CN101231742A - 二值文本图像中数字水印的嵌入和提取的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二值文本图像中数字水印的嵌入方法和装置，该方法包括：将二值文本图像的部分或全部划分为嵌入部分和调整部分，计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数计算颜色改变参数，根据所述颜色改变参数改变嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，实现水印的嵌入。本发明还公开了一种二值文本图像中提取水印的方法和装置。嵌入水印后的图像的视觉效果良好，较好抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击，水印提取时不需原始图像参与。

Description

二值文本图像中数字水印的嵌入和提取的方法及装置

技术领域

本发明涉及信息隐藏和数字水印技术领域，尤其涉及一种二值文本图像中数字水印的嵌入和提取的方法及装置。

背景技术

信息隐藏是信息安全领域的一个新的研究热点，信息隐藏为在开放的网络环境下进行涉密的数据通信、数字产品的知识产权保护、重要文件和数字签名的真实性鉴别以及机密文件泄密后的消息源头追踪提供了可靠的信息安全保障。数字水印和图像隐写是信息隐藏技术的两大分支。

数字水印技术从上世纪九十年代初诞生以后，近十几年的时间得到了长足和迅猛的发展。关于灰度图像、音频和视频水印技术的研究方兴未艾并取得了很好的成果，研究人员提出了很多针对不同载体不同目的的有效算法。但是关于二值图像，尤其是二值文本图像的数字水印技术的研究还刚刚起步，特别是涉及二值文本图像在被打印(以及打印后的若干次复印)后以纸介质形式进行传播的消息源头追踪、版权保护的研究还处于空白。另外，随着数字化技术的迅猛发展，将文本文件在电子格式和打印格式之间进行转换变得非常容易，打印复印和扫描已成为目前文本文件进行复制和传播的普遍方式。通常，将电子格式的文本文件进行打印时，首先通过打印控制器将文本文件转化成二值黑白图像然后以点阵的形式输入到打印机内；另外，将纸介质的文本文件通过扫描仪扫描到计算机内转换成电子格式也是以二值图像的方式存在的。因此设计并实现用于二值图像(特别是二值文本图像)的能够抵抗打印复印和扫描攻击的数字水印技术是必要也是重要的。

目前关于这一方向的研究，主要成果包括，基于底纹的技术和基于文字特征的技术。

现有技术一：基于底纹的二值文本图像的信息隐藏方法；

用几种不同的点阵模式分别代表不同的水印信息，然后以适当的方式将水印信息以点阵的形式平铺在整个二值文本图像上。这种方法的优点是隐藏信息容量大并可以抵抗若干次复印，缺点是浪费油墨从而成本较高并且视觉效果不美观，在某些情况下还可能影响文件的阅读，并且该技术不能抵抗缩小复印。

现有技术二：基于文字特征的二值文本图像的信息隐藏方法；

通过修改某些文字的几何特征，例如可以是笔画的位置，达到可以识别的两种模式(比如说上移某个笔画代表1，下移某个笔画代表0)从而实现水印嵌入。和基于底纹的技术相比较，使用基于文字特征的技术嵌入水印后的二值文本图像看上去要整洁的多，但是嵌入的水印信息量小而且对于某些改动后的文字由于其整体框架产生了变化，造成其视觉效果不好。这种方法在实现时需要从不同字体的字库中选出一些常用的字符进行手动修改以得到代表不同水印信息的变体文字，工作量相当的巨大。并且这种方法在本质上不是一种盲的水印算法。另外，该算法在水印提取时需要进行光学字符识别(Optical CharacterRecognition，OCR)，但目前的OCR技术并不能保证百分百的识别率，所以这也影响了最后水印的提取效率。

通过对以上方法的研究发现，现有的用于二值文本图像的数字水印嵌入方法都不能同时满足下述的要求：

(1)可以抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击；

(2)能够使嵌入水印的图像保持良好的视觉效果；

(3)水印检测时做到盲提取。

发明内容

本发明实施例提供了一种二值文本图像中数字水印的嵌入、提取方法和装置，用以解决现有技术中用于二值文本图像的数字水印嵌入方法不能同时满足抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击、保持良好的视觉效果和水印提取时做到盲提取的问题。

本发明实施例提供了一种二值文本图像中数字水印的嵌入方法，该方法包括：

将二值文本图像的部分或全部划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

根据待嵌入的每个水印信号奇偶性的不同，依据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数计算颜色改变参数。

根据所述颜色改变参数改变嵌入部分和调整部分每个集合所含的黑色像素点的个数，实现水印的嵌入。

本发明实施例提供了一种二值文本图像中数字水印的提取方法，该方法包括：

根据保存的划分信息，将嵌入水印后的二值文本图像的全部或部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

依据保存的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，从嵌入部分每个集合中提取水印信号。

本发明实施例提供了一种实现数字水印嵌入的装置，该装置包括：

划分单元，用于将二值文本图像全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

第一计算单元，用于计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

量化单元，依据嵌入的水印信号的奇偶性，根据所述平均值与嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点个数，得到颜色改变参数；

嵌入单元，根据所述颜色改变参数，改变所述嵌入部分和调整部分中若干个像素点的颜色，实现水印嵌入。

本发明实施例提供了一种数字水印的提取装置，该装置包括：

划分单元，用于按照保存的划分信息，将嵌入水印信号的二值文本图像的全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

第一计算单元，用于计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

提取单元，用于依据保存的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，从所述嵌入部分每个集合中提取水印信号。

在本发明实施例中采用将二值文本图像进行划分，分别计算每划分部分颜色改变情况，并且整个的二值文本图像在颜色改变前后包括的黑色和白色像素点的个数不变，因此本发明实施例可以成功实现数字水印在二值文本图像中的嵌入和提取，嵌入水印后的图像的视觉效果良好，并且能够抵抗打印复印，特别是缩小复印，和扫描攻击，另外水印提取时不需要原始图像参与。

附图说明

图1A为本发明实施例中在二值文本图像中嵌入水印的流程图；

图1B为本发明实施例中在二值文本图像中提取水印的流程图；

图2为本发明实施例一中的二值文本图像；

图3为本发明实施例一中的集合划分结果示意图；

图4为本发明实施例一中嵌入水印信息后的图像；

图5A为本发明实施例一中对未嵌入水印信息的二值文本图像的局部放大；

图5B为本发明实施例一中对嵌入水印信息的二值文本图像的局部放大；

图6为本发明实施例一中对嵌入水印信息的图像打印后通过扫描得到的灰度图像；

图7为本发明实施例一中对图6通过二值化得到的二值图像；

图8为本发明实施例一中对嵌入水印信息的图像的复印件进行扫描和二值化得到的图像；

图9为本发明实施例一中对嵌入水印信息的图像的缩小复印件进行扫描和二值化得到的图像，其中放缩比例为86％；

图10为本发明实施例一中对嵌入水印信息的图像的缩小复印件进行扫描和二值化得到的图像，其中放缩比例为60％；

图11为本发明实施例二中的二值文本图像；

图12为本发明实施例二中嵌入水印信息后的图像；

图13为本发明实施例二中对嵌入水印信息的图像的打印件通过扫描和二值化得到的二值图像；

图14为本发明实施例二中对嵌入水印信息的图像的复印件进行扫描和二值化得到的图像；

图15为本发明实施例二中对嵌入水印信息的图像的缩小复印件进行扫描和二值化得到的图像，其中放缩比例为86％；

图16为本发明实施例二中对嵌入水印信息的图像的缩小复印件进行扫描和二值化得到的图像，其中放缩比例为60％；

图17A为本发明实施例提供的二值文本图像中数字水印的嵌入装置示意图；

图17B为本发明实施例提供的二值文本图像中数字水印的提取装置示意图。

具体实施方式

为了能够抵抗打印复印(特别是缩小复印)扫描攻击，使嵌入水印的图像保持良好的视觉效果，以及在水印检测时做到盲提取，本发明实施例提供了一种二值文本图像中数字水印的嵌入方法和一种二值文本图像中数字水印的提取方法。

本发明实施例提供的一种二值文本图像中数字水印的嵌入方法，该方法包括以下步骤：

获取二值文本图像，将二值文本图像全部或者二值文本图像的一个子集划分为多个集合，然后将所有划分出的集合分组，分组后包括嵌入部分和调整部分；

计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到第一数字序列和第二数字序列；

计算上述划分出的嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值；

根据待嵌入的水印信号的奇偶性不同和量化步长，将对应的嵌入部分每个集合包含的黑色像素点个数与计算出的平均值采用奇偶量化方法，得到与嵌入部分每个集合对应的中间数字序列。

计算中间数字序列与嵌入部分中每个集合包含的黑色像素点个数的差值，将所得差值取整，得到颜色改变参数；

根据所述颜色改变参数，在所述嵌入部分的每个集合中选择相应个数的像素点并改变所选择的像素点的颜色；

计算所有颜色改变参数的和，根据所得颜色改变参数的和改变调整部分像素点的颜色；

使得所述划分出的所有集合在经过上述操作之后，每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值保持不变。

本发明实施例提供的一种二值文本图像中数字水印的提取方法，该方法包括以下步骤：

按照与所述水印嵌入相同的方式将嵌入水印信号的二值文本图像全部或者二值文本图像的一个子集划分为多个集合，并将所有划分出的集合分组，分组后包括嵌入部分和调整部分；

计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到第一数字序列和第二数字序列；

计算所述划分出的嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值；

根据所述水印嵌入过程中采用的量化步长，依据计算出的平均值和第一数字序列中黑色像素点个数采用奇偶量化方法从所述嵌入部分中提取水印信号。

其中，二值文本图像中数字水印的嵌入方法，参见图1A所示，包括以下步骤：

步骤101：获取二值文本图像S；

步骤102：将S或者S的一个子集划分为多个集合，并将划分出的所有集合分组，分组后包括嵌入部分A和调整部分B；

步骤103：分别计算所述嵌入部分A和所述调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到嵌入部分A所包含的黑色像素点数字序列第一数字序列SA，和调整部分所包含的黑色像素点数字序列第二数字序列SB；

步骤104：计算所述嵌入部分A和所述调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值AVE；

步骤105：采用奇偶量化方法，将待嵌入水印信号嵌入到所述第一数字序列SA中，即根据所述待嵌入水印信号奇偶性的不同和预先设定的量化步长以及所述黑色像素点的个数的平均值AVE，将所述第一数字序列中的数据进行数值转换，得到第三数字序列SAW；

步骤106：计算所述嵌入部分A中每个集合需要改变颜色的像素点个数，即将所述量化数字序列SAW中的数据减去所述第一数字序列SA中的数据并将所得结果取整，得到每个颜色改变参数；

步骤107：计算所有所述颜色改变参数的和，得到所述嵌入部分A中需要由白色变为黑色的像素点的个数总和FA；

步骤108：根据所述颜色改变参数改变所述嵌入部分A中某些像素点的颜色，根据所述计算得到和FA改变所述调整部分B中某些像素点的颜色，得到嵌入水印的二值文本图像SW。

二值文本图像中数字水印的提取方法包括以下步骤，参见图1B所示，包括以下步骤：

步骤111：获取嵌入水印信号的二值文本图像S；

步骤112：按照与水印嵌入相同的划分方式将S或者S的一个子集划分为多个集合，并将划分出的所有集合分组，分组后包括嵌入部分A和调整部分B；

步骤113：分别计算所述嵌入部分A和所述调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到嵌入部分A所包含的黑色像素点数字序列第一数字序列SA，和调整部分所包含的黑色像素点数字序列第二数字序列SB；

步骤114：计算所述嵌入部分A和所述调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值AVE；

步骤115：根据水印嵌入时采用的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数采用奇偶量化方法，从所述嵌入部分提取水印信号。

以下结合附图对本发明实施例作进一步说明。

一、二值文本图像中数字水印的嵌入方法：

1、给定长度为30比特的待嵌入水印信号：

W＝{W₁，W₂，......W₃₀}

其中，W_i取值为0或1。

2、将由图2所示的一幅二值文本图像S(文本图像显示的为一段小四号中文楷体文字)进行字符切分，确定出111个字符，注意：字符划分过程去掉了包含黑色像素点特别少的汉字“一”和标点符号；然后按从左到右再从上到下的顺序将每三个字符划分为一个集合，共得到37个集合，分别记为

T₁，T₂，......T₃₇

如图3所示(为方便起见，这里仅标示出了六个集合T₁、T₂、T₃、T₄和T₃₆、T₃₇)，并将二值文本图像S的一个子集S′划分成了37个集合的并集，S′可表示为以下形式：

S′＝T₁UT₂U......UT₃₇

3、将S′所包含的37个集合分组，分组后包括，嵌入部分A和调整部分B，其中

A＝T₁UT₂U......UT₃₀，B＝T₃₁UT₃₂U......UT₃₇。

4、分别计算嵌入部分A和调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到数字序列

SA＝{SA₁，SA₂，......SA₃₀}和SB＝{SB₃₁，SB₃₂，......SB₃₇}

SA_i表示分组A中的集合T_i所包含的黑色像素点的个数，其中i∈{1，2，...30}；

SB_i表示分组B中的集合T_i所包含的黑色像素点的个数，其中i∈{31，32，...37}。

5、计算每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值，用AVE表示如下，

AVE＝[(SA₁+SA₂+......+SA₃₀)+(SA₃₁+SA₃₂+......+SA₃₇)]/37。

6、使用奇偶量化方法并根据计算得到的平均值AVE将水印信号W嵌入到数字序列SA中，得到中间数字序列

SAW＝{SAW₁，SAW₂，......SAW₃₀}。

上式可详细的描述为，根据平均值AVE和量化步长K，其中量化步长K为大于零的任何数，选取SAW_i使得：

其中i∈{1，2，......30}，量化步长K＝0.15。

7、根据计算所得的中间数字序列SAW，计算出嵌入部分A中每个集合需要改变颜色的像素点的个数，得到每个颜色改变参数

ΔSA＝{ΔSA₁，ΔSA₂，......ΔSA₃₀}

其中

ΔSA_i＝round(SAW_i-SA_i)，i∈{1，2，......30}

函数round(x)表示最靠近x的整数。

8、计算所有颜色改变参数的和FA：

FA＝ΔSA₁+ΔSA₂+......+ΔSA₃₀，

FA表示嵌入部分A中需要由白色变为黑色的像素点的个数总和。

9、根据上述所得的颜色改变参数改变嵌入部分A中的若干个像素点的颜色以实现水印嵌入。即当ΔSA_i大于零时，则在集合T_i中选择ΔSA_i个白色像素点将其改变为黑色；当ΔSA_i小于零时，则在集合T_i中选择|ΔSA_i|个黑色像素点将其改变为白色(符号|x|表示实数x的绝对值)；当ΔSA_i等于零时，不作任何操作。

10、根据上述所得的数值FA的正负在调整部分B中选择|FA|个黑色像素点或者|FA|个白色像素点将其改变颜色(符号|x|表示实x的绝对值)。具体的说即为：当FA大于零时，在调整部分B中选择|FA|个黑色像素点将其改变为白色；当FA小于零时，在调整部分B中选择|FA|个白色像素点将其改变为黑色；当FA等于零时，不作任何操作。

依照上述方法可完成水印的嵌入，图4是嵌入水印后的二值文本图像。

二、二值文本图像中数字水印的提取方法：

1、对获取的如图7所示的嵌入水印的二值文本图像S进行字符切分，切分的方法与水印嵌入的过程相同，确定出111个字符，然后按从左到右再从上到下的顺序将每三个字符看作一个集合共得到37个集合，分别记为

T₁，T₂，......T₃₇

于是，可将二值文本图像S的一个子集S′划分成37个集合的并集

S′＝T₁UT₂U......UT₃₇。

2、将S′所包含的37个集合分组，分组后包括，嵌入部分A和调整部分B，其中

A＝T₁UT₂U......UT₃₀，B＝T₃₁UT₃₂U......UT₃₇。

3、分别计算上述得到的嵌入部分A和调整部分B中每个集合所包含的黑色像素点的个数，得到数字序列

SA＝{SA₁，SA₂，......SA₃₀}和SB＝{SB₃₁，SB₃₂，......SB₃₇}，

其中SA_i表示分组A中集合T_i所包含的黑色像素点的个数，其中i∈{1，2，......30}；SB_i表示分组B中集合T_i所包含的黑色像素点的个数，其中i∈{31，32，......37}。

4、根据步骤3得到的数字序列SA和SB，计算每个集合中所包含的黑色像素点的个数的平均值

AVE＝[(SA₁+SA₂+.......+SA₃₀)+(SA₃₁+SA₃₂+......+SA₃₇)]/37。

5、根据上式计算得到的平均值AVE，以及水印嵌入时使用的奇偶量化方法实现水印提取。可用下式表示为当i∈{1，2，......30}，水印信号W_i为

其中量化步长K＝0.15，从而完成水印的提取。

下面，通过几个实施例来说明本发明实施例所述的在二值文本图像中嵌入水印和提取水印方法的鲁棒性。

实施例一：

对如图2所示的一幅由中文楷体小四号文字所组成的二值文本图像，采用本发明实施例所述的在二值文本图像中嵌入水印的方法对其嵌入30比特水印信息，得到嵌入水印后的图像如图4所示。图5A为嵌入水印前的二值文本图像的局部放大，图5B为嵌入水印后的二值文本图像的局部放大，比较图5A和图5B可以得出，嵌入水印后的图像的视觉效果良好，很难看出字符被修改的痕迹，事实上嵌入水印的字符只是略微变粗或者变细，并不影响字符的整体框架。当图像被打印后，对纸介质的打印件通过扫描仪将其扫描到计算机内变为灰度图像格式的电子文件，如图6所示，将此灰度图像二值化重新得到二值图像格式的文本图像，如图7所示。采用本发明实施例所述的在二值文本图像中提取水印的方法，对图7所示的二值文本图像进行水印提取，可以成功的提取全部30比特的水印信息。

对打印后的纸介质文档复印以及缩小复印(缩小复印的比例分别为86％和60％)，将复印件扫描到计算机内得到灰度图像，对得到的灰度图像二值化得到二值图像格式的文本图像，如图8(正常复印)、图9(缩小复印，缩小比例为86％)和图10(缩小复印，缩小比例为60％)所示。对于这几幅图像，采用本发明实施例提供的在二值文本图像中提取水印的方法，可以成功提取全部30比特的水印信息。

上述结果说明，采用本发明实施例所述的在二值文本图像中嵌入水印的方法，可以有效抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击。

实施例二：

对如图11所示的一幅由中文仿宋小四号文字所组成的二值文本图像，采用本发明实施例所述的在二值文本图像中嵌入水印的方法，对其嵌入30比特水印信息，得到如图12所示的嵌入水印后的图像。可以看到嵌入水印后的图像保持良好的视觉效果。将图像12打印扫描以及二值化重新得到二值图像格式的文本图像，如图13所示。采用本发明实施例所述的在二值文本图像中提取水印的方法，可以成功从图13中提取全部30比特的水印信息。

对打印后的纸介质文档复印以及缩小复印(缩小复印的比例分别为86％和60％)，将复印件扫描到计算机内得到灰度图像，对灰度图像二值化得到二值图像格式的文本图像，如图14(正常复印)、图15(缩小复印，缩小比例为86％)和图16(缩小复印，缩小比例为60％)所示。采用本发明实施例所述的在二值文本图像中提取水印的方法可以从图14、图15、图16中成功提取全部30比特的水印信息。

上述结果说明，采用本发明实施例所述的在二值文本图像中嵌入水印的方法，可以有效抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击。

本发明实施例还提供了一种在二值文本图像中数字水印的嵌入装置，如图17A所示，该装置包括，划分单元1701、第一计算单元1702、量化单元1703和嵌入单元1704。其中，划分单元1701，用于将二值文本图像全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；第一计算单元1702，用于计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点的个数的平均值；量化单元1703，依据嵌入的水印信号的奇偶性，根据所述平均值与嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点个数，得到颜色改变参数；嵌入单元1704，根据所述颜色改变参数，改变所述嵌入部分和调整部分中若干个像素点的颜色，实现水印嵌入。

所述量化单元1703包括，获取单元、转换单元和第二计算单元。其中，获取单元，用于获取待嵌入的水印信号和所保存量化步长，所述量化步长为大于零的任何数；转换单元，用于根据所述获得的水印信号和量化步长，将对应的嵌入部分每个集合包含的黑色像素点个数与所述平均值采用奇偶量化方法，得到与所述嵌入部分每个集合对应的中间数字序列；第二计算单元：用于计算所述中间数字序列与对应的所述嵌入部分黑色像素点个数序列的差，将所述差值取整后作为嵌入部分每个集合中需要改变颜色的像素点的个数，得到颜色改变参数。

其中，所述第二计算单元将所述差值取整包括，取最接近于所述差值的整数。

其中，转换单元所采用的转换方法为：当待转换数据需要嵌入水印信号1时，将待转换数据除以所述第一计算单元计算出的平均值得到商值，将所述商值转换为最接近该商值的量化步长的奇数倍，将转换后的商值乘以所述第一计算单元计算出的平均值，将该计算结果作为转换后的数据；当待转换数据需要嵌入水印信号0时，将待转换数据除以所述第一计算单元计算出的平均值得到商值，将所述商值转换为最接近该商值的量化步长的偶数倍，将转换后的商值乘以所述第一计算单元计算出的平均值，将该计算结果作为转换后的数据。

所述嵌入单元1704包括，第三计算单元、第一颜色改变单元和第二颜色改变单元。其中，第三计算单元，用于计算所述颜色改变参数中的每个数据的和，将计算结果作为调整部分中需要改变颜色的像素点的个数；第一颜色改变单元，用于根据所述颜色改变参数改变嵌入部分每个集合中若干个像素点的颜色；第二颜色改变单元，用于根据所述第三计算单元得到的和改变调整部分中若干个像素点的颜色。

所述第一颜色改变单元包括，第一颜色改变子单元、第二颜色改变子单元和第三颜色改变子单元。其中，第一颜色改变子单元，当所述颜色改变参数大于零，则在嵌入部分的对应集合中选择相应个数的白色像素点，并将所述相应个数的白色像素点的颜色变为黑色；第二颜色改变子单元，当所述颜色改变参数小于零，则在嵌入部分的对应集合中选择相应个数的黑色像素点，并将所述相应个数的黑色像素点的颜色变为白色；第三颜色改变子单元，当所述颜色改变参数等于零，不作任何操作。

所述第二颜色改变单元包括，第四颜色改变子单元、第五颜色改变子单元和第六颜色改变子单元。其中，第四颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和大于零，则在调整部分中选择相应个数的黑色像素点，并将所述相应个数的黑色像素点的颜色变为白色；第五颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和小于零，则在调整部分中选择相应个数的白色，并将所述相应个数的白色像素点的颜色变为黑色；第六颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和等于零，不作任何操作。

本发明实施例还提供了一种在二值文本图像中数字水印的提取装置，如图1 7B所示，该装置包括，划分单元1711、第一计算单元1712和提取单元1713。其中，划分单元1711，用于按照保存的划分信息，将嵌入水印信号的二值文本图像的全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；第一计算单元1712，用于计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；提取单元1713，用于依据保存的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，从嵌入部分每个集合中提取水印信号。

所述提取单元1713包括，统计单元、第二计算单元和水印确定单元。其中，统计单元，用于统计所述嵌入部分每个集合包含的黑色像素点的个数；第二计算单元，用于将所述统计的个数除以第一计算单元得到的平均值再除以所述量化表中的量化步长，将得到的商值取整；水印确定单元，用于确定嵌入的水印信号值。

所述第二计算单元将得到的商值取整，包括取最接近于所述商值的整数。

所述水印确定单元包括，第一确定单元和第二确定单元。其中，第一确定单元，当第二计算单元的计算结果为奇数，则所对应的水印信号为1；第二确定单元，当第二计算单元的计算结果为偶数，则所对应的水印信号为0。

综上，本发明的有益效果在于：

在本发明实施例中中采用将二值文本图像进行划分，分别计算每划分部分的颜色改变情况，并且整个的二值文本图像在颜色改变前后包括的黑色和白色像素点的个数不变，因此本发明实施例可以成功实现数字水印在二值文本图像中的嵌入和提取，嵌入水印后的图像的视觉效果良好，并且能够抵抗打印复印(特别是缩小复印)和扫描攻击，另外水印提取时不需要原始图像参与，所以，本方法是一种高鲁棒性的盲水印算法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围，且所作的修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则所作的修改和变型也属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种二值文本图像中数字水印的嵌入方法，其特征在于，包括：

将二值文本图像的部分或全部划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

根据待嵌入的每个水印信号奇偶性的不同，依据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数计算颜色改变参数；

根据所述颜色改变参数改变嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，实现水印的嵌入。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算颜色改变参数包括：

根据嵌入的每个水印信号奇偶性的不同和量化步长，将对应的嵌入部分每个集合包含的黑色像素点个数与计算出的平均值采用奇偶量化方法，得到与嵌入部分每个集合对应的中间数字序列，

计算所述中间数字序列与对应的嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数的差值，将所述差值取整数，得到颜色改变参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述量化步长为大于零的任何数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述差值取整数，包括：

取最接近于所述差值的整数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述颜色改变参数改变嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，包括：

当颜色改变参数ΔSA_i大于零时，在对应嵌入部分集合中选择ΔSA_i个白色像素点将其颜色改变为黑色；

当颜色改变参数ΔSA_i小于零时，在对应嵌入部分集合中选择|ΔSA_i|个黑色像素点将其颜色改变为白色；

当颜色改变参数ΔSA_i等于零时，不改变对应嵌入部分集合中像素点的颜色。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述颜色改变参数改变调整部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，包括：

将所述颜色改变参数的值全部相加，并根据相加所得结果FA改变调整部分像素点的颜色；

当相加所得结果FA为大于零的整数时，在调整部分选择FA个黑色像素点将其颜色改变为白色；

当相加所得结果FA为小于零的整数时，在调整部分选择|FA|个白色像素点将其颜色改变为黑色；

当相加所得结果FA为零时，对调整部分不作任何操作。

7.一种二值文本图像中数字水印的提取方法，其特征在于，包括：

根据保存的划分信息，将嵌入水印后的二值文本图像的全部或部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

依据保存的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，从嵌入部分每个集合中提取水印信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述从嵌入部分每个集合中提取水印信号，包括：

当嵌入部分某一集合所包含的黑色像素点个数除以所述平均值，再除以量化步长得到商值，将所得商值取整，取整后为奇数，则所述嵌入部分某一集合对应的水印信号为1；

当嵌入部分某一集合所包含的黑色像素点个数除以所述平均值，再除以量化步长得到商值，将所得商值取整，取整后为偶数，则所述嵌入部分某一集合对应的水印信号为0。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将所得商值取整包括：取最接近于所述商值的整数。

10.一种二值文本图像中数字水印的嵌入装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于将二值文本图像全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

第一计算单元，用于计算所述嵌入部分和调整部分每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

量化单元，依据嵌入的水印信号的奇偶性，根据所述平均值与嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点个数，得到颜色改变参数；

嵌入单元，根据所述颜色改变参数，改变所述嵌入部分和调整部分中若干个像素点的颜色，实现水印嵌入。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述量化单元包括：

获取单元，用于获取待嵌入的水印信号和量化步长，所述量化步长为大于零的任何数；

转换单元，用于根据所述获得的水印信号和量化步长，将对应的嵌入部分每个集合包含的黑色像素点个数与所述平均值采用奇偶量化方法，得到与所述嵌入部分每个集合对应的中间数字序列；

第二计算单元，用于计算所述中间数字序列与对应的所述嵌入部分黑色像素点个数序列的差，将所述差值取整后作为嵌入部分每个集合中需要改变颜色的像素点的个数，得到颜色改变参数。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，将所述差值取整包括：

取最接近于所述差值的整数。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述嵌入单元包括：

第三计算单元，用于计算所有所述颜色改变参数的和，将计算结果作为所述调整部分中需要改变颜色的像素点的个数；

第一颜色改变单元，用于根据所述颜色改变参数改变嵌入部分每个集合中若干个像素点的颜色；

第二颜色改变单元，用于根据所述第三计算单元得到的和改变调整部分中若干个像素点的颜色。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一颜色改变单元包括：

第一颜色改变子单元，当所述颜色改变参数大于零，则在嵌入部分的对应集合中选择相应个数的白色像素点，并将所述相应个数的白色像素点的颜色改变为黑色；

第二颜色改变子单元，当所述颜色改变参数小于零，则在嵌入部分的对应集合中选择相应个数的黑色像素点，并将所述相应个数的黑色像素点的颜色改变为白色；

第三颜色改变子单元，当所述颜色改变参数等于零，不作任何操作。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二颜色改变单元包括：

第四颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和大于零，则在调整部分中选择相应个数的黑色像素点，并将所述相应个数的黑色像素点的颜色改变为白色；

第五颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和小于零，则在调整部分中选择相应个数的白色像素点，并将所述相应个数的白色像素点的颜色改变为黑色；

第六颜色改变子单元，当所述第三计算单元得到的和等于零，不作任何操作。

16.一种二值文本图像中数字水印的提取装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于按照保存的划分信息，将嵌入水印信号的二值文本图像的全部或者部分划分为嵌入部分和调整部分，每个部分包括多个集合；

第一计算单元，用于计算所述嵌入部分和调整部分中每个集合所包含的黑色像素点个数的平均值；

提取单元，用于依据保存的量化步长，根据所述平均值和嵌入部分每个集合所包含的黑色像素点的个数，从所述嵌入部分每个集合中提取水印信号。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述提取单元包括：

统计单元，用于统计所述嵌入部分每个集合包含的黑色像素点的个数；

第二计算单元，用于将所述统计的个数除以所述平均值，再除以所述量化表中的量化步长，将得到的商值取整；

水印确定单元，用于确定嵌入的水印信号值。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元将得到的商值取整包括：

取最接近于所得商值的整数。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述水印确定单元包括：

第一确定单元，当所述第二计算单元的计算结果为奇数，则所对应的水印信号为1；

第二确定单元，当所述第二计算单元的计算结果为偶数，则所对应的水印信号为0。

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