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申请/专利权人：东北大学

摘要：本发明的一种基于H.265HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，包括；对带有版权信息的水印图像加密处理；加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的I帧图像和P帧图像中；HEVC视频解码阶段，对嵌入到I帧图像和P帧图像的水印信息进行盲提取；将提取出来的水印信息经过解密恢复成水印图像，以达到版权保护的目的。本发明提出的盲水印嵌入和提取方法，可有效限制视频码率的增长，实现水印的盲提取，在取得较高数据嵌入容量的同时保障了视频视觉质量。

主权项：1.一种基于H.265HEVC的视频盲水印嵌入和提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将带有版权信息的水印图像加密处理；步骤2：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的I帧图像中；步骤3：加密后水印图像的像素值作为水印信息以二进制的形式嵌入到HEVC的P帧图像中；步骤4：HEVC视频解码阶段，对嵌入到I帧图像的水印信息进行盲提取；步骤5：HEVC视频解码阶段，对嵌入到P帧图像的水印信息进行盲提取；步骤6：将提取出来的水印信息经过解密恢复成水印图像；步骤2具体为；步骤2.1：首先找出I帧的4×4的亮度DST系数块，然后根据亮度DST系数块中第2行和第2列对应系数计算此系数块的PNNZ值，PNNZ值表示指定位置中系数的非零个数；步骤2.2：若当前系数块的PNNZ值小于一个预设的阈值Nth，Nth＝1～7，则此系数块放弃嵌入水印信息，否则对当前4×4的亮度DST系数块应用反量化和反变换，得到第一重构残差矩阵Rr，如式1所示； 步骤2.3：根据公式2计算第一重构残差矩阵Rr中像素点x'33周围8个像素值的平均值 步骤2.4：设计水印嵌入矩阵W如式3所示： 其中，δ为嵌入强度；步骤2.5：使用wk代表嵌入水印信息的二进制位，当水印信息的二进制位wk＝1时，判断是否成立，Rth＞1，若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度： 其中，Qstep是等效量化步长；步骤2.6：根据下式利用得到的水印嵌入矩阵W修改原始的DST系数矩阵；XW＝X+W5其中，X是原始的DST系数矩阵，XW代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入；步骤2.7：当水印信息的二进制位wk＝0时，判断是否成立，若成立则此水印信息嵌入完成，执行下一步；否则根据下式设置水印嵌入矩阵W中的嵌入强度： 其中，Qstep是等效量化步长；步骤2.8：根据下式利用上一步骤中得到的水印嵌入矩阵W修改原系数矩阵；XW＝X-W7其中，X是原始的DST系数矩阵，XW代表修改后的DST系数矩阵，实现了水印的嵌入；步骤2.9：当前的4×4的亮度DST系数块处理完毕，重复步骤2.1至2.8，直到所有4×4的亮度DST系数块处理完成；步骤3具体为；步骤3.1：获得每个P帧4×4的亮度DCT系数块，为了实现水印的盲提取，利用DCT系数矩阵A中系数A1和A2作为标志位，若A1和A2的非零数目大于等于一个阈值Tth，Tth取1或2，则进行下一步的嵌入过程，否则该块放弃嵌入数据； 步骤3.2：选用1,7,3矩阵编码方案，使用DCT系数矩阵中第3至第9个系数A3～A9作为载波信号，并利用它们的最低有效位构建载波向量S1×7：S1×7＝v1,v2,v3,v4,v5,v6,v79其中，v1:v7分别为A3～A9的最低有效位；步骤3.3：选取二进制汉明码矩阵H3×7： 然后，由H3×7和S1×7根据式11计算出依赖向量D3×1； 其中，S1×c代表1行c列载波向量，Hm×c代表m行c列的汉明码矩阵，Dm×1代表m行1列依赖向量，mod代表取模操作；步骤3.4：按顺序选取3bits水印信息组成信息向量E3×1＝m1,m2,m3，然后根据式12计算出载波向量S1×7中要修改位置P，根据修改位置对DCT系数矩阵A的A3～A9中相应位置的系数进行加1修改，完成水印嵌入； 其中，bin2dec表示二进制转十进制函数，代表异或操作；若位置P为零，则代表载波向量不做出改变；步骤3.5：当前的4×4的亮度DCT系数块处理完毕，重复步骤3.1至3.4，直到所有4×4的亮度DCT系数块处理完成；步骤4具体为；步骤4.1：在HEVC视频解码端，对于每个I帧的4×4亮度DST系数块，根据亮度DST系数块中第2行和第2列对应系数计算此系数块的PNNZ值；步骤4.2：当此系数块的PNNZ值小于预设阈值Nth时，放弃提取信息；否则，对该系数块应用反量化和反变换，得到第二重构残差矩阵RW： 步骤4.3：计算第二重构残差矩阵RW的周围8个像素点的平均值 步骤4.4：根据式14提取嵌入的水印信息，wk代表提取到的二进制信息位： 步骤4.5：将提取到的水印信息保存起来，重复步骤4.1至4.4，直到所有的4×4的亮度DST系数块处理结束；步骤5具体为；步骤5.1：在HEVC的视频解码过程中，获得每个P帧4×4的亮度DCT系数块，若修改后的DCT系数矩阵中的系数和的非零个数大于等于阈值Tth，则进行下一步提取过程，否则放弃对此块提取水印； 步骤5.2：执行矩阵编码的逆过程，利用修改后的DCT系数矩阵A中第3至第9个系数作为载波信号，用的最低有效位构建载波向量S'1×7： 步骤5.3：利用公式10的汉明码矩阵H3×7乘以S'1×7的转置就可以获得提取到的水印信息M3×1：M3×1＝H3×7S'1×718步骤5.4：将提取到的水印信息保存起来，重复步骤5.1至5.3，直到所有的4×4的亮度DCT系数块的处理结束。

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