專利名稱：一種數(shù)字圖像中水印嵌入和檢測(cè)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像水印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字圖像中水印嵌入和檢測(cè)的 方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)通信的普及，網(wǎng)絡(luò)下載成為常見(jiàn)的信息傳遞方式，同時(shí)也為數(shù)字載體 的安全性提出挑戰(zhàn)，尤其是數(shù)字圖像作品的版權(quán)、路徑追蹤等方面。在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下， 維護(hù)版權(quán)利益的同時(shí)對(duì)各種盜用信息進(jìn)行追蹤已成為數(shù)字圖像水印技術(shù)的發(fā)展方向。數(shù) 字圖像在其商業(yè)傳輸過(guò)程中，必然會(huì)經(jīng)歷各種操作或攻擊，比如裁剪、縮放、旋轉(zhuǎn)、對(duì)比度變 化、曝光度變化、Jpeg壓縮等等。這些攻擊經(jīng)常同時(shí)遇到，且難于抵抗，因而更是備受關(guān)注。 魯棒性數(shù)字圖像水印就是指載體圖像在經(jīng)歷諸多攻擊或操作后，仍然可以成功提取水印信 息的一類數(shù)字圖像水印技術(shù)，尤其以抵抗幾何攻擊為主。幾何攻擊是指通過(guò)對(duì)含水印圖像做各種全局或局部仿射、投影變換等進(jìn)行攻擊， 包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、縱橫比改變、水平翻轉(zhuǎn)、鏡像、投影失真和刪除行列等。其中旋轉(zhuǎn) (Rotation)、縮放Gcale)和平移(Translation)通常簡(jiǎn)稱為RST。一般地，在RST攻擊下， 水印仍然存在于被攻擊的數(shù)字作品中，但是水印信號(hào)已經(jīng)錯(cuò)位，不能維持正常水印提取過(guò) 程所需要的同步性。將數(shù)字作品中水印信號(hào)恢復(fù)到正確位置的過(guò)程稱為水印再同步。為了達(dá)到水印再同步的準(zhǔn)確性，大多數(shù)的數(shù)字水印方法采用同步模板方法，即在 嵌入有效數(shù)字水印信息的同時(shí)，嵌入一個(gè)專門(mén)用于水印再同步的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)專門(mén)用來(lái) 檢測(cè)載體作品所經(jīng)歷的幾何變換。例如Honsinger C W等的專利《Method for detecting rotation and magnification in image》，專利號(hào)為58；35639。該專利是基于同步模板方法 的數(shù)字水印方法，其嵌入的水印既作為同步模板，又作為有效載荷，檢測(cè)時(shí)通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)水 印的自相關(guān)函數(shù)來(lái)計(jì)算圖像遭受的仿射變換參數(shù)。通常這類技術(shù)稱為自相關(guān)方法。這類自 相關(guān)方法對(duì)旋轉(zhuǎn)、縮放、平移和縱橫比改變有較好的魯棒性，但該方法不能很好的抵抗裁剪 等攻擊，同時(shí)，同步模板和有效水印信息之間可能互相干擾。此外，同步模板的嵌入會(huì)使載 體作品的質(zhì)量降低。總之，現(xiàn)有的數(shù)字水印方法不能有效支持裁剪攻擊，水印信息提取不穩(wěn)定，視覺(jué)效 果較差等缺點(diǎn)，大大限制了這類數(shù)字水印方法的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印嵌入和檢測(cè)的方法及裝置，用以提高數(shù)字 圖像在傳輸過(guò)程中抵抗幾何攻擊的能力。本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印嵌入的方法，包括將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊，并構(gòu)造與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的同步 模板；在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域；
獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系數(shù) 序列；根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息，修正 對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印嵌入的裝置，包括生成單元，用于將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊，并構(gòu)造與每個(gè)水印 子塊對(duì)應(yīng)的同步模板；確定單元，用于在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域；獲取單元，用于獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域 上的交流系數(shù)序列；嵌入單元，用于根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位 置的信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印檢測(cè)的方法，包括對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，恢復(fù)出原始圖像；獲取所述原始圖像中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系數(shù)序 列；根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的交流系數(shù)，以及構(gòu)造的每 個(gè)同步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域；根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上的交流系數(shù)，提 取對(duì)應(yīng)水印子塊的信息；根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息。本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印檢測(cè)的裝置，包括恢復(fù)單元，用于對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，恢復(fù)出原始圖像；獲取單元，用于獲取所述原始圖像中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上 的交流系數(shù)序列；確定單元，用于根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的交流系 數(shù)，以及構(gòu)造的每個(gè)同步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域；提取單元，用于根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上 的交流系數(shù)，提取對(duì)應(yīng)水印子塊的信息；解碼單元，用于根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息。本發(fā)明實(shí)施例中，獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換 域上的交流系數(shù)序列。根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置 的信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。這 樣，使得嵌入水印后的數(shù)字圖像具有抵抗旋轉(zhuǎn)縮放和任意比例任意位置裁剪攻擊的優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)可以有效的抵抗Jpeg壓縮和對(duì)比度變化、曝光度變化等組合攻擊。并且，同步模板和 水印信息分開(kāi)嵌入，兩者之間不會(huì)互相干擾，不會(huì)影響水印信息的提取。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中在數(shù)字圖像中嵌入水印的流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例中在數(shù)字圖像中檢測(cè)水印的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中在數(shù)字圖像中嵌入水印的流程圖；圖4(a)本發(fā)明實(shí)施例同步模板的示意圖；圖4(b)本發(fā)明實(shí)施例同步模板的另一示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中在數(shù)字圖像中檢測(cè)水印的流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中在數(shù)字圖像中嵌入水印的裝置結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中在數(shù)字圖像中檢測(cè)水印的裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字圖像中水印嵌入和檢測(cè)的方法，用以提高數(shù)字圖像在 傳輸過(guò)程中抵抗幾何攻擊的能力。參見(jiàn)圖1，在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法包括步驟101 將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊。這里，對(duì)需要嵌入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行擴(kuò)頻，生成一個(gè)或多個(gè)水印子塊?？梢詫⑿枨?入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一維二進(jìn)制比特序列，然后將其分成至少一段，將每段序列，與設(shè)定的 第一標(biāo)志比特序列，生成對(duì)應(yīng)的水印子塊。例如需要嵌入的數(shù)據(jù)信息為“101101”，將其分 為三段，即為“ 10 ”、“ 11 ”、“ 01 ”，第一標(biāo)志比特序列為“ 1111111 ”，這樣可以生成三個(gè)水印子
'101''111'Oli塊，分別為·111‘’-111111111111111本發(fā)明實(shí)施例，還可以根據(jù)嵌入密鑰，將需嵌入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一維二進(jìn)制比 特的水印序列，然后，將所述水印序列劃分為至少一段序列，將每段序列作為線性移位反饋 寄存器(Linear Feedback Shift Register, LFSR)的初態(tài)輸入到LFSR中，獲得對(duì)應(yīng)的待嵌 入水印序列，最后，根據(jù)每個(gè)待嵌入水印序列，以及設(shè)定的第一標(biāo)志比特序列，生成對(duì)應(yīng)的 水印子塊。步驟102 構(gòu)造與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的同步模板。同步模板由設(shè)定的二維二進(jìn)制比特組成，當(dāng)有多個(gè)水印子塊時(shí)，與相鄰水印子塊
對(duì)應(yīng)的同步模板完全相反。例如第一同步模板為
101 010 101
，第二同步模板為
010 101 010
?；蛘?，也
可以設(shè)置同樣的同步模板。例如
101 010 101步驟103 在數(shù)字圖像中確定與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域。將數(shù)字圖像劃分為至少一個(gè)圖像子塊，例如數(shù)字圖像有若干個(gè)8X8的圖像子塊 組成，這樣，可以在數(shù)字圖像中選擇與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域。例如上述每個(gè)水 印子塊為3X3 二維矩陣，這里選擇的待嵌入?yún)^(qū)域也一個(gè)由3X3個(gè)圖像子塊組成的區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例中，還可以根據(jù)每個(gè)圖像子塊中像素值的分布，確定每個(gè)圖像子塊 的紋理特征值，遍歷與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的圖像區(qū)域，計(jì)算每個(gè)圖像區(qū)域中所有圖像子塊的紋理特征值的和，當(dāng)計(jì)算出的和大于設(shè)定值，并該圖像區(qū)域與其他已確定的待嵌入?yún)^(qū)域 不相交時(shí)，確定該圖像區(qū)域?yàn)榇度雲(yún)^(qū)域。步驟104 獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在DCT變換域上的交流系數(shù)序列。對(duì)每個(gè)圖像子塊進(jìn)行離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)，獲得每 個(gè)圖像子塊在DCT變換域上的交流系數(shù)序列。步驟105 根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的 信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。根據(jù)每個(gè)同步模板的每個(gè)信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中第一頻段的交流系 數(shù)，以及根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中第二頻段的交流系 數(shù)，這樣，將修正后的每個(gè)交流系數(shù)序列進(jìn)行DCT反變換，可以獲得嵌入水印信息以及同步 模板的數(shù)字圖像。在修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)之前，還可以將每個(gè)交流系數(shù)序列 中奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的絕對(duì)值與保存的第一閾值進(jìn)行比較；當(dāng)該交流系數(shù)序列中奇 數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的絕對(duì)值小于等于所述閾值時(shí)，則可以根據(jù)對(duì)應(yīng)水印子塊中的每個(gè) 信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息，修正該交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)。否 則，不修改該交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)。其中，確定閾值可以根據(jù)DCT交流系數(shù)人眼 視覺(jué)閾值模型確定，也可以直接設(shè)定。當(dāng)然，也可以直接根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng) 位置的信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)。其中，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)包括將該交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同 步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性進(jìn)行比較，當(dāng)該交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與 偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性一致，不修改對(duì)應(yīng) 的交流系數(shù)；當(dāng)兩者不一致時(shí)，則修改所述交流系數(shù)序列中第一頻段上交流系數(shù)，直至所述 交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步模板中對(duì)應(yīng) 位置的信息的正負(fù)性一致。其中，當(dāng)同步模板中的信息為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)為“正”，當(dāng)同步模板 中的信息為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)為“負(fù)”。將該交流系數(shù)序列中第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)水 印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性進(jìn)行比較，當(dāng)兩者的正負(fù)性一致時(shí)，不修改對(duì)應(yīng)的交流 系數(shù)；當(dāng)兩者不一致時(shí)，則修改交流系數(shù)序列中第二頻段上交流系數(shù)，直至交流系數(shù)序列中 第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)水印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正 負(fù)性一致。其中，當(dāng)水印子塊中的信息為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)為“正”，當(dāng)水印子塊中的信息為“0” 時(shí)，對(duì)應(yīng)為“負(fù)”。修改交流系數(shù)序列中第一頻段上交流系數(shù)包括根據(jù)DCT變換域上的人眼視覺(jué)模 型，確定修正值；根據(jù)確定的修正值修改第一頻段上的每個(gè)交流系數(shù)。修改交流系數(shù)序列中第二頻段上交流系數(shù)的過(guò)程如上述類似，不在累述了。在上述實(shí)施例中，當(dāng)水印子塊的大小設(shè)定后，上述步驟101-103的先后順序可以互換。通過(guò)上述方法，修正每個(gè)交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，然后，根據(jù)修正后的每個(gè)交流系數(shù)序列，進(jìn)行DCT反變換，就可以獲得嵌入了水印信息和同步模板的數(shù)字圖像了。這樣，當(dāng)獲得了嵌入水印的數(shù)字圖像后，可以檢測(cè)數(shù)字圖像中的水印信息。從數(shù)字圖像中檢測(cè)水印的過(guò)程參見(jiàn)圖2所示，包括步驟201 對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，恢復(fù)出原始圖像。這里，對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，獲得圖像縮放倍數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度，在 獲得了圖像縮放倍數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度后，恢復(fù)到原始圖像的方式有很多種，例如，二次線性插 值。其中，可以首先對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，獲得峰值距離參數(shù)，根據(jù) 峰值距離參數(shù)確定預(yù)測(cè)水印區(qū)域，然后，根據(jù)對(duì)該預(yù)測(cè)水印區(qū)域做自相關(guān)檢測(cè)獲得峰值距 離、角度等參數(shù)，做仿射變換恢復(fù)出原始圖像。步驟202 獲取原始圖像中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系 數(shù)序列。每個(gè)圖像子塊的大小與嵌入水印時(shí)劃分的圖像子塊的大小一致。對(duì)原始圖像中每 個(gè)圖像子塊進(jìn)行中每個(gè)像素點(diǎn)的值進(jìn)行DCT變換，獲得每個(gè)圖像子塊在DCT變換域上的交 流系數(shù)序列。步驟203 根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的交流系數(shù)，以 及構(gòu)造的每個(gè)同步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域。這里，根據(jù)原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的 和的正負(fù)性，提取對(duì)應(yīng)信息，生成預(yù)測(cè)水印矩陣；然后在所述預(yù)測(cè)水印矩陣中查找與每個(gè)同 步模板的信息一致的區(qū)域，確定查找到的區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域?yàn)榍度雽?duì)應(yīng)水印子塊的嵌入 區(qū)域。當(dāng)交流系數(shù)序列的第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和為正時(shí)，提取的信息為 “1”，當(dāng)交流系數(shù)序列的第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和為負(fù)時(shí)，提取的信息為“0”， 這樣，可以生成與原始圖像對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)水印矩陣。然后，在預(yù)測(cè)水印矩陣查找與構(gòu)造的每個(gè) 同步模板的信息一致的區(qū)域，確定查找到的區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域?yàn)榍度雽?duì)應(yīng)水印子塊的嵌 入?yún)^(qū)域。步驟204 根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上的交 流系數(shù)，提取對(duì)應(yīng)水印子塊的信息。根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶 數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，提取對(duì)應(yīng)水印子塊的信息。當(dāng)交流系數(shù)序列的第二頻段上的奇數(shù) 項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和為正時(shí)，提取的信息為“1”，當(dāng)交流系數(shù)序列的第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與 偶數(shù)項(xiàng)的差的和為負(fù)時(shí)，提取的信息為“0”，從而組成每個(gè)水印子塊的信息。步驟205 根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息。在嵌入水印時(shí)，將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成水印子塊的方式都有多種，因此，對(duì)應(yīng)的 根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息的方式也有多種。其中包括確定提取到的水印子塊的信息中的第二標(biāo)志位序列與設(shè)定的第一標(biāo)志位序列之 間的相似度，當(dāng)確定的相似度大于閾值時(shí)，對(duì)該水印子塊的信息進(jìn)行解碼，提取該水印子塊 的信息中的水印序列，最后根據(jù)每個(gè)水印序列，獲得對(duì)應(yīng)的水印信息。本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)生成水印子塊時(shí)，基于了 LFSR，那么，本發(fā)明實(shí)施例中可以采用快速攻擊(FCA)技術(shù)進(jìn)行解碼。相關(guān)攻擊是一種基于線性移位反饋寄存器(LFSR)的序 列密碼有效的攻擊方法。這里，設(shè)已知序列Z= (zi; Z2, ... , zn)與未知的LFSR密鑰序列U= (U1, u2，...， Un)之間滿足ft· Izi = Ui} = 1-P，其中i = 1,2,... ,η.且信道誤碼率ρ <0.5?？焖傧嚓P(guān)攻擊就是利用序列Z和U的這種關(guān)聯(lián)性，用明顯小于窮盡搜索的計(jì)算復(fù) 雜度來(lái)恢復(fù)LFSR的初態(tài)，也就是本發(fā)明實(shí)施例中需要提取出的有效水印信息。設(shè)LFSR的
級(jí)數(shù)為L(zhǎng)。由Siannon定理知，要實(shí)現(xiàn)水印序列的唯一譯碼，獲取序列Z的長(zhǎng)度
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字圖像中水印嵌入的方法，其特征在于，包括將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊，并構(gòu)造與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的同步模板；在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域； 獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系數(shù)序列； 根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息，修正對(duì)應(yīng) 的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水 印子塊包括根據(jù)嵌入密鑰，將需嵌入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一維二進(jìn)制比特的水印序列； 將所述水印序列劃分為至少一段序列；將每段序列作為線性移位反饋寄存器LFSR的初態(tài)輸入到LFSR中，獲得對(duì)應(yīng)的待嵌入 水印序列；根據(jù)每個(gè)待嵌入水印序列，以及設(shè)定的第一標(biāo)志比特序列，生成對(duì)應(yīng)的水印子塊。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水 印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域包括根據(jù)所述數(shù)字圖像中每個(gè)圖像子塊中像素值的分布，確定每個(gè)圖像子塊的紋理特征值； 遍歷與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的圖像區(qū)域，計(jì)算每個(gè)圖像區(qū)域中所有圖像子塊的紋理特征 值的和，當(dāng)計(jì)算出的和大于設(shè)定值，且該圖像區(qū)域與其他已確定的待嵌入?yún)^(qū)域不相交時(shí)，確 定該圖像區(qū)域?yàn)榇度雲(yún)^(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交 流系數(shù)之前，還包括將所述交流系數(shù)序列中奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的絕對(duì)值與設(shè)定的第一閾值進(jìn)行比較；當(dāng)該交流系數(shù)序列中奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的絕對(duì)值小于等于所述第一閾值時(shí)，修 正所述交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交 流系數(shù)包括當(dāng)所述交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步 模板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性不一致，修改所述交流系數(shù)序列中第一頻段上交流系數(shù)， 直至所述交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步模 板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性一致；當(dāng)所述交流系數(shù)序列中第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 水印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性不一致，修改所述交流系數(shù)序列中第二頻段上交流系 數(shù)，直至所述交流系數(shù)序列中第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)水 印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性一致。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述修改所述交流系數(shù)序列中第一頻段上 交流系數(shù)包括根據(jù)DCT變換域上的人眼視覺(jué)模型，確定修正值；根據(jù)確定的修正值修改第一頻段上的每個(gè)交流系數(shù)。
7.一種數(shù)字圖像中水印檢測(cè)的方法，其特征在于，包括 對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，恢復(fù)出原始圖像；獲取所述原始圖像中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系數(shù)序列； 根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的交流系數(shù)，以及構(gòu)造的每個(gè)同 步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域；根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上的交流系數(shù)，提取對(duì) 應(yīng)水印子塊的信息；根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序 列的第一頻段上的交流系數(shù)，以及構(gòu)造的每個(gè)同步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的 嵌入?yún)^(qū)域包括根據(jù)原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的正負(fù) 性，提取對(duì)應(yīng)信息，生成預(yù)測(cè)水印矩陣；在所述預(yù)測(cè)水印矩陣中查找與每個(gè)同步模板的信息一致的區(qū)域，確定查找到的區(qū)域?qū)?應(yīng)的圖像區(qū)域?yàn)榍度雽?duì)應(yīng)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得 嵌入的水印信息包括確定提取到的水印子塊的信息中的第二標(biāo)志位序列與設(shè)定的第一標(biāo)志位序列之間的 相似度；當(dāng)確定的相似度大于第二閾值時(shí)，將提取到的水印子塊的信息中的設(shè)定比特信息組成 水印初態(tài)序列；對(duì)所述水印初態(tài)序列進(jìn)行快速相關(guān)攻擊解碼，獲得對(duì)應(yīng)的LFSR的初態(tài)； 組合每組LFSR的初態(tài)，獲得嵌入的水印信息。
10.一種數(shù)字圖像中水印嵌入的裝置，其特征在于，包括生成單元，用于將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊，并構(gòu)造與每個(gè)水印子塊 對(duì)應(yīng)的同步模板；確定單元，用于在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域； 獲取單元，用于獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的 交流系數(shù)序列；嵌入單元，用于根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的 信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述生成單元包括轉(zhuǎn)換子單元，用于根據(jù)嵌入密鑰，將需嵌入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一維二進(jìn)制比特的水印 序列；獲得子單元，用于將所述水印序列劃分為至少一段序列，將每段序列作為線性移位反 饋寄存器LFSR的初態(tài)輸入到LFSR中，獲得對(duì)應(yīng)的待嵌入水印序列；生成子單元，用于根據(jù)每個(gè)待嵌入水印序列，以及設(shè)定的第一標(biāo)志比特序列，生成對(duì)應(yīng) 的水印子塊。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述確定單元包括特征值子單元，用于根據(jù)所述數(shù)字圖像中每個(gè)圖像子塊中像素值的分布，確定每個(gè)圖 像子塊的紋理特征值；待嵌入?yún)^(qū)域子單元，用于遍歷與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的圖像區(qū)域，計(jì)算每個(gè)圖像區(qū)域中 所有圖像子塊的紋理特征值的和，當(dāng)計(jì)算出的和大于設(shè)定值，且該圖像區(qū)域與其他已確定 的待嵌入?yún)^(qū)域不相交時(shí)，確定該圖像區(qū)域?yàn)榇度雲(yún)^(qū)域。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括比較單元，用于將所述交流系數(shù)序列中奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的絕對(duì)值與設(shè)定的第 一閾值進(jìn)行比較。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述嵌入單元包括第一修改子單元，用于當(dāng)所述交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和 的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性不一致，修改所述交流系數(shù)序列中 第一頻段上交流系數(shù)，直至所述交流系數(shù)序列中第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和的 正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性一致；第二修改子單元，用于當(dāng)所述交流系數(shù)序列中第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的和 的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)水印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性不一致，修改所述交流系數(shù)序 列中第二頻段上交流系數(shù)，直至所述交流系數(shù)序列中第二頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng)的差的 和的正負(fù)性，與對(duì)應(yīng)水印子塊中對(duì)應(yīng)位置的信息的正負(fù)性一致。
15.一種數(shù)字圖像中水印檢測(cè)的裝置，其特征在于，包括恢復(fù)單元，用于對(duì)獲得載體圖像的信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)檢測(cè)，恢復(fù)出原始圖像； 獲取單元，用于獲取所述原始圖像中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交 流系數(shù)序列；確定單元，用于根據(jù)所述原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的交流系數(shù)，以 及構(gòu)造的每個(gè)同步模板的信息，確定嵌入每個(gè)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域；提取單元，用于根據(jù)每個(gè)嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊對(duì)應(yīng)交流系數(shù)序列第二頻段上的交 流系數(shù)，提取對(duì)應(yīng)水印子塊的信息；解碼單元，用于根據(jù)提取到每個(gè)水印子塊的信息，獲得嵌入的水印信息。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述確定單元包括生成子單元，用于根據(jù)原始圖像中每個(gè)交流系數(shù)序列的第一頻段上的奇數(shù)項(xiàng)與偶數(shù)項(xiàng) 的差的和的正負(fù)性，提取對(duì)應(yīng)信息，生成預(yù)測(cè)水印矩陣；匹配子單元，用于在所述預(yù)測(cè)水印矩陣中查找與每個(gè)同步模板的信息一致的區(qū)域，確 定查找到的區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域?yàn)榍度雽?duì)應(yīng)水印子塊的嵌入?yún)^(qū)域。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述解碼單元包括確定子單元，用于確定提取到的水印子塊的信息中的第二標(biāo)志位序列與設(shè)定的第一標(biāo) 志位序列之間的相似度；提取子單元，用于當(dāng)確定的相似度大于第二閾值時(shí)，將提取到的水印子塊的信息中的 設(shè)定比特信息組成水印初態(tài)序列；初態(tài)子單元，用于對(duì)所述水印初態(tài)序列進(jìn)行快速相關(guān)攻擊解碼，獲得對(duì)應(yīng)的LFSR的初態(tài)； 組合子單元，用于組合每組LFSR的初態(tài)，獲得嵌入的水印信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)字圖像中水印嵌入和檢測(cè)的方法及裝置，用以提高數(shù)字圖像在傳輸過(guò)程中抵抗幾何攻擊的能力。數(shù)字圖像中水印嵌入的方法包括將需嵌入的數(shù)據(jù)信息生成至少一個(gè)水印子塊，并構(gòu)造與每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的同步模板；在所述數(shù)字圖像中確定與所述每個(gè)水印子塊對(duì)應(yīng)的待嵌入?yún)^(qū)域；獲取每個(gè)待嵌入?yún)^(qū)域中每個(gè)圖像子塊在離散余弦變換DCT變換域上的交流系數(shù)序列；根據(jù)每個(gè)水印子塊中的每個(gè)信息，以及對(duì)應(yīng)的同步模板中對(duì)應(yīng)位置的信息，修正對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)序列中對(duì)應(yīng)的交流系數(shù)，實(shí)現(xiàn)水印以及同步模板的嵌入。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102117474SQ20091021751
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者亓文法, 李曉龍, 楊斌, 王高陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京北大方正電子有限公司, 北京大學(xué), 北大方正集團(tuán)有限公司