8右匹配图像块；

对各个左匹配图像块和各个右匹配图像块均进行DCT变换以得到各个左匹配图像块的直流系数和各个右匹配图像块的直流系数；以及

根据各个左匹配图像块的直流系数与对应的各个右匹配图像块的直流系数的数值关系得到各个左匹配图像块与对应的相同位置的各个右匹配图像块的相关系数；具体的，比较第j个左匹配图像块的直流系数DC_L,j与第j个右匹配图像块的直流系数DC_R,j，若DC_L,j大于DC_R,j，则将相关系数的对应位的数值记为1；若DC_L,j小于或等于DC_R,j，则将相关系数对应的第j位的数值记为0。

进一步地，步骤S407还包括：

根据嵌入方式系数得到相关系数与水印图像中相应像素的像素点值之间的比对关系；以及

根据比对关系得到水印图像的各个像素点值以提取水印图像。

同样参考图5，根据密钥中的嵌入方式系数，当嵌入方式系数的第j位为0时，则水印图像的对应的第j个像素点值等于相关系数的第j位的数值；当嵌入方式系数的第j位为1时，则水印图像的对应的第j个像素点值为相关系数的第j位的数值取反。

判断j是否小于二值水印图像的像素数m×m，若j小于m×m，则j加1并重复上述步骤；若j大于或等于m×m，则对水印图像进行Arnold变换得到原始水印图像，提取水印流程结束。进一步地，根据密钥中的水印图像以像素为单位的高度m和宽度m，可以确定Arnold变换的变换周期，将变换周期与嵌入水印时的置乱次数相减得到提取水印时的置乱次数L，将提取的水印图像进行L次Arnold变换即可得到原始的水印图像。

根据本发明的实施例，还提供了一种立体视频嵌入水印的装置，包括：

标识嵌入单元，用于将水印标识序列嵌入立体视频帧；

嵌入处理单元，用于获取立体视频帧的左图像与右图像的全局视差，并根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；

水印嵌入单元，用于获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数与水印信息的比对关系生成嵌入方式系数；以及

密钥存储单元，用于存储密钥，密钥包括嵌入方式系数、全局视差及水印信息容量。

根据本发明的实施例，还提供了一种立体视频提取水印的装置，包括：

标识提取单元，用于在立体视频帧中提取水印标识序列；

密钥获取单元，用于获取密钥，密钥包括全局视差和嵌入方式系数；

提取处理单元，用于根据全局视差得到左匹配图像和右匹配图像；以及

水印提取单元，用于根据嵌入方式系数获取左匹配图像和右匹配图像之间的相关系数，并根据相关系数和嵌入方式系数提取水印信息。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用全局视差得到左匹配图像块和右匹配图像块，并根据左匹配图像块和右匹配图像块经DCT变换后的直流系数关系构造零水印信息，嵌入水印后立体视频数据不需要被修改或破坏；并且直流系数比较稳定，因此能够具有良好的鲁棒性，当对立体视频的左图像或右图像进行相同程度的攻击时仍然能够提取出水印信息，提高了抗攻击的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。