基于非负矩阵分解的AVS视频数字水印方法

摘要

本发明公开了一种基于非负矩阵分解的AVS视频水印方法，主要解决当前AVS视频水印方法透明性低和对帧删除、帧重组攻击抵抗性差的问题。本发明在水印嵌入过程中，利用视频I帧的亮度特征生成基于内容的水印，利用非负矩阵分解提取出视频信号的运动特征，并结合视频的纹理和亮度特征，自适应的调整水印的嵌入强度和位置，将水印嵌入在I帧亮度块预测残差的中频DCT系数中。在水印验证过程中，只需解码I帧，通过比较提取的水印和验证水印的误码率，判断视频产品是否被嵌入水印。具有透明性和鲁棒性高的优点，可用于AVS标准的视频产品，为AVS视频产品的提供可靠的版权保护。

主权项

1.一种基于非负矩阵分解的AVS视频数字水印嵌入方法，包括如下过程：(1)对原始视频序列依次进行分组、降维处理和非负矩阵分解处理，并根据非负矩阵分解的结果提取出I帧每个8×8亮度子块的运动特征，其中步骤(1)的按如下过程进行：(1a)对原始视频序列进行分组处理，保证每一组有且只有一个I帧，对视频组的每一帧进行一维展开，将三维视频数据转化为二维的非负矩阵；(1b)对分组、降维处理后得到的非负矩阵按照如下迭代公式进行非负矩阵分解：其中，B表示待分解的二维非负矩阵，B_il表示矩阵B第i行第l列的元素，U表示B非负矩阵分解得到的基矩阵，U_ia表示矩阵U第i行第a列的元素，H表示B非负矩阵分解得到的系数矩阵，H_aj表示矩阵H第a行第j列的元素；(1c)根据非负矩阵分解得到系数矩阵H，按下式计算I帧每个像素点的运动分量：其中，S(j)表示I帧第j个像素的运动分量，H_aj表示矩阵H第a行第j列的元素，T表示系数矩阵H的行数；(1d)对I帧每个8×8亮度块的所有像素点的运动分量进行求和，提取出亮度块的运动特征；(2)从原始视频序列提取I帧每个8×8亮度子块的亮度特征Lum(k)，并根据提取的亮度特征生成基于内容的水印W(k)，其中步骤(2)的按如下过程进行：(2a)按下式计算I帧每个8×8亮度块的平均亮度，作为提取的亮度块的亮度特征；其中，Lum(k)为第k个亮度子块提取的亮度特征，E(k，i，j)为I帧第k个8×8亮度块第i行第j列的像素值；(2b)根据提取的亮度特征按下式生成基于内容的水印；其中，W(k)为第k个亮度子块生成的基于内容的水印，Lum(k)为第k个亮度子块提取的亮度特征；(3)根据AVS帧内预测的平均编码代价，提取出I帧每个8×8亮度子块的纹理特征，其中步骤(3)按如下过程进行：(3a)对I帧所有8×8亮度块，提取其在AVS视频编码标准中5种帧内预测模式下的编码代价；(3b)计算所述5个编码代价的平均值作为亮度块的纹理特征：其中，cost(k，m)为I帧第k个亮度块在第m种预测模式下的编码代价；(4)根据提取的运动特征、亮度特征和纹理特征，计算第k个子块的混合视觉掩蔽系数：其中，α为视觉亮度特征掩蔽加权因子，β为视觉运动特征掩蔽加权因子，η为视觉纹理特征掩蔽加权因子，Mov(k)为第k个子块提取的运动特征，Lum(k)为第k个子块提取的亮度特征，TextMask(k)为第k个子块提取的纹理特征，round表示取整函数；(5)将水印W(k)嵌入在I帧第k个8×8亮度子块帧内预测残差的中频DCT系数中，并利用混合视觉掩蔽系数M(k)调整水印的嵌入强度；(6)参照AVS视频编码标准对嵌入水印的DCT系数进行熵编码，输出含水印的AVS视频码流。