一種抗打印掃描圖文混合的數(shù)字水印嵌入與提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種圖文混合的數(shù)字水印嵌入以及提取方法。該方法不僅可以對(duì)單獨(dú)的圖像以及單獨(dú)的文本信息嵌入水印，還可以對(duì)圖像和文本混合的信息嵌入水印。該方法提出了一種基于空間域的數(shù)字水印算法，針對(duì)抗打印掃描攻擊具有很強(qiáng)的魯棒性。除此之外，該方法提出了可調(diào)節(jié)變量的概念實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水印信息的順序嵌入與提取，并且具備較大的水印容量。
【專利說明】一種抗打印掃描圖文混合的數(shù)字水印嵌入與提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)信息安全、版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗打印掃描的圖文混和的數(shù)字水印嵌入與提取算法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展有效的提高了信息的共享以及傳播，但因此帶來的信息安全以及版權(quán)保護(hù)問題越來越嚴(yán)重。數(shù)字水印技術(shù)能夠提供信息的隱藏以及版權(quán)保護(hù)的功能。數(shù)字水印技術(shù)是指使用信號(hào)處理技術(shù)在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記通常是不可見的，只有通過專用的檢測(cè)器或閱讀器才能提取。相對(duì)于對(duì)原始文檔的直接拷貝，打印掃描后的文檔與原始版本產(chǎn)生了較大的變化，因而提取水印的難度更高，因此抗打印掃描特性是一個(gè)良好的數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備的特性。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字水印方法只是在單純的進(jìn)行文本水印或者單純的圖像水印，但是很多情況下文字和圖形是混合在一起的，因此對(duì)圖文混合的數(shù)字水印技術(shù)提出了迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種抗打印掃描的圖文混合數(shù)字水印嵌入與提取方法，該方法計(jì)算量小，執(zhí)行速度快，并且具有順序嵌入水印以及提取水印的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的抗打印掃描特性，魯棒性良好，該方法主要包含三個(gè)模塊:版式分析、文本水印嵌入與提取以及圖像水印嵌入提取。
[0005](I)版式分析
[0006]通過對(duì)圖像中信息的樣式進(jìn)行分析，分離信息中的文本與圖片，從而為嵌入水印和提取水印信息做準(zhǔn)備。并將嵌入水印的文本與圖片信息按照原先的版式合成。
[0007](2)文本水印的嵌入與提取
[0008]針對(duì)(I)中分離所得的文本信息，嵌入或提取水印。
[0009](3)圖像水印嵌入與提取
[0010]針對(duì)(I)中分離所得圖片信息，嵌入或提取水印。
[0011]為了更加清晰的描述實(shí)施過程，下面做如下定義:
[0012]CSet:嵌入字符集，從文本圖像信息的開始處選取連續(xù)的2N個(gè)字符作為嵌入字符集。N為水印長(zhǎng)度
[0013]A1:表示在CSet中第i個(gè)字符組的黑點(diǎn)數(shù)，字符組是指按照順序?qū)Set中的字符每?jī)蓚€(gè)分為一組，每一組稱為一個(gè)字符組。
[0014]χ:字符集平均黑點(diǎn)數(shù)，即又=ES1Ai /N
tool 5] η:可調(diào)節(jié)變量，其初始值等于字符集的平均黑點(diǎn)數(shù)。
[0016]K:量化步長(zhǎng)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值
[0017]A1 1:嵌入水印后第i個(gè)字符的黑點(diǎn)數(shù)。[0018]P:嵌入水印后的字符的平均黑點(diǎn)數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的水印嵌入實(shí)施流程圖
[0020]圖2是本發(fā)明的水印提取實(shí)施流程圖
[0021]圖3是本發(fā)明的版式分析流程圖
[0022]圖4是本發(fā)明文本水印嵌入流程圖
[0023]圖5是本發(fā)明的文本水印提取流程圖
[0024]圖6是本發(fā)明的各個(gè)模塊之間關(guān)系示意圖
[0025]圖7是本發(fā)明中可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)數(shù)說明圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面描述該方法的具體實(shí)施流程，為了更加清晰的描述實(shí)施流程，下面分水印嵌入過程和水印提取過程兩部分進(jìn)行描述，由于抗打印掃描的圖像水印算法較多，本發(fā)明中對(duì)圖像水印算法沒有做具體的要求，故在此不再詳細(xì)描述:
[0027]水印嵌入過程，圖1是該過程的流程圖:
[0028](I)對(duì)圖文混合圖像進(jìn)行版式分析，分別分離出圖片以及文本；對(duì)具體的版式分析算法描述如下:
[0029]a)讀取需要嵌入水印的圖文混合圖像，并根據(jù)圖像信息生成一個(gè)二維數(shù)組pnBinary，數(shù)組的長(zhǎng)度與圖片長(zhǎng)邊的像素?cái)?shù)相同，數(shù)組的寬度與圖片短邊像素?cái)?shù)相同。
[0030]b)圖像二值化，對(duì)圖像進(jìn)行逐個(gè)像素點(diǎn)的掃描，假設(shè)(i，j)表示第i行，第j列的像素，R(i，j)、G(i，j)和B(i，j)分別是該像素的紅分量、綠分量和藍(lán)分量，計(jì)算三個(gè)分量的平均值即(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3。判斷該平均值與二值化門限值α的大小，若大于等于 α，貝丨J pnBinary (i, j) = 255 ;小于 α 則設(shè)置 pnBinary (i, j) = O ；
[0031]c)對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，利用基于搜索的一階Roberts Cross邊緣算子檢測(cè)方法，計(jì)算每個(gè)像素的Roberts算子數(shù)值RC(i，j).假如RC(i，j)大于等于邊緣檢測(cè)門限值β，認(rèn)為該像素點(diǎn)(i，j)即為邊緣像素，并賦值pnBinary (i, j) = -1 ;否則，認(rèn)為該像素不是邊緣像素，pnBinary (i, j)不變。
[0032]d)統(tǒng)計(jì)c)中得到的連通區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，假如像素個(gè)數(shù)大于門限值Y則認(rèn)為該區(qū)域是圖片，記錄該區(qū)域的位置。
[0033]e)按照d)中得到的圖片區(qū)域的位置，到源圖像相應(yīng)位置提取圖片。保存圖片信息，以及剩余的文本信息。
[0034]經(jīng)過版式分析之后非文本的區(qū)域(例如圖片，表格等)都被當(dāng)作圖片進(jìn)行處理。
[0035](2)對(duì)(I)中分離出的文本圖像信息進(jìn)行字符切分，本專利的算法保證了不需要針對(duì)全部的文本圖像字符進(jìn)行切分，只需要切分前2N個(gè)字符即可，這樣也提高了算法整體的速度和效率。字符切分的工作如下:
[0036]a)首先對(duì)文本圖像在X和Y軸上面分別進(jìn)行垂直和水平投影，并且記錄在水平和垂直方向上面的每一行和每一列第一個(gè)黑色像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)。
[0037]b)針對(duì)第一步中記錄的每一行和每一列的黑色像素點(diǎn)的坐標(biāo)的位置，利用水平分段的起始位置和結(jié)束位置，和垂直方向上面的分段起始和結(jié)束位置，來粗略的劃分每一行的字符。此時(shí)得到的字符可能是無效的，例如“川”被劃分成了 3段，并且還包含一些水印容量小的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。
[0038]c)把上面得到的粗略切分的字符按照每一行存儲(chǔ)到容器中，利用漢字的長(zhǎng)寬比例(介于0.88-2.1之間)來進(jìn)行字符的合并，針對(duì)每一行取容器中的第一個(gè)字符，首先判斷它是否在這個(gè)比例之中。如果不在這個(gè)比例中，并且它是一行中的末尾字符，則去除。否則分析與它緊鄰著的下一個(gè)字符的特征。如果當(dāng)前字符和它緊鄰的下一個(gè)字符合并成新的字符符合比例，則認(rèn)為這是一個(gè)字符。否則將其與其后兩個(gè)字符合并，并且檢驗(yàn)合并后的字符比例。如果第一個(gè)字符符合比例，則也有可能是一個(gè)正確的字符切分開的，按照上面的步驟，進(jìn)行和緊鄰的第二個(gè)，第三個(gè)矩形合并，并進(jìn)行判斷。
[0039]d)針對(duì)c)中獲得的真準(zhǔn)切分的字符，刪除不適合嵌入水印的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，例如“……”和“一”，然后對(duì)3中獲得的精確切分的字符進(jìn)行去噪，去除黑點(diǎn)數(shù)目少的個(gè)別字符，得到滿足嵌入條件的精確的字符切分結(jié)果。
[0040]以上步驟是針對(duì)投影后每一行做的切分，在切分的過程中用計(jì)數(shù)變量mark來記錄以上四步獲得的有效字符的個(gè)數(shù)。如果mark等于2N則跳出字符切分，后續(xù)的字符不再進(jìn)行切分。
[0041](3)把(2)中得到的2N個(gè)有效字符當(dāng)作嵌入字符集CSet，將相鄰的兩個(gè)字符作為一個(gè)字符組，統(tǒng)計(jì) 每個(gè)字符組的可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)數(shù)目和位置，可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)數(shù)目見圖6，計(jì)算嵌入字符集的平均黑點(diǎn)數(shù)X = ES1Ai/N。
[0042](4)分析每組字符的可嵌入性。嵌入O時(shí)，需要使得字符組i在翻轉(zhuǎn)后的黑點(diǎn)數(shù)A1 i與可調(diào)節(jié)變量％的商，即￥|/^為量化步長(zhǎng)K的偶數(shù)倍，并且取與初始黑點(diǎn)總數(shù)Ai最
接近的A' it)嵌入I時(shí)，需要使得￥/%為K的奇數(shù)倍，并且取與Ai最接近的A' it)
[0043](5)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)變量，使得每個(gè)字符組都可以雙向嵌入，即每個(gè)字符組既可以嵌入O又可以嵌入I。
[0044](6)根據(jù)步驟3中得到的每個(gè)字符組的可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置，以及步驟3、4中得到的每個(gè)字符組需要的可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的數(shù)目，進(jìn)行像素翻轉(zhuǎn)，得到嵌入水印后的圖像。
[0045](7)計(jì)算嵌入水印的字符集在翻轉(zhuǎn)后的平均黑點(diǎn)數(shù)又然后計(jì)算最后使用的可調(diào)
節(jié)變量VX與Χ?的商，得到調(diào)整系數(shù)h，.即h = @/x'。輸出嵌入時(shí)使用的量化步長(zhǎng)K、調(diào)整系數(shù)h。
[0046](8)對(duì)⑴中分離所得的圖像信息嵌入水印
[0047](9)按照(I)中記錄的圖像所在位置，將嵌入水印信息的文本圖像與圖片圖像進(jìn)行合成。
[0048]水印提取過程，圖2是該過程的流程圖:
[0049](I)掃面文本圖片混合信息，進(jìn)行版式分析，分別提取文本與圖片信息。并保存相應(yīng)的圖像。
[0050](2)對(duì)⑴中提取的文本圖像進(jìn)行字符切分，獲取嵌入水印的字符。
[0051](3)統(tǒng)計(jì)嵌入了水印的每個(gè)字符組的黑點(diǎn)數(shù)A'，嵌入了水印的所有字符的平均黑點(diǎn)數(shù)又"然后根據(jù)嵌入時(shí)保存的量化步長(zhǎng)K和調(diào)整系數(shù)h計(jì)算每個(gè)字符組嵌入比特的值。計(jì)算的公式為:3' = 47(又'*11*1<)若距&'最近的整數(shù)為偶數(shù)，就認(rèn)為該字符嵌入的是O，否則認(rèn)為嵌入的是I。
[0052](4)順序提取水印，獲取水印信息。
[0053](5)對(duì)⑴中得到的圖片信息進(jìn)行水印提取。
【權(quán)利要求】
1.一種抗打印掃描圖文混合數(shù)字水印嵌入與提取方法，以文本和圖像數(shù)字水印為基礎(chǔ)，利用版式分析，達(dá)到了對(duì)圖文混合的信息進(jìn)行水印的嵌入和提??；本方法主要由以下三部分內(nèi)容構(gòu)成，即(I)版式分析、(2)文本水印嵌入和提取(3)圖像水印嵌入及提取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的算法內(nèi)容，版式分析算法主要是將信息中的文本與圖片分離出來，并記錄位置信息，分別保存分離開的文本以及圖片信息。其主要過程為:首先對(duì)圖文混合的圖像信息進(jìn)行二值化，然后利用邊緣檢測(cè)算法，找到每個(gè)封閉的區(qū)域，然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的像素?cái)?shù)。通過比較區(qū)域內(nèi)的像素?cái)?shù)和給定的閥值，判斷是否為非文本的對(duì)象，記錄非文本對(duì)象的位置，到源文件中提取非文本對(duì)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的算法內(nèi)容，文本水印嵌入算法的實(shí)施過程如下: a)對(duì)版式分析中分離得到的文本圖像進(jìn)行字符切分，從文本的開始處安行對(duì)文本進(jìn)行字符切分，對(duì)每行切分后的字符按照漢字的比例進(jìn)行合并，除去噪音以及不適合嵌入水印的字符，篩選有效的前2N(N為水印長(zhǎng)度)個(gè)字符作為嵌入字符集，并對(duì)嵌入字符集分組，統(tǒng)計(jì)每個(gè)字符組的黑點(diǎn)數(shù)和可翻轉(zhuǎn)點(diǎn)個(gè)。計(jì)算字符集平均黑點(diǎn)數(shù)又，初始化可調(diào)節(jié)變量爲(wèi)； b)分析每個(gè)字符組的可嵌入性，調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)變量，使得每個(gè)字符組都可以雙向嵌入。 c)順序嵌入水印，并計(jì)算嵌入水印后的字符集的平均黑點(diǎn)數(shù)又'，然后計(jì)算可調(diào)節(jié)變量?jī)膳cP的商，得到調(diào)整系數(shù)h，即h = %/又' d)保存嵌入時(shí)使用的量化步長(zhǎng)K、調(diào)整系數(shù)h。 e)對(duì)b)分離得到的圖像信息嵌入水印，將嵌入水印的文本以及圖片信息合成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的算法內(nèi)容，抗打印掃描的圖文混合數(shù)字水印提取算法的具體實(shí)施流程如下: a)對(duì)掃描的文本圖像信息進(jìn)行版式分析，將文本和圖片分離，分別保存成圖像信息，為水印提取工作做準(zhǔn)備； b)對(duì)文本圖像信息進(jìn)行字符切分，獲取前2N個(gè)有效字符作為提取字符集； c)統(tǒng)計(jì)嵌入了水印的每個(gè)字符組的黑點(diǎn)數(shù)A'，嵌入了水印的所有字符組的平均黑點(diǎn)數(shù)又'然后根據(jù)嵌入時(shí)保存的量化步長(zhǎng)K和調(diào)整系數(shù)h計(jì)算每個(gè)字符嵌入比特的值。計(jì)算的公式為:a' = AVCXi * h * K)若距a'最近的整數(shù)為偶數(shù)，就認(rèn)為該字符嵌入的是O，否則認(rèn)為嵌入的是I ; d)按照每個(gè)字符所嵌入的比特在水印中的位置排列從每個(gè)字符中提取的比特值，得到提取的水印。 e)對(duì)圖像信息中的水印信息進(jìn)行提取。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103985078SQ201410204072
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】張茹, 劉建毅, 陳康康, 周飛, 朱建堯, 宋玲娓, 鈕心忻 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)