專利名稱：具有水印加密的編解碼設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻信號(hào)壓縮領(lǐng)域、信號(hào)通信領(lǐng)域及信息隱藏領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是指一種具有高健壯性、低復(fù)雜度、強(qiáng)隱蔽性水印加密的編解碼設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字化多媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化產(chǎn)品越來(lái)越貼近人們的生活。數(shù)字化多媒體產(chǎn)品具有存取方便、傳輸快捷、信息表達(dá)簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，但是也面臨著非法拷貝、盜版以及惡意篡改等問(wèn)題。保護(hù)數(shù)字化產(chǎn)品的版權(quán)越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注，數(shù)字水印是保護(hù)版權(quán)最有效的方法之一。
目前針對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)主要有三類水印嵌入方案，如圖1所示第一類水印嵌入方案是將水印信息直接嵌入到原始視頻圖像中，形成含水印的原始視頻信息，然后進(jìn)行視頻編碼(如MPEG-2)。雖然該方案可以充分利用多種用于靜止圖像的數(shù)字水印技術(shù)和策略，但經(jīng)過(guò)視頻編解碼處理后，會(huì)造成部分水印信息的丟失，從而影響水印的提取和檢測(cè)。
第二類水印嵌入方案是將嵌入過(guò)程引入到視頻編碼器中。這一方案一般是通過(guò)調(diào)制DCT變換或量化之后的系數(shù)完成信息嵌入過(guò)程，雖然該方案具有很好的抗攻擊能力，但嵌入的水印信息會(huì)擾動(dòng)DCT變換或量化之后的系數(shù)，降低了圖像質(zhì)量。
第三類水印嵌入方案則把水印信息直接嵌入到視頻壓縮碼流中，其優(yōu)勢(shì)在于不需要完全解碼和再編碼的過(guò)程，因此對(duì)整體視頻信號(hào)造成的影響較小。但視頻系統(tǒng)對(duì)視頻壓縮碼率的約束將限制水印嵌入的信息量，同時(shí)水印的嵌入還會(huì)造成對(duì)視頻解碼系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償環(huán)路的不良影響，因此該類算法的設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜度。
現(xiàn)在的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-X碼流的語(yǔ)法中都存在一段user_data區(qū)間，這是一段留給使用者自定義應(yīng)用規(guī)格的區(qū)間，該區(qū)間里的信息在解碼時(shí)是不會(huì)被使用并出現(xiàn)在解碼圖像里的。這種碼流語(yǔ)法結(jié)構(gòu)為我們添加水印提供了方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有高健壯性、低復(fù)雜度、強(qiáng)隱蔽性水印加密的編解碼設(shè)備，利用視頻碼流中的user_data區(qū)間嵌入水印，提供版權(quán)保護(hù)、防止篡改等功能。
一種具有水印加密的編解碼設(shè)備，由編碼裝置和解碼裝置組成，編碼裝置包括用于產(chǎn)生水印信息的水印發(fā)生器；用于根據(jù)MPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼并且嵌入水印的編碼器；解碼裝置包括用于解析MPEG碼流完成水印提取并重建解碼圖像的解碼器；用于判斷碼流是否被篡改的水印檢測(cè)器。
上述編解碼設(shè)備的編解碼過(guò)程包括以下步驟1)水印發(fā)生器根據(jù)嵌入水印的形式產(chǎn)生水印信息，然后將水印信息發(fā)送至編碼器；2)編碼器接收一幀原始視頻畫面，進(jìn)行編碼，然后將水印數(shù)據(jù)按照預(yù)先定義的系統(tǒng)水印協(xié)議進(jìn)行封裝，將封裝好的水印數(shù)據(jù)添加到碼流的user_data區(qū)間，編碼完畢，發(fā)送帶有user_data的碼流；3)解碼器接收一幀視頻碼流，提取user_data區(qū)間的數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)定義的水印協(xié)議進(jìn)行解析，得到原始嵌入的水印信息，然后解碼器根據(jù)水印位置信息在解碼重建過(guò)程中保存相應(yīng)的重建信息，解碼完畢，發(fā)送原始嵌入的水印信息和重建信息至水印檢測(cè)器；4)水印檢測(cè)器根據(jù)原始嵌入的水印信息和重建信息判斷碼流是否被篡改，若是，則在解碼重建圖像上疊加特定標(biāo)記，表明碼流已被篡改。
本發(fā)明編解碼設(shè)備不僅能使嵌入水印信息的形式多樣化(可以為logo圖標(biāo)形式或加密數(shù)據(jù)形式)，水印信息量大，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且不影響圖像質(zhì)量，具有較強(qiáng)的抗攻擊能力。


圖1為目前針對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)的水印嵌入方案示意圖；
圖2為本發(fā)明編碼裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3為本發(fā)明解碼裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2、3所示，一種具有水印加密的編解碼設(shè)備，由編碼裝置和解碼裝置組成，編碼裝置包括用于產(chǎn)生水印信息的水印發(fā)生器210和用于根據(jù)MPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼并且嵌入水印的編碼器220。
解碼裝置包括用于解析MPEG碼流完成水印提取并重建解碼圖像的解碼器310和用于判斷碼流是否被篡改的水印檢測(cè)器320。
本發(fā)明編解碼裝置的編解碼過(guò)程的具體步驟如下1)水印發(fā)生器210根據(jù)嵌入水印的形式產(chǎn)生水印信息，若嵌入水印為logo圖標(biāo)形式，則水印發(fā)生器210產(chǎn)生logo圖標(biāo)的yuv數(shù)據(jù)；若嵌入水印為加密數(shù)據(jù)形式(如宏塊DC系數(shù))，則水印發(fā)生器210產(chǎn)生加密數(shù)據(jù)源的個(gè)數(shù)、加密數(shù)據(jù)源的選取位置等信息。然后水印發(fā)生器210將產(chǎn)生的水印信息發(fā)送至編碼器220；2)編碼器220接收一幀原始視頻畫面完畢，判斷嵌入水印的形式，若嵌入水印為logo圖標(biāo)形式，則編碼器在編碼完畢后，將logo圖標(biāo)的yuv數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)水印協(xié)議封裝后添加到編碼碼流的user_data區(qū)間，最后發(fā)送碼流；若嵌入水印為加密數(shù)據(jù)形式(如宏塊DC系數(shù))，則在編碼過(guò)程中，編碼器按照接收到的加密數(shù)據(jù)源個(gè)數(shù)、加密數(shù)據(jù)源的選取位置等信息調(diào)整編碼器生成碼流的過(guò)程，保留水印嵌入所需要的數(shù)據(jù)。一幀編碼完成后，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并通過(guò)系統(tǒng)定義好的水印協(xié)議進(jìn)行封裝，然后添加到編碼碼流的user_data區(qū)間，最后發(fā)送碼流；3)解碼器310接收一幀碼流數(shù)據(jù)，提取碼流中user_data區(qū)間里的內(nèi)容，然后根據(jù)系統(tǒng)定義好的水印協(xié)議來(lái)判斷嵌入水印的形式。若嵌入水印為logo圖標(biāo)形式，則從user_data區(qū)間中提取logo圖標(biāo)的yuv數(shù)據(jù)并保存，解碼完畢后，將logo圖標(biāo)疊加在解碼重建圖像上；若嵌入水印為加密數(shù)據(jù)形式(如宏塊DC系數(shù))，則根據(jù)系統(tǒng)定義好的水印協(xié)議分別提取水印個(gè)數(shù)、水印位置等信息，將加密數(shù)據(jù)解密作為原始嵌入的水印信息，然后解碼器310根據(jù)水印位置信息在解碼重建過(guò)程中保存相應(yīng)的重建信息。解碼完畢，發(fā)送原始嵌入的水印信息和重建信息至水印檢測(cè)器；
4)水印檢測(cè)器320根據(jù)原始嵌入的水印信息和重建信息判斷碼流是否被篡改，若是，則在解碼重建圖像上疊加特定標(biāo)記，表明碼流已被篡改。
以嵌入水印為加密的宏塊DC系數(shù)為例，水印檢測(cè)器320判斷碼流是否被篡改依據(jù)為如果碼流被篡改，即圖像解出后再編碼，則有如下幾種情況發(fā)生(1)圖像再編碼時(shí)沒(méi)有加入user_data內(nèi)容；(2)圖像再編碼時(shí)保留原user_data內(nèi)容；(3)圖像再編碼時(shí)添加新的user_data內(nèi)容。
對(duì)于情況(1)，直接可以證明碼流被篡改；對(duì)于情況(2)，因?yàn)閳D像經(jīng)過(guò)解碼再編碼時(shí)，質(zhì)量會(huì)下降，DC系數(shù)值也會(huì)發(fā)生變化，這樣實(shí)際的DC系數(shù)就與user_data里的保存的DC系數(shù)值不匹配，所以可以證明碼流被篡改；對(duì)于情況(3)，由于水印加密的編解碼設(shè)備采用一套系統(tǒng)預(yù)先定義好的水印協(xié)議，并對(duì)嵌入的水印信息進(jìn)行了加密，不是正當(dāng)?shù)陌鏅?quán)使用者很難同時(shí)掌握以上信息，所以解碼器使用新添加的user_data內(nèi)容后，將出現(xiàn)user_data中數(shù)據(jù)與水印協(xié)議不匹配的情況，這樣也證明了碼流被篡改。
權(quán)利要求
1.一種具有水印加密的編解碼設(shè)備，由編碼裝置和解碼裝置組成，其特征在于編碼裝置包括用于產(chǎn)生水印信息的水印發(fā)生器(210)；用于根據(jù)MPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼并且嵌入水印的編碼器(220)；解碼裝置包括用于解析MPEG碼流完成水印提取并重建解碼圖像的解碼器(310)；用于判斷碼流是否被篡改的水印檢測(cè)器(320)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于其編解碼過(guò)程包括以下步驟1)水印發(fā)生器(210)根據(jù)嵌入水印的形式產(chǎn)生水印信息，然后將水印信息發(fā)送至編碼器(220)；2)編碼器(220)接收一幀原始視頻畫面，進(jìn)行編碼，然后將水印數(shù)據(jù)按照預(yù)先定義的系統(tǒng)水印協(xié)議進(jìn)行封裝，將封裝好的水印數(shù)據(jù)添加到碼流的user_data區(qū)間，編碼完畢，發(fā)送帶有user_data的碼流；3)解碼器(310)接收一幀視頻碼流，提取user_data區(qū)間的數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)定義的水印協(xié)議進(jìn)行解析，得到原始嵌入的水印信息，然后根據(jù)水印位置信息在解碼重建過(guò)程中保存相應(yīng)的重建信息，解碼完畢，發(fā)送原始嵌入的水印信息和重建信息至水印檢測(cè)器(320)；4)水印檢測(cè)器(320)根據(jù)原始嵌入的水印信息和重建信息判斷碼流是否被篡改，若是，則在解碼重建圖像上疊加特定標(biāo)記，表明碼流已被篡改。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有水印加密的編解碼設(shè)備，由編碼裝置和解碼裝置組成，編碼裝置包括用于產(chǎn)生水印信息的水印發(fā)生器和用于根據(jù)MPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼并且嵌入水印的編碼器；解碼裝置包括用于解析MPEG碼流完成水印提取并重建解碼圖像的解碼器和用于判斷碼流是否被篡改的水印檢測(cè)器。本發(fā)明編解碼設(shè)備不僅能使嵌入水印信息的形式多樣化(可以為logo圖標(biāo)形式或加密數(shù)據(jù)形式)，水印信息量大，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且不影響圖像質(zhì)量，具有較強(qiáng)的抗攻擊能力。
文檔編號(hào)H04N7/26GK1976437SQ200610155130
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者陳耀武, 鄭雅羽, 黃愛(ài)愛(ài) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)