1. 系统介绍
变色龙视频数字水印系统是中视广信自主研发的高鲁棒性、不可见数字水印系统，能够将一些标识符字符串（即数字水印）嵌入到视频画面中，水印嵌入所引起的视频画面失真十分微小，并不会被人的视觉系统觉察或注意到，不会影响原视频内容的使用价值。这些隐藏在视频画面中的数字水印信息可以是视频内容版权标识、内容提供商标识、运营商标识、购买者标识、或其它隐秘信息。通过这些信息的嵌入达到内容保护、内容跟踪等目的。
图1-1所示为数字水印基本原理图，数字水印嵌入系统将数字水印嵌入到原始视频内容中，从而得到含有水印的视频内容。含水印视频内容在使用过程中可能会经历视频有损压缩、画面缩放、画面剪切、画面遮挡等视频处理，这些视频处理通常被称为数字水印攻击，虽然水印攻击会对视频画面中的水印造成一定的衰减，然而水印检测系统仍然能够在攻击后的视频内容中准确无误地检测出数字水印。
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图1-1 数字水印基本原理
2. 应用场景
变色龙视频数字水印系统可以广泛应用于广播电视相关应用中，应用场景包括版权标识、盗版追踪、广告监播、发布前的影视作品保护、视频网站检测盗版视频、数据隐蔽传输等。
版权标识
将视频节目的唯一版权标识符以数字水印的方式嵌入到视频中，然后再发布出去，内容提供商或第三方版权管理机构可以通过检测视频中的水印，查看视频的版权信息。
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图2-1 嵌入版权标识符
盗版追踪
如图2-2所示，内容提供商在原始视频中嵌入不同运营商的标识符，得到不同版本的含水印视频，然后再分别将嵌入了运营商标识符的视频分发给相应的运营商，从而达到运营商标记的作用。如果某个运营商非法复制和传播视频内容，则可以通过检测盗版视频中的运营商标识符，找到非法扩散视频内容的运营商，跟踪到盗版的源头。
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图2-2 嵌入运营商标识符
如图2-3所示，也可以在机顶盒中植入水印实时嵌入模块，机顶盒接收到广播电视或者IPTV节目后，先在视频中以水印的方式嵌入机顶盒标识符，然后再播放显示视频画面。如果用户非法录制并传播盗版电视节目，则可以通过检测盗版电视中的数字水印，跟踪到录制视频节目的机顶盒用户。
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图2-3 嵌入机顶盒标识符
广告监播
随着电视频道的日益增多，投放广告的企业需要花费大量的人力监测广告在媒体上的播出情况，检测是否存在漏播和错播，有没有严格按照合同播放。通过在广告节目中以数字水印的方式嵌入广告唯一标识符，然后录制并自动检测电视节目中数字水印，即可自动生成检测报告，很容易地得到广告在各个电视频道上的播出数据。
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图2-4 广告监播
发布前的影视作品保护
影视作品在正式发布前需要分发给评委进行评审，为了避免在评选过程中非法传播影视作品，可以在视频中嵌入相应拷贝的标识符，从而可以通过检测拷贝标识符，定位到非法传播作品的相应拷贝。
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图2-5 发布前的影视作品保护
视频网站检测盗版视频
随着计算机网络速度不断提高，视频网站的用户越来越多，点击率也大幅度增加。为了避免用户非法上传盗版视频到视频网站，视频网站需要对上传的视频进行审核，然而面对每天上传的海量视频数据，人工审核是不现实的。视频内容提供商可以在视频播出前将视频的版权标识符嵌入到视频内容中，如果该视频被用户非法录制并上传到视频网站上，视频网站即可以通过检测数字水印，自动屏蔽有版权保护信息的上传盗版视频。
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图2-6 视频网站检测盗版视频
数据隐蔽传输
在广播电视应用系统中，可以用数字水印的方式传输附加数据，不需要修改现有的广播网络，机顶盒可以通过检测嵌入到视频画面中的数字水印，获得需要传送的附加数据。
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图2-7 数据隐蔽传输
3. 系统架构
在线嵌入及检测数字水印
如图3-1所示为在线实时嵌入水印的系统架构，视频信号通过HDMI或SDI接口输入，嵌入数字水印之后，再由HDMI或SDI接口进行 输出。
如图3-2所示为在线实时检测水印的系统架构，视频信号通过HDMI或SDI接口输入，通过水印检测系统检测视频中的数字水印。
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图3-1 在线实时嵌入水印
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图3-2 在线实时嵌入水印
离线嵌入及检测数字水印
如图3-3所示为离线嵌入水印的系统架构，在文件形态存储的原始视频中嵌入数字水印之后，再转存入目标存储中。
如图3-4所示为离线检测水印的系统架构，通过水印检测系统，检测文件形态存储视频中的数字水印。
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图3-3 离线嵌入水印
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图3-4 离线检测水印
数字水印系统滤镜和SDK开发包
为了方便第三方集成和使用数字水印系统，变色龙数字水印系统还提供了数字水印系统的SDK开发包，很容易集成到第三方视频处理系统中。
图3-5所示为变色龙数字水印嵌入系统滤镜的应用示意图，将视频信号源滤镜、水印嵌入系统滤镜和视频信号输出滤镜连接在一起，即可实现数字水印嵌入功能。
图3-6所示为变色龙数字水印嵌入系统滤镜的应用示意图，将视频信号源滤镜、水印检测系统滤镜和视频信号输出滤镜连接在一起，即可实现数字水印检测功能。
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图3-5 变色龙数字水印嵌入系统滤镜
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图3-6 变色龙数字水印检测系统滤镜
4. 系统特点
画面失真度低：视频水印嵌入系统中通过自适应水印算法，增大视频画面敏感区域的水印强度，减小视频画面不敏感区域的水印强度，有效降低了视频画面的主观失真度。
水印鲁棒性高：视频水印系统能够有效抵抗平移、缩放、旋转等几何攻击和有损压缩、低通滤波、剪切、遮挡等视频处理攻击。几何攻击的抵抗是通过同步模板校正实现的，视频水印检测系统检测到嵌入到视频中的同步模板，准确检测出几何畸变参数，并对几何形变进行校正，从而有效抵抗几何攻击。
水印快速嵌入和检测：视频水印系统中采用了算法级优化和指令级程序优化，能够在高清视频中实时嵌入和检测数字水印。
5. 系统界面
图5-1所示为HDMI视频源输入数字水印嵌入界面，数字水印系统通过视频采集卡获取视频图像，然后在视频图像中嵌入数字水印，并将嵌入水印后的视频保存成为文件，或者在通过HDMI视频接口输出。
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图5-1 HDMI视频源数字水印嵌入
图5-2所示为HDMI视频源输入数字水印检测界面，数字水印系统通过视频采集卡获取视频图像，然后检测视频图像中的数字水印，并将显示和保存检测结果。
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图5-2 HDMI视频源数字水印检测