CN101330610A - 水印嵌入方法及装置、提取方法及装置和处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种水印嵌入方法及装置、提取方法及装置和处理系统，其中，上述水印嵌入方法包括：生成水印矩阵；将待嵌入水印图像的DFT系数的直角坐标转换为对数坐标；根据所述对数坐标和上述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的DFT系数中嵌入所述水印信息。上述水印嵌入方法及装置和水印提取方法及装置，使视频水印在视觉上具有较好的不可见性，而且能够抵抗加噪、比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击；同时也较好地降低了提取水印时的计算复杂度，节省了水印提取的时间。

Description

水印嵌入方法及装置、提取方法及装置和处理系统

技术领域

本发明涉及多媒体技术领域，尤其涉及一种水印嵌入方法及装置、提取方法及装置和处理系统。

背景技术

随着全球信息技术的飞速发展，数字信息产品得到了广泛的应用，由于数字视频产品很容易被盗版者拷贝，所以对数字视频产品的版权保护技术也提出了更高的要求，数字水印是近几年提出的一种版权保护手段，在数字视频水印的发展中，几何攻击(包括比例缩放、旋转、移位、裁剪、移去或加入像素矩阵等等)是水印技术面临的最大挑战之一。

为了克服水印载体在进行几何变换之后，大多数水印不能正常提取的问题，有人首先提出了能够抵抗平移、旋转和尺度变化的数字水印技术，该技术基于傅立叶(Fourier)-梅林(Mellin)变换(含两次DFT变换和一次LPM对数-极坐标映射)，如图1所示，为现有的Fourier-Mellin变换过程示意图，该过程包括：计算载体图像的傅立叶变换(DFT，Discrete FourierTransform)，得到二维的DFT系数矩阵；把由DFT系数幅度组成的二维矩阵，从笛卡尔直角坐标系映射到log-polar坐标系(LPM，Log Polar Mapping)，并计算指数(log)-极(polar)坐标系下的快速傅立叶变换(FFT，FastFourier Transform)；利用简单的加性嵌入规则在得到的系数中嵌入二维扩频序列水印，水印嵌入后，再依次对二维系数矩阵进行FFT逆变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)——log-polar逆映射(ILPM，InverseLog Polar Mapping)——DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像。事实上，在进行log-polar映射后的系数实施FFT变换，等价于进行Fourier-Mellin变换，可以使幅度系数对旋转和尺度变换具有不变性，由于DFT变换具有平移不变性，因此DFT和Fourier-Mellin变换组合可以产生旋转、尺度变化和平移不变性；这样经过了DFT变换——log-polar映射——FFT变换三个步骤，得到了具有平移、旋转和尺度变化不变性的变换系数，该算法对平移、旋转、尺度变化、裁剪和图像压缩都具有较强的鲁棒性。

但发明人在实施上述方案的过程中发现：上述技术方案存在缺陷，对于第一种方案，由于log-polar映射是一个不可逆的有损运算，在嵌入水印后进行log-polar逆映射时，需要对图像系数进行插值运算，从而使嵌入水印后的图像质量急剧降低；而提取水印时，又要把水印图像进行DFT变换——log-polar映射——FFT变换，得到几何不变域上的系数再进行检测，整个过程需要十分大的计算量，而且其算法中log-polar映射中的对数底数为a＝e＝2.7183，使得不同的水印比特，其嵌入的冗余度有很大的不同，即不同的水印比特有不同的鲁棒性，使得水印信息比特的鲁棒性不一致，不适合用于水印嵌入算法。

发明内容

本发明实施例提供一种水印嵌入方法及装置、水印提取方法及装置和处理系统，以降低计算复杂度，节省水印提取时间。

本发明实施例提供了一种水印嵌入方法，该方法包括：

生成水印矩阵；

将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

根据所述对数坐标和所述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

本发明实施例提供了一种水印嵌入装置，该装置包括：

生成单元，用于生成水印矩阵；

转换单元，用于将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

嵌入单元，用于根据所述转换单元转换的对数坐标和生成单元生成的水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

本发明实施例提供了一种水印提取方法，该方法包括：

将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

获得傅立叶系数矩阵；

将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；

对所述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

本发明实施例提供了一种水印提取装置，该装置包括：

转换单元，用于将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

获取单元，用于获得傅立叶系数矩阵；

确定单元，用于将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；

解调单元，用于对所述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

本发明实施例提供了一种水印处理系统，该系统包括：

水印嵌入装置，用于生成水印矩阵，将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，并根据所述对数坐标和所述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息；

水印提取装置，用于将水印嵌入装置中已嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，获得傅立叶系数矩阵；将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；对所述幅度矩阵进行解调，得到所述水印信息。

上述水印嵌入方法及装置、水印提取方法及装置和水印处理系统，基于DFT变换和log-log映射，使视频水印在视觉上具有较好的不可见性，而且能够抵抗加噪、比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击；较好地降低了提取水印时的计算复杂度，节省了水印提取的时间。

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的Fourier-Mellin变换过程示意图；

图2为本发明水印嵌入方法实施例的流程图；

图3为本发明水印嵌入方法实施例的过程示意图；

图4为本发明水印嵌入装置实施例的结构示意图；

图5为本发明水印提取方法实施例的流程图；

图6为本发明水印提取方法实施例的过程示意图；

图7为本发明水印提取装置实施例的结构示意图；

图8为本发明水印处理系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例水印嵌入方法包括：

生成水印矩阵；

将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

根据上述对数坐标和上述水印矩阵，在与上述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

如图2所示，为本发明水印嵌入方法实施例的流程图，该方法包括：

步骤101、生成水印矩阵，上述水印矩阵中包含待嵌入的水印信息和原始模板；

上述水印矩阵包含待嵌入的多比特扩频水印信息比特和原始模板两部分；扩频水印信息比特可以是经过扩频处理的代表相关版权信息的二进制序列，记为W；原始模板序列由密钥kT利用伪随机序列生成，用于提取水印时对水印的空间同步，记为T；把扩频水印信息比特W和原始模板序列T按一定的顺序排列，即可得到一个M行M列的二维的水印矩阵WT，其元素wt(col，row)由双极性比特“1”和“-1”构成；

步骤102、将待嵌入水印图像的DFT系数的直角坐标转换为归一化坐标；

记L_X和L_Y分别是待嵌入水印的视频帧的宽和高，对视频帧做L_X×L_Y的二维DFT变换；在视频帧的DFT系数中嵌入水印，每个系数嵌入的水印比特根据DFT系数的直角坐标(x，y)在二维水印矩阵坐标中的离散log-log映射结果(col，row)来确定。

首先，对在DFT系数幅度谱的下半平面作离散log-log映射并嵌入水印，然后根据DFT变换关于幅度谱中心直流成分点的对称性在DFT变换的上半平面对称嵌入相同的水印。

由于数字视频帧为长方形，为了保证DFT变换的对称性，先对视频帧的直角坐标进行归一化坐标变换，把在长方形的绝对坐标归一化为在正方形矩阵中的坐标，其转换公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}u=\frac{|x-x_0|}{L_X}\\ v=\frac{|y-y_0|}{L_Y}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，L_X和L_Y分别是载体视频帧的宽和高，(x₀，y₀)是DFT系数的直流成分的直角坐标，对应于幅度谱中心即归一化坐标变换后的直角坐标系原点，(x，y)表示视频帧的第y行第x列，也即是DFT系数的直角坐标，(u，v)是归一化后的归一化直角坐标；

步骤103、将上述归一化坐标转换为对数坐标；

首先，考虑在DFT系数幅度谱的第四象限中嵌入水印，嵌入区域位于DFT系数幅度谱的归一化频率值为R的中频区域附近；把DFT系数幅度谱中第四象限的点经过公式(1)归一化后得到的归一化直角坐标按公式(2)作离散log-log映射，得到的坐标为(col，row)，也即是水印矩阵的坐标，(col，row)表示水印矩阵中的第row行第col列。

其中，(u，v)是DFT系数归一化直角坐标，(col，row)是离散log-log坐标，也即是由原始模板和有意义信息比特组成的水印矩阵的坐标；R取DFT变换归一化频率值接近中频的位置，如取R＝0.25，D_Uoffset和D_Voffset是保证col＞0，row＞0的偏移常数，如可取M/2，有相同离散log-log坐标(col，row)的DFT系数嵌入同一个水印比特；

这样，由式(1)和(2)，完成了映射(x，y)→(u，v)→(col，row)，使得在DFT系数的直角坐标(x，y)与水印矩阵坐标(col，row)之间建立了映射关系。

对于DFT系数幅度谱的第三象限，按照式(1)可知，第三象限中的点与其关于纵轴对称的在第四象限的点坐标，在离散log-log映射后会得到相同的水印矩阵坐标；

步骤104、根据上述对数坐标和水印矩阵，在与上述对数坐标对应的直角坐标的DFT系数中嵌入水印信息。

根据直角坐标和对数坐标的对应关系，在直角坐标系下的DFT系数中嵌入对数坐标系中对应位置的水印信息。

经过直角坐标归一化和离散log-log映射后，第三、四象限中的DFT系数的坐标(x，y)与水印矩阵中的比特wt(col，row)的建立了映射关系；拥有相同离散log-log映射坐标的DFT系数嵌入同一个水印比特；水印的嵌入方法，可以按加性嵌入公式(3)或乘性嵌入公式(4)嵌入：

c′(x，y)＝c(x，y)+α×wt(col，row)       (3)

c′(x，y)＝c(x，y)×(1+α×wt(col，row))  (4)

其中，c(x，y)是嵌入前的DFT系数，c′(x，y)是嵌入水印后的DFT系数，wt(col，row)是水印矩阵中的元素，α是水印嵌入的强度，可以根据不同视频帧的视觉效果调节嵌入的强度。这样，就完成了第三、四象限DFT系数即下半平面的水印嵌入；式(3)和(4)表明，水印的嵌入不需要对视频帧的DFT系数进行内插运算，因而消除了由于内插运算而引起的视觉失真。

由于DFT变换的对称性，为了使修改后系数的逆变换仍是实数，在嵌入水印时必须成对地修改系数；因此，按照DFT变换关于幅度谱中心直流成分点的对称性，在DFT系数幅度谱的上半平面以中心对称嵌入与下半平面相同的水印；最后，对嵌入水印后的DFT系数进行逆DFT变换，得到含水印的视频帧，水印嵌入过程结束，如图3所示，为本发明水印嵌入方法实施例的过程示意图。

为了检测视频帧的水印嵌入效果，参数设置如下：水印矩阵取M＝48，待嵌入水印信息比特L＝36，伪噪声序列(PN)序列长N_P＝2M＝96，原始模板序列取N_T＝M×M÷4＝576，水印嵌入强度取α＝0.5；对六个分辨率为352×288，帧速率为30帧/秒的视频序列1-6进行测试，从表1列出的含水印视频序列的峰值信噪比(PSNR，Peak Signal Noise Ratio)值中可以看出，各含水印视频的PSNR值均高于40dB，基本达到了不可见性的要求(表1给出的PSNR值是对视频序列中的每一个含水印帧求PSNR值之后再求平均得到的)。

表1视频序列测试结果

视频序列	嵌入水印后视频的平均PSNR(dB)
		1	45.53
2	43.75
		3	45.64
4	41.5
		5	42.7
6	41.8

同时，结合其他实验测试结果，上述水印嵌入方法在视觉上具有较好的不可见性和抗加性噪声性能，而且能够抵抗比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击，是一种对空域攻击具有较强鲁棒性的水印算法。

上述水印嵌入方法除了能够抵抗空域上的攻击之外，还应该能抵抗时域上的攻击。在视频水印技术中，抗时域攻击的常用方法有纠错编码、交织编码等，纠错编码包括前向纠错编码(FEC，Forward Error Correction)、线性分组码(汉明码、循环码)等，可以纠正单个或多个随机错误；交织技术能够使信道中的突发错误分散开来，是通信中用于对抗突发错误的一种技术；上述水印嵌入方法结合纠错编码和交织对有意义水印信息进行预处理，可以提高水印对抗时域攻击的鲁棒性。通常，在对有意义信息比特进行扩频处理前，先对有意义信息比特利用纠错码进行编码，然后对编码信息进行交织，再把经过纠错编码和交织预处理的待嵌入信息进行扩频处理，并排列成二维水印矩阵，最后采用步骤101-步骤104同样的方法将水印嵌入到视频序列的每一帧中；由于针对视频的时域攻击如帧插入、帧删除等所引起的误码，体现为水印信息的随机错误和突发错误，因而，结合纠错编码和交织技术，可以使视频水印能够抵抗时域攻击。

另外，隐写是信息隐藏领域的一个重要分支，它同样需要将水印信息写入到载体作品中，由于上述水印嵌入方法具有较强的鲁棒性，因此对写入载体的水印信息也有较强的保护作用，所以本水印嵌入方法同样可以应用于隐写技术。

上述水印嵌入方法，通过将DFT系数的直角坐标转换为对数坐标嵌入水印不需进行插值运算，消除了由内插运算引起的视觉失真，使得视频水印在视觉上具有较好的不可见性，而且能够抵抗加噪、比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击。

如图4所示，为本发明水印嵌入装置实施例的结构示意图，该装置包括：生成单元11，用于生成水印矩阵；转换单元12，用于将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；嵌入单元13，用于根据上述转换单元12转换的对数坐标和生成单元11生成的水印矩阵，在与上述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

其中，上述生成单元可以包括：第一生成模块，用于由密钥利用伪随机序列生成原始模板；第二生成模块，用于利用上述原始模板和待嵌入扩频水印信息生成水印矩阵。

另外，为了更好地将DFT系数的直角坐标转换为对数坐标，上述转换单元还可以包括：第一转换模块，用于将待嵌入水印图像的DFT系数的直角坐标转换为归一化坐标；第二转换模块，用于将上述归一化坐标转换为对数坐标。

进一步地，为了将水印信息嵌入到待嵌入图像中，上述嵌入单元还可以包括：嵌入模块，用于根据直角坐标和对数坐标的对应关系，在直角坐标系下的DFT系数中按加性嵌入公式或乘性嵌入公式嵌入对数坐标系中对应位置的水印信息；其中，上述加性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)+α×wt(col，row)，上述乘性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)×(1+α×wt(col，row))；c(x，y)为嵌入水印前的DFT系数，c′(x，y)为嵌入水印后的DFT系数，α为水印嵌入的强度。

上述水印嵌入装置，基于log-log变换嵌入水印不需进行插值运算，消除了由内插运算引起的视觉失真，使视频水印在视觉上具有较好的不可见性，而且能够抵抗加噪、比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击。

本发明实施例水印提取方法包括：

将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

获得傅立叶系数矩阵；

将水印矩阵中的原始模板与上述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；

对上述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

如图5所示，为本发明水印提取方法实施例的流程图，该方法包括：

步骤201、将待提取水印图像的DFT系数的直角坐标转换为归一化坐标；

与嵌入时相似，L′_X和L′_Y分别是待提取视频帧的宽和高，首先对视频帧做L′_X×L′_Y的二维DFT变换，然后按公式(5)对待提取视频帧的DFT系数的直角坐标进行归一化坐标变换：

$\left\{\begin{array}{c}{u}^{\′}=\frac{x^{\′}-x_0^{\′}}{{L_X}^{\′}}\\ v^{\′}=\frac{y^{\′}-y_0^{\′}}{{L_Y}^{\′}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，(x′₀，y′₀)是DFT系数的直流成分，对应于幅度谱中心即坐标变换后的直角坐标系原点，(x′，y′)表示待提取视频帧的第y′行第x′列，也即是DFT系数的直角坐标，(u′，v′)是归一化变换后的归一化坐标；

步骤202、将归一化坐标转换为对数坐标；

先对DFT系数幅度谱的下半平面作离散log-log映射，将DFT系数幅度谱的第三、四象限中的归一化直角坐标，按照公式(6)进行离散log-log映射，从直角归一化坐标映射到离散对数坐标(col′，row′)。于是，按照(x′，y′)→(u′，v′)→(col′，row′)的映射顺序，在DFT系数的直角坐标(x′，y′)与水印矩阵坐标(col′，row′)之间建立了映射关系。

其中，D′_Uoffset和D′_Voffset是保证col′＞0，row′＞0的偏移常数，如可取M′/2；一般取M′＞M，如可取M′＝2M，M为嵌入水印过程中将归一化坐标转换为对数坐标时保证col＞0，row＞0的偏移常数；

步骤203、对具有相同对数坐标的DFT系数进行运算，得到DFT系数矩阵；

对于直角坐标和对数坐标下存在一一对应关系的数据不需要做差值运算，对于直角坐标和对数坐标下存在多对一关系的数据需要进行插值运算，上述运算可以包括均值运算，例如，对经过离散log-log映射后拥有相同离散对数坐标(col′，row′)的DFT系数求均值，得到amp(col′，row′)，并将其作为M′×M′二维DFT系数幅度矩阵amp{amp(col′，row′)|0＜col′≤M′，0＜row′≤M′}的一个元素；由于这些拥有相同离散对数坐标(col′，row′)的DFT系数，在嵌入水印时是嵌入同一个水印比特的，所以，这些DFT系数在直角坐标系下位于一个小矩形区域内；

步骤204、将原始模板与上述DFT系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在DFT系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵，其中，上述水印矩阵中包含原始模板和扩频水印信息；

先把水印矩阵中的扩频水印信息比特部分清零，即只把由密钥k_T生成的模板序列T排在M行M列矩阵中，原来有意义信息比特的对应位置补0，则构成了一个M行M列的原始模板T_m，用作提取水印时作模板自相关之用；

当视频帧遭受x方向及y方向不同比率的尺度变化时，图像的x方向及y方向的尺度变化分别对应于对数坐标域的col方向(横轴)和row方向(纵轴)上的平移；将原始模板T_m与幅度矩阵amp根据相关定理进行幅度相关或者相位相关快速匹配计算，根据最大相关值的坐标位置，可得到col方向及row方向上的平移量，从而确定水印矩阵WT在DFT系数矩阵amp中的位置，得到与嵌入水印WT同步的幅度矩阵： $\hat{a}\mathrm{mp}\left\{\hat{a}\mathrm{mp}(\mathrm{col},\mathrm{row})\right|0<\mathrm{col}\&le;M,0<\mathrm{row}\&le;M\};$

相位快速匹配计算的方法可以为：

将原始模板T_m矩阵用g(col，row)表示，它与幅度矩阵amp之间的互相关值为：

$r(k,l)=g(\mathrm{col},\mathrm{row})\&CircleTimes;\mathrm{amp}(\mathrm{col},\mathrm{row})$

$=\underset{k=1}{\overset{M^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{l=1}{\overset{M^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{amp}(\mathrm{col},\mathrm{row})g((\mathrm{col}+k)\mathrm{mod}{M}^{\&prime;},(\mathrm{row}+l)\mathrm{mod}{M}^{\&prime;})---\left(7\right)$

其中，0＜k≤M′，0＜l≤M′。又根据相关定理：

$r(k,l)=g(\mathrm{col},\mathrm{row})\&CircleTimes;\mathrm{amp}(\mathrm{col},\mathrm{row})=\mathrm{IDFT}\left({\mathrm{AMP}}^{*}(i,j)G(i,j)\right)---\left(8\right)$

其中，AMP(i，j)＝DFT(amp(col，row))，G(i，j)＝DFT(g(col，row))，即AMP(i，j)、G(i，j)分别是amp(col，row)、g(col，row)的二维DFT变换系数，所以可以采用公式(9)快速计算相关值r(k，l)；

r(k，l)＝IFFT[AMP(i，j)G^*(i，j)]             (9)

也可按公式(10)计算平移相位相关值r_φ(k，l)：

r_φ(k，l)＝IFFT[AMP_φ(i，j)G^*(i，j)]， ${\mathrm{AMP}}_{\mathrm{\&phi;}}(i,j)=e^{j{\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{AMP}}(i,j)}---\left(10\right)$

其中φ_AMP(i，j)是AMP(i，j)的相角。

由于原始模板矩阵T_m跟嵌入模板的幅度矩阵具有相关性，因此由相关值矩阵r(k，l)或者r_φ(k，l)的最大值可以确定水印嵌入的位置，得到与嵌入水印WT同步的幅度矩阵；

步骤205、对上述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

采用与生成水印矩阵对应的解扩方法，对上述幅度矩阵进行扩频解调，得到水印信息。

同水印嵌入过程相似，按照DFT变换关于幅度谱中心直流成分点的对称性，在DFT系数幅度谱的上半平面提取嵌入的水印信息，从而水印提取完成，如图6所示，为本发明水印提取方法实施例的过程示意图。

上述水印提取方法，通过将DFT系数的直角坐标转换为对数坐标，从而在提取水印时不需要对视频帧进行恢复几何变换，较好地降低了计算的复杂度，节省了水印提取的时间，并且对空域攻击具有较强的鲁棒性。

如图7所示，为本发明水印提取装置实施例的结构示意图，该装置包括：转换单元21，用于将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；获取单元22，用于获得傅立叶系数矩阵；确定单元23，用于将水印矩阵中的原始模板与上述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；解调单元24，用于对上述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

为了更好地将待提取图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，上述转换单元可以包括：第一转换模块，用于将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为归一化坐标；第二转换模块，用于将上述归一化坐标转换为对数坐标。

其中，上述获取单元具体可以用于对具有相同对数坐标的傅立叶系数进

行运算，得到傅立叶系数矩阵。另外，获取单元还可以包括：均值运算模块，用于对具有相同对数坐标的DFT系数求均值，得到DFT系数矩阵；上述确定单元可以包括：确定模块，用于将原始模板与上述DFT系数矩阵进行幅度相关或相位相关，根据最大相关值的位置坐标，确定水印矩阵在DFT系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵，其中，上述水印矩阵中包含原始模板和水印信息。

上述水印提取装置，通过转换单元将DFT系数的直角坐标转换为对数坐标，从而在提取水印时不需要对视频帧进行恢复几何变换，较好地降低了计算的复杂度，节省了水印提取的时间，并且对空域攻击具有较强的鲁棒性。

如图8所示，为本发明水印处理系统实施例的结构示意图，该系统包括：水印嵌入装置1，用于生成水印矩阵，将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，并根据上述对数坐标和上述水印矩阵，在与上述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入上述印信息；水印提取装置2，用于将水印嵌入装置中已嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，获得傅立叶系数矩阵；将水印矩阵中的原始模板与上述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；对上述幅度矩阵进行解调，得到上述水印信息。

其中，上述水印嵌入装置1可以包括：生成单元11，用于生成水印矩阵；第一转换单元12，用于将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；嵌入单元13，用于根据上述转换单元12转换的对数坐标和生成单元11生成的水印矩阵，在与上述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入上述水印信息。上述水印提取装置2可以包括：第二转换单元21，用于将水印嵌入装置中已嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；获取单元22，用于获得傅立叶系数矩阵；确定单元23，用于将水印矩阵中的原始模板与上述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；解调单元24，用于对上述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

上述获取单元22具体用于对具有相同对数坐标的傅立叶系数进行运算，得到傅立叶系数矩阵。

进一步地，上述解调单元具体用于采用与生成水印矩阵对应的解扩方法，对上述幅度矩阵进行扩频解调，得到水印信息。

上述水印处理系统，基于DFT变换和log-log映射，使视频水印在视觉上具有较好的不可见性，而且能够抵抗加噪、比例缩放、帧内裁剪、帧内平移以及比例缩放与裁剪的混合攻击等多种几何攻击；较好地降低了提取水印时的计算复杂度，节省了水印提取的时间。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (20)

1、一种水印嵌入方法，其特征在于包括：

生成水印矩阵；

将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

根据所述对数坐标和所述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

2、根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于所述生成水印矩阵的步骤包括：

由密钥利用伪随机序列生成原始模板，利用所述原始模板和待嵌入扩频水印信息生成水印矩阵。

3、根据权利要求1或2所述的水印嵌入方法，其特征在于所述将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标包括：

将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为归一化坐标；

将所述归一化坐标转换为对数坐标。

4、根据权利要求1所述的水印嵌入方法，其特征在于所述根据所述对数坐标和所述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息的步骤包括：

根据直角坐标和对数坐标的对应关系，在直角坐标系下的傅立叶系数中按加性嵌入公式或乘性嵌入公式嵌入对数坐标系中对应位置的水印信息；

其中，所述加性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)+α×wt(col，row)，所述乘性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)×(1+α×wt(col，row))；c(x，y)是嵌入水印前的傅立叶系数，c′(x，y)是嵌入水印后的傅立叶系数，α是水印嵌入的强度，wt(col，row)是水印矩阵中的元素。

5、一种水印嵌入装置，其特征在于包括：

生成单元，用于生成水印矩阵；

转换单元，用于将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

嵌入单元，用于根据所述转换单元转换的对数坐标和生成单元生成的水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息。

6、根据权利要求5所述的水印嵌入装置，其特征在于所述生成单元包括：

第一生成模块，用于由密钥利用伪随机序列生成原始模板；

第二生成模块，用于利用所述原始模板和待嵌入扩频水印信息生成水印矩阵。

7、根据权利要求5或6所述的水印嵌入装置，其特征在于所述转换单元包括：

第一转换模块，用于将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为归一化坐标；

第二转换模块，用于将所述归一化坐标转换为对数坐标。

8、根据权利要求7所述的水印嵌入装置，其特征在于所述嵌入单元包括：

嵌入模块，用于根据直角坐标和对数坐标的对应关系，在直角坐标系下的傅立叶系数中按加性嵌入公式或乘性嵌入公式嵌入对数坐标系中对应位置的水印信息；

其中，所述加性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)+α×wt(col，row)，所述乘性嵌入公式为：c′(x，y)＝c(x，y)×(1+α×wt(col，row))；c(x，y)为嵌入水印前的傅立叶系数，c′(x，y)为嵌入水印后的傅立叶系数，α为水印嵌入的强度，wt(col，row)是水印矩阵中的元素。

9、一种水印提取方法，其特征在于包括：

将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

获得傅立叶系数矩阵；

将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；

对所述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

10、根据权利要求9所述的水印提取方法，其特征在于所述将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标包括：

将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为归一化坐标；

将所述归一化坐标转换为对数坐标。

11、根据权利要求9或10所述的水印提取方法，其特征在于所述获得傅立叶系数矩阵的步骤包括：

对具有相同对数坐标的傅立叶系数进行运算，得到傅立叶系数矩阵。

12、根据权利要求11所述的水印提取方法，其特征在于所述对具有相同对数坐标的傅立叶系数进行运算，得到傅立叶系数矩阵的步骤包括：

对具有相同对数坐标的傅立叶系数求均值，得到傅立叶系数矩阵；

所述将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵包括：

将原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，根据最大相关值的位置坐标，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵。

13、一种水印提取装置，其特征在于包括：

转换单元，用于将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标；

获取单元，用于获得傅立叶系数矩阵；

确定单元，用于将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；

解调单元，用于对所述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

14、根据权利要求13所述的水印提取装置，其特征在于所述转换单元包括：

第一转换模块，用于将待提取水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为归一化坐标；

第二转换模块，用于将所述归一化坐标转换为对数坐标。

15、根据权利要求13或14所述的水印提取装置，其特征在于所述获取单元具体用于对具有相同对数坐标的傅立叶系数进行运算，得到傅立叶系数矩阵。

16、根据权利要求15所述的水印提取装置，其特征在于所述获取单元包括：

均值运算模块，用于对具有相同对数坐标的傅立叶系数求均值，得到傅立叶系数矩阵；

所述确定单元具体用于将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，根据最大相关值的位置坐标，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵。

17、根据权利要求16所述的水印提取装置，其特征在于所述解调单元具体用于采用与生成水印矩阵对应的解扩方法，对所述幅度矩阵进行扩频解调，得到水印信息。

18、一种水印处理系统，其特征在于包括：

水印嵌入装置，用于生成水印矩阵，将待嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，并根据所述对数坐标和所述水印矩阵，在与所述对数坐标对应的直角坐标的傅立叶系数中嵌入水印信息；

水印提取装置，用于将水印嵌入装置中已嵌入水印图像的傅立叶系数的直角坐标转换为对数坐标，获得傅立叶系数矩阵；将水印矩阵中的原始模板与所述傅立叶系数矩阵进行幅度相关或相位相关，确定水印矩阵在傅立叶系数矩阵中的位置，得到与水印矩阵同步的幅度矩阵；对所述幅度矩阵进行解调，得到所述水印信息。

19、根据权利要求18所述的水印处理系统，其特征在于所述水印提取装置包括：

解调单元，用于对所述幅度矩阵进行解调，得到水印信息。

20、根据权利要求19所述的水印提取装置，其特征在于所述解调单元具体用于采用与生成水印矩阵对应的解扩方法，对所述幅度矩阵进行扩频解调，得到水印信息。

Images