1、厦门大学软件学院毕业论文 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目：基于 OpenCV 的视频水印系统实现 姓 名： 学 院：软件学院 系： 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 年 月 厦门大学软件学院毕业论文 摘要 随着计算机网络信息技术的迅速发展 ,数字媒体技术 (数字图像、数字音频、数字视频等 ) 因其独特的优越性而被广泛应用于信息处理中 ,而越来越多的信息 ,特别是专利信息和隐秘信息通过网络进行传输 ,对其版权和隐秘性的保护也显得日益重要。 数字水印是近年来出现的数字产品版权保护技术 , 它可以标识作者等版权保护信息和认证信息 。 使用水印技术可以鉴
2、别出非法复制和盗用的数字产品 , 保护数字产品的合法拷贝和传播 , 因此它一出现即成为热点问题 。 本文以视频数据为例，在熟悉 OpenCV的基础上，提出一种基于 DCT变换域扩展频谱的稳健性视频水印方案。 根据视频序列的特点对视频块序列采用DCT变换（离散余弦变化），并依据运动检测和人眼视觉模型分成块序列自适应的嵌入水印，保证隐藏数据的视觉不可见性和一定的容量。 在文中， 我将分别对 OpenCV视觉库 、扩频技术以及水 印技术 等方面 做详细的介绍。 关键字 ： 数字水印；扩频技术；视频； OpenCV； DCT；版权保护 厦门大学软件学院毕业论文 Abstract With the ra
3、pid development of computer network information technique, the digital media technique (digital picture, digital video, digital audio and so on)is widely applied in the information processing for its unique superiority. And most of information, specially the patent information and the secret informa
4、tion transfers through network, the protection for copyright and secret also appears important day by day. Digital watermark technique has been introduced to protect the copyright of digital products in recent years. With this technique, one can embed the copyright information and authentication inf
5、ormation of authors or others .And as the complementarity of cipher technique, it can identify the digital product which has been illegally copied, and it can protect the legal copied product. Because of these merits, the watermark technique has been hot since it appeared. This article take the vide
6、o data as an example, being familiar with OpenCV, proposes a steady video watermarking plan that spread spectrum based on the DCT transformation territory. According to the Characteristic of video sequence, Uses the DCT transformation (separate cosine change) to video block sequence, and auto-adapte
7、d insert the watermark by dividing into the block sequence based on the movement examination and the person eye vision model, guarantee the bad visibility vision of hideaway data and the certain capacity. In this paper, I will make the detail introduction for OpenCV, DCT, the Spread Spectrum, the di
8、gital watermarking technology and so on. Key words: the digital watermark technique, the Spread Spectrum technique, the video, OpenCV, DCT, copyright protection.厦门大学软件学院毕业论文 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的提出 . 1 1.2 数字水印研究现状以及路线 . 2 第二章 数字水印技术 . 3 2.1 数字水印技术的产生和发展 . 3 2.1.1 数字水印技术概述 . 3 2.1.2 数字水印的产生 . 4 2.2
9、数字水印技术的特点 . 4 2.2.1 作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点： . 4 2.3 视频数字水印 . 5 2.3.1 视频水印的基本特征 . 6 2.3.2 视频数字水印技术的分类 . 7 2.3.3 数字视频水印处理技术的研究现状 . 8 第三章 系统开发环境 . 11 3.1 Visual C+ 6.0 介绍 . 11 3.2 OpenCV 介绍 . 11 3.2.1 什么是 OpenCV .11 3.2.2 OpenCV 环境配置 .11 第 四章 系统设计及实现 . 17 4.1 视频水印算法思想 . 17 4.1.1 水印嵌入区域的选择 . 17 4.1.2 水印
10、嵌入 . 19 4.1.3 水印检测 /提取 . 20 4.1.4 用到的 OpenCV 函数说明 . 22 4.2 实验结果与结论 . 23 第五章 结论 . 25 参考文献 . 26 致谢 . 28 附录 . 29 厦门大学软件学院毕业论文 CONTENTS Chapter 1 INTRODUCTION . 1 1.1 Topic Proposing . 1 1.2 Digital Wartermarking Research Situation and Route . 2 Chapter 2 Digital Marking . 3 2.1 The Production and Devel
11、opment of Digital Watermarking . 3 2.1.1 What is Digital Watermarking. 3 2.1.2 The Development of Digital Watermarking . 4 2.2 Digital Watermarking Characteristic. 4 2.2.1 Basic Characterstic of Digital Watermarking . 4 2.3 Digital Watermarking on Video . 5 2.3.1 Basic Characteristic of Video Digita
12、l Watermarking. 6 2.3.2 Video Digital Watermarking Classifiction . 7 2.3.3 Videl Digital Watermarking Research. 8 Chapter 3 System Developing Environment . 11 3.1 Introduction of Visual C+ 6.0 . 11 3.2 Introduction of OpenCV . 11 3.2.1 What is OpenCV.11 3.2.2 Environment Disposition of OpenCV .11 Ch
13、apter 4 Design and Realization of Watermarking System .17 4.1 Video Digital Watermarking Algorithm Thought . 17 4.1.1 The Region Choice of watermarking inserting . 17 4.1.2 watermarking Inserting . 19 4.1.3 Watermarking Examination and Withdraws . 20 4.1.4 OpenCV Function Used . 22 4.2 Experiment Re
14、sult and Cinclusion. 23 Chapter 5 CONCLUDING REMARKS .25 REFERENCE.26 ACKNOWLEDGEMENT .28 APPENDIX .29 厦门大学软件学院毕业论文 1 第一章 绪论 1.1 课题的提出 信息媒 体的数字化为信息的存取提供了极大的方便，特别是随着互联网技术的迅猛发展，图象、语音、文本和视频等数字形式产品的传送空间不断扩大，传送时间不断缩小。但是，数字化产品在发布和传送过程中容易被侵权、盗版或随意篡改，因此数字产品的信息安全成为世界各国亟待解决的问题。为解决信息安全和版权保护问题，近年来提出了加密、数字签名等技术。
15、基于私用或公共密钥的加密技术可以用来控制数据访问，它将明文消息变换成旁人无法理解的密文消息。加密后的产品是可以访问的，但只有那些具有正确密钥的人才能解密。数字签名是用 “0”、 “1”字符串来代 替书写签名或印章，起到书写签名或印章同样的法律作用。它通过使用私用密钥，对每个信息进行签名，而公共的检测算法用来检查信息的内容是否符合相应的签名。但这种数字签名在数字图象、视频或音频中的应用并不方便也不实际 , 因为在原始数据中需要加入大量的签名。另外，随着电脑软硬件技术的迅速发展以及基于网络的具有并行计算能力的破解技术的日渐成熟，这些传统系统的安全性已经受到质疑。单靠增加密钥长度以增强保密系统的可靠
16、性已不再是唯一可行的办法。因此，需要寻求一种不同于传统技术的更加有效的手段，来保障数字信息的安全传输和保护数字 产品的版权 。 近几年来，国际上提出一种不同于传统保密技术的信息伪装（隐藏）概念 数字水印技术 。它类似于生物学上的保护 色，即生物体通过伪装将自己巧妙地隐藏于环境之中以免受天敌的攻击。 数字水印技术 （ Digital Watermarking） 是 1994 年提出的相当新的一种信息伪装技术。它的基本思想是在数字图象、音频和视频等产品中嵌入秘密的信息以便保护数字产品的版权或证明产品的真实可靠性。数字水印技术一方面弥补了密码 技术的缺陷 ，因为它可以为解密后的数据提供进一步的保护。
17、另一方面，数字水印技术也弥补了数字签名 技术的缺 陷 ，因为它可以在原始数据中一次性嵌入大量的秘密信息。因此，数字水印技术成为当前多媒体信息安全研究领域发展最快的热点技术，已经受到国际学术界和企业界的高度厦门大学软件学院毕业论文 2 关注。 1.2 数字水印研究现状以及路线 数字水印技术的研究在最近几年得到了人们的充分重视，并得到了长足的发展。但针对视频水印的研究却相对比较少， 且大部分应用于视频上的水印仍然是采用图象水印的方法，没有充分考虑到视频的特点。在另一方面。由于一些针对视频水印的特殊攻击形式（如帧重组，帧间组合等等）的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图象水印的独特要求。 尽管 数
18、字水印技术 发展极为迅速，但它仍然是一个远未成熟的领域，还有许多问题需要解决。早期的水印处理算法主要在原始图象空间域下实现水印嵌入。这种方法的主要缺点是对 JPEG 压缩的鲁棒性不好。由于变换域能量分布的特点，变换域的方法更有利于保证水印的不可见性，所以近年来的水印处理算法都集中在变换域上。 前人 们 研究所得的 发现：对于空间域数字水印处理技术，由于根据待嵌入信息位直接修改图象的像素值，故这种方法抵抗那些可以修改图象灰度的滤波和压缩等攻击的能力较差；对于变换域水印处理技术，通常将水印信息调制在频率域的系数上，一般说来 ，调制强度越大，鲁棒性越好，但图象质量及隐蔽性就越差，调制强度越小，鲁棒性
19、越差，水印越容易去除。 因此，研究如何提高 数字水印的稳健性 、 鲁棒性 以及 不可预测性问题 成为了研究数字水印技术的重中之重。 厦门大学软件学院毕业论文 3 第 二 章 数字水印技术 2.1 数字水印技术的产生和发展 2.1.1 数字水印技术概述 数字水印技术是近几年国际上提出的一种全新信息安全领域的技术 .“数字水印”的概念最初是由 Caronni于 1994 年提出来的 ,并应用于图像 ,引起了电子出版界、学术界的极大兴趣 , 同时被广泛应用于视频、音频等其他数字 媒体 . 由于它在版权保护、真伪鉴别、秘密通信和隐含标注等领域有着广泛的应用前景 , 因此日益成为一个非常重要的研究领域
20、。 数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入多媒体内容中 ,但不影响原内容的价值和使用 , 而且不会被人感知或注意 。 水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本、图形、图像标记等 . 数字水印的特点具有 ：隐蔽性、鲁棒性、确定性、安全性 , 并能够包含相当的数据容量 ,以满足多样化需要 。 一个完整的数字水印系统包括两大部分：水印嵌入部分和水印检测 /提取部分，其原理 框图如图 1所示。水印检 测是判断是否存在水印。若水印可以精确地恢复出来，则称之为水印提取。水印检测和提取时可以需要原载体信号的参与，也可以不需要原信号参与。 图 1 数字水印原理框图 水 印信息 载体
21、信号 水印嵌入算法 密钥 含 水印信号 含 水印信号 水印检测算法 水印检测算法 密钥 原载体信号 水 印信息 是否含有水印 厦门大学软件学院毕业论文 4 2.1.2 数字水印的产生 数字水印是近年来在国际上逐渐得到关注的一个研究热点，其最初的研究目的是为了解决数字产品的版权保护问题。 纸币水印是通过使用特殊的工艺和材料，在纸币中加入不易觉察的且很拿被去除的印记，而数字水印是采用与它相仿的概念。在不影响载体信号视听效果的前提下，利用数字嵌入的方法把 标记信息 （ 水印 ） 隐藏到数字视频、图象、声音等数字产品中。根据水印嵌入载体的不同，可分为视频水印、图象水印、音频水印等。数字水印可以通过特定
22、的检测方法全部或部分地从已标记产品中恢复出来，从而达到版权认证、版权保护等目的。 2.2 数字水印技术的特点 2.2.1 作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点： 1. 安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生 变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有 强的抵抗性 。 2. 隐蔽性：数字水印 应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；不会降质 。 3. 鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数
23、/模与模 /数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。主要用于版权保护的数字水印易损水印 （ Fragile Watermarking） ， 主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息 。 当内容发生改变时 ，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改 。 4. 水印容量：嵌入的水印信息必 须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。 厦门大学软件学院毕业论文 5 2.3 视频数字水印 根据不同的标准，数字水印有着不同
24、的分类。若按 水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展，会有更多种类的数字媒体出现，同时也会产生相应的水印技术。 本文所研究的数字水印技术的载体是视频数据，故在此将对视频数字水印做个介绍，使大家对 视频数字水印有个客观的认识。 视频水印研究是当前水印技术研究方向中的一个热点和难点，热点在于大量消费类数字视频产品的推出，如 VCD(Video Compact Disc),DVD(Digital Versatile Disk)， 使得以数字水印为重要组成部分的数字产 品 版权保护技术的市场需求更为迫切 。
25、虽然数字水印技术近几年得到迅速发展，但方向主要是集中于静止图象的水印技术，这得益于多年来众多学者在视觉空间掩盖效应领域的研究成果 ； 在视频水印研究方面，由于视频序列 (Video Sequences)本身具有一些固有的 特点，如过多的数据冗余、运动区域与非运动区域分布的不平衡等，而包括时间域掩盖效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，这使得视频水印处理技术存在许多迫切需要解决的问题 。 视频数字水印处理技术 相对于图象水印处理技术发展滞后 ， 同时现有的标准视频编码格式又造成了水印技术引入上的局限性 ； 而且，视频水印算法在应用中经常有实时或接近实时的限制 .与静止图象水印相比，
26、降低复杂度的要求更为重要，在某些情况下甚至不能如静止图象那样充分使用人类视觉系统 (HVS, Human Visual System)模型。此外，视频序 列作为一系列静止图象的集合，会遭受一些特定种类的攻击 (如帧平均、帧去除、帧插入、帧重组、帧速率转换等 )，这又为视频水印提出了一些区别于静止图象水印的独特要求 。 视频水印处理技术潜在的应用领域非常广阔，如数字视频点播系统 (Video on Demand)、 DVD 版权保护和卫星数字视频传输等等，但目前该项技术尚未得到充分的研究，还有很多技术问题没有得到很好的解决，这给 数字水印的 研究工作带来了机遇，同时这更是一种挑战。视频水印处理技术作为视频数据的一种版权保护方法正在受到越来越多的重视 。
