專利名稱：基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種視頻處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò) 碼的視頻數(shù)字指紋嵌入及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體信息的交換達(dá)到了一個(gè)空前的 高度，數(shù)字化產(chǎn)品通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播的數(shù)量越來(lái)越多，范圍越來(lái)越廣，因此在確保多媒體信息拷 貝被合法用戶正常使用的同時(shí)，還要防止拷貝被合法用戶非法復(fù)制及散布。數(shù)字指紋技術(shù)是近些年來(lái)抵御侵權(quán)散布的新興技術(shù)。生產(chǎn)商在其分發(fā)的每一份 數(shù)字產(chǎn)品的拷貝中嵌入一些特別的信息，即指紋信息。這些指紋信息確定該拷貝的合法擁 有者；通過(guò)一些方法提取并檢測(cè)非法拷貝中的指紋信息，追蹤到非法散布該拷貝的用戶，從 而維護(hù)產(chǎn)品的版權(quán)。為逃避追蹤，非法散布者會(huì)對(duì)多媒體信息發(fā)動(dòng)合謀攻擊，即利用多份拷 貝聯(lián)合生成一份指紋信息被篡改、削弱、偽造甚至完全移除的更新后的拷貝，在散布非法拷 貝獲取利益的同時(shí)逃避法律責(zé)任。因此如何設(shè)計(jì)指紋使之能夠抵抗如今層出不窮的攻擊方 式，準(zhǔn)確追蹤到叛逆者是數(shù)字指紋技術(shù)研究的重點(diǎn)。目前大多數(shù)抗合謀多媒體指紋的研究 均考慮追蹤編碼的設(shè)計(jì)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Yu Tzu Lin等人在“Collusion-resistant Video Fingerprinting Based on Temporal Oscillation”(基于時(shí)序振動(dòng)的抗合謀視頻指紋)提 出了一個(gè)基于時(shí)序振動(dòng)的指紋，同時(shí)在此基礎(chǔ)上再使用追蹤指紋以提高整個(gè)數(shù)字指紋系統(tǒng) 的整體抗合謀性能。該技術(shù)中數(shù)字指紋系統(tǒng)包含兩種類型的數(shù)字指紋，即曲線指紋(時(shí)序 振動(dòng)指紋)和追蹤指紋。曲線指紋的設(shè)計(jì)思想是給每個(gè)合法用戶分配一條光滑的周期曲線 函數(shù)，并嵌入到其視頻中去；當(dāng)發(fā)生合謀攻擊時(shí)，合謀生成的視頻將由于視頻中所含有的曲 線不再光滑而產(chǎn)生劇烈的振蕩，從而失去應(yīng)有的商業(yè)價(jià)值，以此達(dá)到防御合謀攻擊的目的。 曲線指紋不需要進(jìn)行檢測(cè)，只需要保證嵌入之后對(duì)視頻的實(shí)際播放效果不超出允許接受的 范圍即可。追蹤指紋采用分層的追蹤指紋編碼方案，該編碼是基于多級(jí)用戶組生成的，并將 完整的指紋嵌入到視頻的一個(gè)鏡頭中。無(wú)論是否發(fā)生合謀攻擊，都采用基于鏡頭的追蹤指 紋編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)追蹤功能，以此加強(qiáng)指紋系統(tǒng)的抗合謀性能。曲線指紋和追蹤指紋一定程度 上起到了互補(bǔ)的作用，對(duì)于合謀攻擊的抵抗性能有了較大的提高。但是該文中所提出的分 層追蹤指紋編碼實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，且并沒(méi)有對(duì)曲線指紋的函數(shù)參數(shù)進(jìn)行分析。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，R.Safavi-Nani 和 Y.Wang 在 “Collusion secure q-ary fingerprinting for perceptual content”(合謀安全的q進(jìn)制感知媒體指紋)文 獻(xiàn)中分析并證明了 q進(jìn)制糾錯(cuò)碼用于設(shè)計(jì)感知媒體指紋時(shí)的參數(shù)選取要求。在此基 石出上 M. Fernandez 在文獻(xiàn)“Soft-decision tracing in fingerprinted multimedia content”(含有指紋的多媒體內(nèi)容的軟判決追蹤方法)中采用q進(jìn)制的里德所羅門(mén) (Reed-Solomon, RS)碼設(shè)計(jì)感知媒體的數(shù)字指紋。S. He在R. Safavi-Nani和Y. Wang以及 M. Fernandez三人的理論工作的基礎(chǔ)上將q進(jìn)制里德所羅門(mén)碼引入感知媒體的指紋中，在文獻(xiàn)"Joint coding and embedding techniques for multimedia fingerprinting"(編 碼與嵌入結(jié)合的多媒體指紋技術(shù))中，S. He提出的指紋設(shè)計(jì)方法為令里德所羅門(mén)碼所在 的伽羅華域中的一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)一個(gè)擴(kuò)頻序列，不同碼元的序列相互正交，一個(gè)用戶的指紋 是一個(gè)碼字對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻序列。He指出基于糾錯(cuò)碼指紋在合謀檢測(cè)時(shí)僅為根號(hào)復(fù)雜度。S. He 在"Collusion resistant video fingerprinting for large user group，，(針對(duì)大規(guī)模 用戶組的抗合謀視頻指紋)文獻(xiàn)中將基于里德所羅門(mén)碼的擴(kuò)頻指紋系統(tǒng)的用戶數(shù)量擴(kuò)大 至IO6以上，合謀容忍上限為100個(gè)用戶，該文獻(xiàn)中不僅有算法的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，還 將算法應(yīng)用于視頻系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù) 字指紋嵌入及其檢測(cè)方法，基于時(shí)序振動(dòng)設(shè)計(jì)曲線指紋，使合謀生成的視頻拷貝不再具備 商業(yè)價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)版權(quán)的功能；基于糾錯(cuò)碼設(shè)計(jì)追蹤指紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法散布者的追 蹤，加強(qiáng)該數(shù)字指紋系統(tǒng)的抗合謀性能。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，通過(guò)生成用戶 指紋曲線并將用戶指紋曲線通過(guò)幀移位法嵌入視頻中，然后生成追蹤指紋并進(jìn)一步嵌入視 頻中，得到含追蹤指紋的視頻。所述的用戶指紋曲線是指為用戶U定義曲線函數(shù)Xu (t)，
權(quán)利要求
一種基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征在于，通過(guò)生成用戶指紋曲線并將用戶指紋曲線通過(guò)幀移位法嵌入視頻中，然后生成追蹤指紋并進(jìn)一步嵌入視頻中，得到含追蹤指紋的視頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征2π是，所述的用戶指紋曲線是指為用戶11定義曲線函數(shù)、(0，\(0 = 1_(^^ +約+ ，其 中A表示振幅，T表示周期，θ表示初始相位，％表示初始幅值，θ和a(l均取常數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特 征是，所述的生成用戶指紋曲線是指1. 1)對(duì)所選視頻V進(jìn)行鏡頭檢測(cè)，采用基于HSV顏色空間的鏡頭檢測(cè)算法，將視頻的幀 序列分割成N個(gè)的鏡頭Si,其中i = 1，2，...，N, N表示視頻V所含有的鏡頭數(shù)目，同時(shí)引 入有效分割檢驗(yàn)過(guò)程，提高視頻鏡頭分割的效率；1. 2)對(duì)由1. 1)中得到的視頻鏡頭Si進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲取鏡頭中每一幀& ,·的全局運(yùn)動(dòng)矢量MVgC/^.),即當(dāng)前視頻幀fq與上一視頻幀f^i之間的運(yùn)動(dòng)位移關(guān)系，其中i = 1， 2，...，N，j = 1，2，...，M，M為鏡頭Si所包含的幀的數(shù)目， 1. 3)設(shè)置秘密數(shù)α (U)、β (u)和Y (u)，其中P(U)T(U^S1) = -A(U^S1) = U(U)-E^mvg(Jij)Y, ‘ !(幾)|) + ,⑷得到鏡的曲線函數(shù)的振幅A(ISi)以及周期T(u，Si),其中^vgCZu)是用戶u視頻 鏡頭Si中幀f^的全局運(yùn)動(dòng)矢量，A (u, Si)和T (u, Si)是用戶u的視頻鏡頭Si的振幅和周期；2.7Γ為用戶U的視頻鏡頭Si定義的曲線函數(shù)工(t、為ΛΑ (0 = Au, S1) · cos(——- + θ) + α0，Xu,Si V)T(U^1)假設(shè)用戶U的視頻V有N個(gè)鏡頭，因此為其定義的曲線函數(shù)Xu(t)包含N條光滑的余 弦曲線函數(shù)化 A (O, xUjllVhxU
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征 是，所述的運(yùn)動(dòng)分析包含如下步驟首先獲取相鄰兩個(gè)視頻幀fi, j和fi, J-!的灰度矩陣Gi, J 和Gi^ ；對(duì)當(dāng)前的視頻幀fy的灰度矩陣Gy在X方向與Y方向上分別進(jìn)行m單位和η單 位的平移，記該運(yùn)動(dòng)矢量為^^CZ0.) = (m，n)，其中m、n取整數(shù)，且限制在一定范圍內(nèi)，以減少 計(jì)算耗費(fèi)的時(shí)間；每做好一次平移，計(jì)算Gm和Gi^兩個(gè)矩陣重疊部分的差值，并得到每次 平移之后的相關(guān)系數(shù)rk，k表示對(duì)平移矢量(m，n)的不同取值情況的標(biāo)記，取值范圍為[1， m*n]；比較對(duì)應(yīng)不同的平移矢量(m，n)的相關(guān)系數(shù)rk，取最小的相關(guān)系數(shù)min{rk}對(duì)應(yīng)的平mm{。}移矢量作為視頻兩幀之間的全局運(yùn)動(dòng)矢量，即=
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征 是，所述的幀移位法是指，2. 1)獲取視頻V的鏡頭Si,再獲取鏡頭Si的一個(gè)幀& ρ將圖片幀分解成對(duì)應(yīng)的灰度 矩陣Giij以及兩個(gè)色度矩陣U1J Viij ；，2. 2)根據(jù)定義的曲線函數(shù)(0對(duì)灰度矩陣Gy以及兩個(gè)色度矩陣Ulj, Vuj進(jìn)行對(duì)應(yīng) 單位數(shù)量的移位，灰度矩陣Gy的移位單位數(shù)量為Dy = round(xM ^ (t)) = round(A(uy Si). cos( c / + 沒(méi))+ “0)；其中 t = j，色度矩陣^Vijj的移位單位數(shù)量為Du = Dv = fix(Dy/2)，，2.3)移位后得到的視頻即為嵌入了曲線指紋的鏡頭S' ρ對(duì)視頻V的所有鏡頭實(shí)施曲 線指紋嵌入過(guò)程，即得到嵌入了曲線指紋的視頻V'。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征 是，所述的追蹤指紋是指用戶u生成追蹤指紋編碼序列M，采用基于里德所羅門(mén)碼，即RS 碼的糾錯(cuò)碼進(jìn)行編碼；所述的生成追蹤指紋是指3.1)獲取嵌入用戶指紋曲線的視頻V'的鏡頭S' i，對(duì)其中的每一幀fi,/，的灰度 矩陣Gi, /進(jìn)行全局DCT變換，得到全局DCT變換系數(shù)DCTcoefi, 同時(shí)計(jì)算其對(duì)比度掩蔽 值Contrastmaski,」，比較幀/各個(gè)像素點(diǎn)的DCT變換系數(shù)與對(duì)比度掩蔽值的大小得到 幀A, j'的可嵌入像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)embedtempi,」以及嵌入狀態(tài)矩陣Ombedstatei,」，嵌入狀態(tài) 矩陣embedstatei,」表示可嵌入像素點(diǎn)在幀上的位置，同時(shí)表示該位置的可嵌入像素 點(diǎn)在整體的可嵌入像素點(diǎn)總數(shù)中的位置，可將其與灰度矩陣Gi,/對(duì)應(yīng)，在(1，h)位置上， 若 DCTcoefi,」> Contrastmaski,」，則 embedstate^ j = count,其中 count 初始值為 1，每當(dāng) 得到一個(gè)可嵌入像素點(diǎn)時(shí)，count = count+1 ；反之取embedstatei,」=0，計(jì)算鏡頭Si的 每一幀的可嵌入像素點(diǎn)個(gè)數(shù)embedtempi,」，取其中最小值作為鏡頭Si的可嵌入像素點(diǎn)個(gè)數(shù) embedtemPi ；3. 2)確定糾錯(cuò)碼碼字長(zhǎng)度le。。以及碼字中碼元的取值空間GF(q)，其中GF(q)表示有 q個(gè)元素的伽羅華域，碼字長(zhǎng)度根據(jù)用戶的規(guī)模Nusct定義，滿足max{iV·} = q‘，為每個(gè) 用戶u分配一個(gè)糾錯(cuò)碼碼字Κα，\2，···，。Λ }，其中碼元eu的取值為GF(q)中的元素；3. 3)隨機(jī)生成大小為qX (floor (embedtemPi/lecc))的碼元轉(zhuǎn)換矩陣pattern，使得矩 陣pattern的行向量近似滿足正交性質(zhì)，即可將行向量看作是一高斯序列；3.4)將碼字{W ，2,···,^^}中的每一個(gè)碼元eu通過(guò)碼元轉(zhuǎn)換矩陣pattern映射成與 之對(duì)應(yīng)的高斯序列，并將映射所得的序列按照碼字中碼元的順序依次連接起來(lái)，得到追蹤 指紋序列M0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入方法，其特征 是，所述的含追蹤指紋的視頻，通過(guò)以下方式獲得4.1)對(duì)視頻V'的幀根據(jù)嵌入狀態(tài)矩陣embedstateq，將由所述第三步中所得 到的追蹤指紋序列M的各個(gè)值與可嵌入的像素點(diǎn)處的DCT變換系數(shù)DCTcoefVj進(jìn)行計(jì)算，得 到更新后的 DCT 變換系數(shù) DCTcoef' =DCTcoef' = DcTcoefijj^contrastmaskijj · Mk, 其中Mk表示第k個(gè)可嵌入像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋序列中的值，同時(shí)第k個(gè)可嵌入像素點(diǎn)在幀中 的位置為(1，h)，(1，h)表示嵌入狀態(tài)矩陣embedstatei,」中count = k的位置；4.2)用新生成的DCT變換系數(shù)DCTcoef' ,, j替換對(duì)應(yīng)的原有位置上的DCT變換系數(shù) DCTcoefi, j ；4.3)對(duì)替換后的DCT變換系數(shù)DCTcoef' Μ進(jìn)行DCT反變換，得到含追蹤指紋的圖片 幀f' u，對(duì)視頻V'的每一幀都進(jìn)行追蹤指紋序列M的嵌入，最終得到含追蹤指紋的視頻 V"。
8.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述視頻的數(shù)字指紋的檢測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)非盲檢測(cè)提取待檢測(cè)視頻中的數(shù)字指紋，然后采用基于糾錯(cuò)碼的追蹤指紋編碼對(duì)提取出的指 紋序列進(jìn)行相關(guān)性參數(shù)計(jì)算，最終確定該指紋對(duì)應(yīng)的用戶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的視頻的數(shù)字指紋的檢測(cè)方法，其特征是，所述的非盲檢 測(cè)是指獲取待檢測(cè)視頻Villegal的一幀fillegal，對(duì)其進(jìn)行全局DCT變換獲得DCT變換 系數(shù)DCTcoefillega1,將與其對(duì)應(yīng)的只包含曲線指紋的視頻幀f進(jìn)行全局DCT變換獲得 DCT變換系數(shù)DCTcoef，再根據(jù)該幀f的嵌入狀態(tài)矩陣embedstate以及對(duì)比度掩蔽值 contrastmask，得到待檢測(cè)視頻Villegal W^fillegal中所包含的指紋信息M' k, M' k = (DCTcoefillegal-DCTcoef)/contrastmask, M' k表示在第k個(gè)可嵌入像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指紋序列 中的值，第k個(gè)可嵌入像素點(diǎn)在幀中的位置為(l，h)，(l，h)表示嵌入狀態(tài)矩陣embedstate 中count = k的位置，則待檢測(cè)視頻Villegal的幀fillegal含有的指紋序列為W。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的視頻的數(shù)字指紋的檢測(cè)方法，其特征是，所述的相關(guān)性參數(shù) 計(jì)算是指將獲得的指紋序列M'與已有的為每個(gè)用戶所分配的指紋序列Mu進(jìn)行相關(guān)性系 數(shù)corru的計(jì)算，計(jì)算公式如下-XOtru =M' -Mtu，得到的相關(guān)性系數(shù)Corru最大的對(duì)應(yīng)的用 戶u即認(rèn)為是叛逆者。
全文摘要
一種視頻處理技術(shù)領(lǐng)域的基于時(shí)序振動(dòng)和糾錯(cuò)碼的視頻數(shù)字指紋嵌入及其檢測(cè)方法，通過(guò)生成用戶指紋曲線并將用戶指紋曲線通過(guò)幀移位法嵌入視頻中，然后生成追蹤指紋并進(jìn)一步嵌入視頻中，得到含追蹤指紋的視頻，另一方面通過(guò)非盲檢測(cè)提取待檢測(cè)視頻中的數(shù)字指紋，然后采用基于糾錯(cuò)碼的追蹤指紋編碼對(duì)提取出的指紋序列進(jìn)行相關(guān)性參數(shù)計(jì)算，最終確定該指紋對(duì)應(yīng)的用戶。本發(fā)明基于時(shí)序振動(dòng)設(shè)計(jì)曲線指紋，使合謀生成的視頻拷貝不再具備商業(yè)價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)版權(quán)的功能；基于糾錯(cuò)碼設(shè)計(jì)追蹤指紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法散布者的追蹤，加強(qiáng)該數(shù)字指紋系統(tǒng)的抗合謀性能。
文檔編號(hào)H04N5/913GK101980542SQ201010545800
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者張愛(ài)新, 李建華, 李生紅, 管超, 鄭毅賢 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)