專利名稱：基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入、提取方法及其系統(tǒng)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)，尤其涉及一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌 入、提取方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)的高速發(fā)展為人們在網(wǎng)絡(luò)上傳遞和交換各種信息提供了 便利，但同時(shí)也給不法分子獲取和傳播數(shù)字產(chǎn)品提供了更為便利的渠道。因此，保護(hù)數(shù)字產(chǎn) 品版權(quán)以及防止盜版已經(jīng)成為數(shù)字產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用面臨的嚴(yán)峻問題之一。數(shù)字圖像水印技 術(shù)是一種在載體圖像中隱藏?cái)y帶有知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息等內(nèi)容的水印信息，通過水印提取和檢測 技術(shù)恢復(fù)版權(quán)信息，達(dá)到保護(hù)數(shù)字版權(quán)的目的。為了實(shí)際應(yīng)用的需要，要求數(shù)字水印具有良 好的魯棒性，以抵抗各種有意的或是無意的攻擊。數(shù)字水印一般分為可感知的水印和不可感知的水印?？筛兄乃∫话氵x用比 較淡或者半透明的圖案嵌入到載體圖像中，以證明載體圖像的歸屬信息和版權(quán)信息，同時(shí) 又不影響對(duì)載體圖像的觀賞，從而防止非法的商業(yè)用途。不可感知的水印主要用來保護(hù)版 權(quán)。和可感知的水印相反，不可感知的水印一般從表面上是察覺不出來的。雖然它在傳播 的過程中，無法避免非法復(fù)制和傳播；但是，產(chǎn)品所有者可以通過水印提取的方法，從載體 圖像中提取能證明產(chǎn)品版權(quán)的信息，以證明產(chǎn)品的所有權(quán)，防止版權(quán)糾紛。不可感知水印是 應(yīng)用比較廣的水印方案，其最重要的特性就是既要保持水印的不可感知性，又要保持圖像 的魯棒性來抗擊各種攻擊。一般而言，數(shù)字圖像水印的嵌入和提取的流程如

圖1和圖2所示。在提取過程中， 如果需要原圖，則稱為非盲水??；如果不需要原圖來提取，則稱為盲水印。相對(duì)而言，盲水印 更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。一個(gè)數(shù)字水印方案一般綜合利用圖像處理、信號(hào)處理、密碼學(xué)、數(shù)字通信等領(lǐng)域的 技術(shù)為基礎(chǔ)，而形成不同的水印算法。從嵌入域來看，數(shù)字水印的嵌入算法一般分為空間 域和變換域。空間域數(shù)字水印是一種改變載體圖像像素信息，將數(shù)字水印信息直接加入到 載體圖像中的數(shù)字水印方法。變換域數(shù)字水印是一種基于圖像的變換域(如離散余弦變換 (DCT)、離散小波變換(DWT)、離散傅里葉變換(DFT)等)，嵌入水印信息。變換域方法一般 相對(duì)于空間域嵌入水印方法而言，復(fù)雜性較高，但是具有更強(qiáng)的魯棒性，能夠抗擊更多的惡 思攻擊ο現(xiàn)有的各種技術(shù)能夠抗擊各種噪聲、濾波、壓縮以及各種幾何攻擊等等惡意攻擊。 比如，基于分塊DCT域的水印方案，在中頻系數(shù)中嵌入水印信息，來抗擊有損壓縮和低通濾 波；基于DWT變換的水印方案，將水印信息嵌入到HH，HL和LH等細(xì)節(jié)子圖的有較大值的系 數(shù)上，來抗擊JPEG2000等壓縮攻擊；基于DFT變換的幅值對(duì)RST (旋轉(zhuǎn)(rotation)、比例縮 放(scale)、平移(translation))操作的不變性，產(chǎn)生了一種Mellin-Fourier變換，來有效 的抗擊幾何攻擊等等。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)水印方案雖然能夠抗擊各種類型的攻擊，但是對(duì)于某一種類型的攻擊魯棒性并不強(qiáng)，如抗強(qiáng)裁剪攻擊的能力較弱，或者不能抗擊強(qiáng)裁剪攻擊。而在實(shí)際 的傳播過程中，傳播的圖像可能受到裁剪、遮擋以及污染等無意或者有意攻擊。如果在受 到這些攻擊后，不能提取出原來的水印信息，或者提取出來的水印信息不清晰，必然會(huì)影響 到版權(quán)糾紛問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入、提取方法及其系統(tǒng)，以增 強(qiáng)水印抵抗各種攻擊的魯棒性。一方面，本發(fā)明公開了一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入方法，包括如下 步驟水印生成步驟，通過非級(jí)聯(lián)相位恢復(fù)和隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(RFrFT)對(duì)原始水印圖 像進(jìn)行變換，獲取原始水印圖像加密后的相息圖；水印嵌入步驟，基于人類視覺系統(tǒng)模型 (HVS)，將所述加密后的相息圖自適應(yīng)地嵌入至載體圖像中。上述數(shù)字圖像水印嵌入方法，優(yōu)選所述水印生成步驟進(jìn)一步包括頻域信息修改 步驟、收斂的物函數(shù)獲取步驟和量化步驟。其中，頻域信息修改步驟，在用于表示原始水印 圖像相位信息的像函數(shù)平面中加入幅度限制條件，使所述像函數(shù)平面的幅度譜為常數(shù)，保 留的所述像函數(shù)的相位譜，獲取修改后的頻域信息；收斂的物函數(shù)獲取步驟，對(duì)所述修改后 的頻域信息進(jìn)行RFrFT的逆變換，得到空間域信息；確定收斂條件，比較所述空間域信息中 的數(shù)據(jù)與原始水印圖像的信息，判斷是否收斂；若收斂，則所述空間于信息為滿足收斂條件 的物函數(shù)；若不收斂，則令所述空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅等于原始水印圖像的振幅，然后， 再進(jìn)行RFrFT變換，獲取新空間域信息；如此迭代循環(huán)，直至與原始水印圖像的信息進(jìn)行比 較時(shí)，新空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅滿足收斂條件，此時(shí)新空間域信息為滿足收斂條件的物 函數(shù)；量化步驟，獲取所述滿足收斂條件的物函數(shù)所對(duì)應(yīng)的相位譜函數(shù)，將所述相位譜函數(shù) 進(jìn)行量化，保存為灰度圖像，所述灰度圖像即為原始水印圖像加密后的相息圖。上述數(shù)字圖像水印嵌入方法，優(yōu)選所述水印嵌入步驟進(jìn)一步包括劃分步驟、系數(shù) 塊劃分及系數(shù)選擇步驟、嵌入步驟和逆離散小波變換步驟。其中，劃分步驟，對(duì)載體圖像進(jìn) 行二級(jí)小波分解，獲取包括LH2、HL2、LH1和HLl的四個(gè)子帶；系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇步驟， 在每一個(gè)子帶中，以每個(gè)子帶的偶數(shù)行和偶數(shù)列的交叉為中心點(diǎn)，將每一子帶劃分成3X3 的塊，在所述3X3的塊中心塊嵌入水印信息，所述中心塊周圍的8個(gè)塊作為水印嵌入和提 取的參考值；嵌入步驟，基于所述系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇步驟獲取的結(jié)果，通過迭代算法， 將所述原始水印圖像加密后的相息圖嵌入子帶的中心塊中，獲得修改后圖像的小波系數(shù)， 所述修改后的小波系數(shù)滿足
權(quán)利要求
1.一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入方法，其特征在于，包括如下步驟水印生成步驟，通過非級(jí)聯(lián)相位恢復(fù)和隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(RFrFT)對(duì)原始水印圖像 進(jìn)行變換，獲取原始水印圖像加密后的相息圖；水印嵌入步驟，基于人類視覺系統(tǒng)模型(HVQ，將所述加密后的相息圖自適應(yīng)地嵌入至 載體圖像中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像水印嵌入方法，其特征在于，所述水印生成步驟進(jìn) 一步為頻域信息修改步驟，在用于表示原始水印圖像相位信息的像函數(shù)平面中加入幅度限制 條件，使所述像函數(shù)平面的幅度譜為常數(shù)，保留的所述像函數(shù)的相位譜，獲取修改后的頻域 fn息；收斂的物函數(shù)獲取步驟，對(duì)所述修改后的頻域信息進(jìn)行RFrFT的逆變換，得到空間域 信息；確定收斂條件，比較所述空間域信息中的數(shù)據(jù)與原始水印圖像的信息，判斷是否收 斂；若收斂，則所述空間于信息為滿足收斂條件的物函數(shù)；若不收斂，則令所述空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅等于原始水印圖像的振幅，然后，再進(jìn)行 RFrFT變換，獲取新空間域信息；如此迭代循環(huán)，直至與原始水印圖像的信息進(jìn)行比較時(shí)， 新空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅滿足收斂條件，此時(shí)新空間域信息為滿足收斂條件的物函數(shù)；量化步驟，獲取所述滿足收斂條件的物函數(shù)所對(duì)應(yīng)的相位譜函數(shù)，將所述相位譜函數(shù) 進(jìn)行量化，保存為灰度圖像，所述灰度圖像即為原始水印圖像加密后的相息圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字圖像水印嵌入方法，其特征在于，所述水印嵌入步驟進(jìn) 一步為劃分步驟，對(duì)載體圖像進(jìn)行二級(jí)小波分解，獲取包括LH2、HL2、LHl和HLl的四個(gè)子帶；系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇步驟，在每一個(gè)子帶中，以每個(gè)子帶的偶數(shù)行和偶數(shù)列的交叉 為中心點(diǎn)，將每一子帶劃分成3X3的塊，在所述3X3的塊中心塊嵌入水印信息，所述中心 塊周圍的8個(gè)塊作為水印嵌入和提取的參考值；嵌入步驟，基于所述系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇步驟獲取的結(jié)果，通過迭代算法，將所述原 始水印圖像加密后的相息圖嵌入子帶的中心塊中，獲得修改后圖像的小波系數(shù)，所述修改 后的小波系數(shù)滿足Yl = ^ +Y1-K1-Tni>0其中，i為系數(shù)塊的編號(hào)，β i為基于HVS模型所計(jì)算的小波系數(shù)允許的最大修改權(quán)值， Ci為所述3X3的塊中，中心塊所對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)的小波系數(shù)值，Ai為所述3X3的塊中，中心 塊周圍8個(gè)塊系數(shù)的均值，C' i為嵌入水印后，修改的中心塊所對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)的小波系數(shù) 值，Yi為水印的嵌入強(qiáng)度，Δ為嵌入強(qiáng)度的迭代步長，Ki為歸一化的灰度相息水印值，且 O^ Ki ^ Lmi為迭代次數(shù)，Hii為自然數(shù)且Hii > 200 ；逆離散小波變換步驟，對(duì)所述修改后圖像的小波系數(shù)進(jìn)行逆離散小波變換，得到嵌入 水印后的圖像。
4.一種與權(quán)利要求3所述的基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入方法對(duì)應(yīng)的水印提 取方法，其特征在于，所述水印提取方法包括如下步驟系數(shù)塊提取步驟，對(duì)所述嵌入水印后的圖像進(jìn)行小波分解，提取系數(shù)塊；水印像素點(diǎn)值確定步驟，依據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字圖像水印提取方法，其特征在于，所述再現(xiàn)步驟中，依據(jù) 如下公式獲取再現(xiàn)的原始水印圖像其中，W' (x,y)為所述再現(xiàn)原始水印圖像，其中，χ和y分別代表直角坐標(biāo)系中橫坐標(biāo) 和縱坐標(biāo)的像素值，α為為RFrFT的分?jǐn)?shù)階，P為相位密鑰，P*為相位解密密鑰
6.一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入系統(tǒng)，其特征在于，包括水印生成模塊，用于非級(jí)聯(lián)相位恢復(fù)和隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(RFrFT)對(duì)原始水印圖像 進(jìn)行變換，獲取原始水印圖像加密后的相息圖；水印嵌入模塊，用于依據(jù)人類視覺系統(tǒng)模型(HVQ，將所述加密后的相息圖自適應(yīng)地嵌 入至載體圖像中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字圖像水印嵌入系統(tǒng)，其特征在于，所述水印生成模塊進(jìn) 一步包括頻域信息修改單元，用于在表示原始水印圖像相位信息的像函數(shù)平面中加入幅度限制 條件，使所述像函數(shù)平面的幅度譜為常數(shù)，保留的所述像函數(shù)的相位譜，獲取修改后的頻域 fn息；收斂的物函數(shù)獲取模塊，用于對(duì)所述修改后的頻域信息進(jìn)行RFrFT的逆變換，得到空 間域信息；確定收斂條件，比較所述空間域信息中的數(shù)據(jù)與原始水印圖像的信息，判斷是否 收斂若收斂，則確定所述空間于信息為滿足收斂條件的物函數(shù)；若不收斂，則令所述空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅等于原始水印圖像的振幅，然后，再進(jìn)行 RFrFT變換，獲取新空間域信息；如此迭代循環(huán)，直至與原始水印圖像的信息進(jìn)行比較時(shí)， 新空間域信息中數(shù)據(jù)的振幅滿足收斂條件，此時(shí)確定新空間域信息為滿足收斂條件的物函 數(shù)；量化單元，用于獲取滿足收斂條件的物函數(shù)對(duì)應(yīng)的相位譜函數(shù)，將所述相位譜函數(shù)進(jìn) 行量化，保存為灰度圖像，所述灰度圖像即為原始水印圖像加密后的相息圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字圖像水印嵌入系統(tǒng)，其特征在于，所述水印嵌入模塊進(jìn) 一步包括劃分單元，用于對(duì)載體圖像進(jìn)行二級(jí)小波分解，獲取包括LH2、HL2、LH1和HLl的四個(gè)子帶；系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇單元，用于在每一個(gè)子帶中，以每個(gè)子帶的偶數(shù)行和偶數(shù)列的 交叉為中心點(diǎn)，將每一子帶劃分成3X3的塊，在所述3X3的塊中心塊嵌入水印信息，所述 中心塊周圍的8個(gè)塊作為水印嵌入和提取的參考值；嵌入單元，用于基于所述系數(shù)塊劃分及系數(shù)選擇步驟獲取的結(jié)果，通過迭代算法，將所 述原始水印圖像加密后的相息圖嵌入子帶的中心塊中，獲得修改后圖像的小波系數(shù)，所述 修改后的小波系數(shù)滿足
9.一種與權(quán)利要求8所述的基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的水印提 取系統(tǒng)，其特征在于，包括系數(shù)塊提取模塊，用于對(duì)所述嵌入水印后的圖像進(jìn)行小波分解，提取系數(shù)塊；水印像素點(diǎn)值確定模塊，用于依據(jù)
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字圖像水印提取系統(tǒng)，其特征在于，所述再現(xiàn)模塊中，依 據(jù)如下公式獲取再現(xiàn)的原始水印圖像
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入、提取方法及其系統(tǒng)。其中，數(shù)字圖像水印嵌入方法包括如下步驟通過非級(jí)聯(lián)相位恢復(fù)和隨機(jī)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(RFrFT)對(duì)原始水印圖像進(jìn)行變換，獲取原始水印圖像加密后的相息圖；基于人類視覺系統(tǒng)模型(HVS)，將所述加密后的相息圖自適應(yīng)地嵌入至載體圖像中。本發(fā)明采用非級(jí)聯(lián)迭代加密方法，增強(qiáng)了相息圖水印的安全性；同時(shí)，采用自適應(yīng)嵌入算法，實(shí)現(xiàn)了盲水??；實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明對(duì)抗各類攻擊具有很高的魯棒性，同時(shí)安全性能極佳。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102142131SQ201110122158
公開日2011年8月3日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者楊光臨, 鄧柯 申請人:北京大學(xué)