CN101482965B

CN101482965B - 数字水印嵌入和检测方法及装置

Info

Publication number: CN101482965B
Application number: CN2009101048134A
Authority: CN
Inventors: 彭翔; 祁永坤; 关颖健
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: SHENZHEN ESUN DISPLAY CO Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: CN101482965A

Abstract

本发明公开了一种数字水印嵌入方法，包括以下步骤：A1、变换水印图像以产生相息图；B1、对数字载体图像进行小波变换；C1、将相息图加权后，与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成；D1、对合成后的小波低频系数进行小波逆变换生成含水印的图像。本发明还公开了相应的数字水印检测方法，以及用于实施该嵌入、检测方法的数字水印嵌入、检测装置。与以往数字水印方法相比，本发明的隐蔽性和鲁棒性有显著的提高，此外，本发明不但具有全息水印方案的抵抗剪切能力，同时又避免了共轭像相互干扰问题。

Description

数字水印嵌入和检测方法及装置

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别是涉及一种基于相息图和小波变换的数字水印嵌入和检测方法及装置。

背景技术

Internet技术的发展和普及使数字音像制品(图像、声音信号等)以及其它电子出版物的传播变的越来越便捷。但随之而来的侵权盗版活动也日益猖獗。如何进行数字媒体知识产权保护，已经越来越受到人们的高度重视。虽然加密技术早已广泛用于防止数字内容的非法访问，但加密之后的数据只能被授权人阅读，这在一定程度上限定了被保护作品的传播应用，且一旦被解密，就完全置于解密人的控制之下，原创作者没有办法追踪作品的复制和二次传播。而数字水印作为一种解决数字产品版权问题的有效手段，在信息安全领域里得到快速的发展。它通过在原始数据中嵌入秘密信息一水印来证实多媒体数据的所有权，并可以在不破坏原始数据使用价值或商业价值的操作下存活下来。

用于版权保护的图像数字水印技术应具备以下基本属性：隐蔽性和鲁棒性。隐蔽性要求水印在视觉上不可感知，鲁棒性要求含水印图像在经过一些图像处理后依然能够完好提取或检测。目前针对图像数字水印的嵌入方法研究可分为两类：空间域水印算法和变换域水印算法，不同水印方案在隐蔽性和鲁棒性方面各有优劣，较难选择一种方案使水印系统完全满足实际应用的要求。

大多数空间域数字水印算法可以提供简洁有效的水印嵌入方式，但往往缺乏对普通图像处理操作的鲁棒性。变换域水印算法的提出使得水印技术实现了一步较大的飞跃，现有一般的基于DCT、DFT及DWT等变换的数字水印方案对于压缩、滤波等攻击都具有较好的鲁棒性，但针对裁剪攻击的鲁棒性仍需进一步提高。

近十几年来，光学全息图像本身凭借不可撕毁的特性，在数字水印方案中得到了广泛关注，并有效解决现有一般数字水印技术中不能很好抵抗裁剪攻击的问题。2002年，Takai和Mifune最早提出全息数字水印技术，并证实了全息技术在数字水印方案中的引入，给系统带来了很好的抵抗裁剪攻击的能力，但由于本水印方案采用空域直接嵌入，而不能抵抗压缩以及低通滤波等攻击。2003年，Chang等提出了改进算法，将计算全息图嵌入到载体图像的离散余弦变换域，使水印系统具有较好的隐蔽性和鲁棒性。但是，基于全息图技术的一般数字水印方案中，解密图像都会伴有共轭像的干扰，这会大大降低水印嵌入的容量和水印的提取质量。

发明内容

本发明的主要要解决的技术问题就是针对现有技术的不足，提供基于相息图和小波变换的数字水印方法及装置，其隐蔽性好，鲁棒性高，特别是针对有损压缩、剪切、缩放、添加噪声等图像处理方式，具有使用灵活性高和适应性强的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种数字水印嵌入方法，包括以下步骤：

A1、变换水印图像以产生相息图；

B1、对数字载体图像进行小波变换；

C1、将相息图加权后，与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成；

D1、对合成后的小波低频系数进行小波逆变换生成含水印的图像。

优选地，所述步骤A1中，采用迭代位相复原算法变换水印图像，所述步骤B1中，对数字载体图像进行二维小波分解变换，获得三层小波低频系数，所述步骤C1中，将相息图乘以权重因子后嵌入到三层小波低频系数中，所述步骤D1中，对嵌入隐藏信息后的三层小波低频系数进行二维小波逆变换得到含水印的图像。

一种数字水印检测方法，包括以下步骤：

A2、对数字载体图像和含水印的图像进行小波变换；

B2、将含水印的图像小波变换所得的小波低频系数与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数相减并去除加权，提取相息图；

C2、将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到水印图像。

优选地，所述步骤A2中，对含水印的图像和数字载体图像进行三层小波分解变换，获得含水印的图像的三层小波低频系数和数字载体图像的三层小波低频系数，所述步骤B2中，将含水印的图像的三层小波低频系数与数字载体图像的三层小波低频系数相减并除以权重因子得到相息图。

一种数字水印嵌入装置，包括：

相息图产生单元，用于变换水印图像以产生相息图；

小波变换单元，用于对数字载体图像进行小波变换；

加权合成单元，用于将相息图加权再与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成；和

小波逆变换单元，用于对合成后的小波低频系数进行小波逆变换以生成含水印的图像。

一种数字水印检测装置，包括：

小波变换单元，用于对数字载体图像和含水印的图像进行小波变换；

相息图提取单元，用于将含水印的图像小波变换所得的小波低频系数与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数相减并去除加权以提取相息图；和

傅立叶处理单元，用于将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到水印图像。

一种数字水印嵌入和检测装置，包括：

相息图产生单元，用于变换水印图像以产生相息图；

加权合成单元，用于将相息图加权再与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成；

小波逆变换单元，用于对合成后的小波低频系数进行小波逆变换以生成含水印的图像；

优选地，所述装置采用主从式硬件结构，包括充当主机的通用个人计算机和充当从机的数字信号处理子系统，所述数字信号处理子系统包括数字信号处理芯片和现场可编程门阵列芯片，所述数字信号处理芯片用于水印嵌入与检测核心处理，所述现场可编程门阵列芯片用于系统控制和管理。

优选地，所述装置采用嵌入式系统结构，包括单个数字信号处理器或多个数字信号处理器组成的阵列，所述数字信号处理器中的EPROM(可擦除可编程只读存储器)内固化有水印嵌入与检测算法。

优选地，所述装置包括单个复杂可编程逻辑器件或多个复杂可编程逻辑器件组成的阵列，或者包括单个现场可编程门阵列芯片或多个现场可编程门阵列芯片组成的阵列，或者包括单个复杂可编程逻辑器件或多个复杂可编程逻辑器件组成的阵列以及单个现场可编程门阵列芯片或多个现场可编程门阵列芯片组成的阵列。

本发明有益的技术效果是：

(1)本发明将信息光学中相息图技术与小波变换技术相结合，构造了一种新的数字水印嵌入和检测方法，与以往数字水印方法相比，其隐蔽性和鲁棒性有显著的提高。

(2)将相息图技术引入数字水印嵌入方案中，使系统具有了与传统的全息水印方案同样的抵抗剪切能力，同时又避免了全息水印方案中的存在的共轭像相互干扰问题，从而提高了数字水印的提取质量，并增加了水印嵌入容量。

(3)本发明的数字水印方法和装置可以扩展应用于音频、视频等数字媒体的版权保护，普适性好。

(4)本发明的数字水印装置优选地可采用数字信号处理器或可编程专用集成电路来构建，实现向待保护数字图像中嵌入水印和从含水印图像中检测水印，其处理速度快，可移植性强。

附图说明

图1为本发明数字水印的嵌入方法的基本流程图；

图2为迭代相位恢复算法变换水印图像产生相息图的原理示意图；

图3为静态图像的离散小波变换的金字塔式多分辨率分解示意图；

图4为本发明数字水印的检测方法的基本流程图；

图5为本发明数字水印的嵌入装置的结构框图；

图6为本发明数字水印的检测装置的结构框图；

图7为本发明一种实施例采用通用PC机、数字信号处理器和可编程专用集成电路构成的主从式数字水印嵌入/检测装置结构框图；

图8为本发明一种实施例采用数字信号处理器阵列构成的数字水印嵌入/检测装置结构框图；

图9为本发明一种实施例采用复杂的可编程逻辑器件阵列构成的数字水印嵌入/检测装置结构框图；

图10为本发明一种实施例采用现场可编程门阵列芯片阵列构成的数字水印嵌入/检测装置结构框图；

图11为本发明一种实施例采用复杂的可编程逻辑器件阵列与现场可编程门阵列芯片阵列构成的数字水印嵌入/检测装置结构框图。

图中标号说明如下：

201-通用PC机，202-PCI总线控制器，203、501-数字信号处理器(DSP)，204、701、802-现场可编程门阵列芯片，205-电源管理芯片，206-Flash存储器，207-同步动态RAM，208-同步触发静态RAM，601、801-复杂可编程逻辑器件。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

具体实施方式

参考图1，向待保护的数字图像中嵌入水印的方法包括以下步骤：

11)输入水印图像，用迭代位相复原算法变换水印图像以产生相息图；

12)输入原始数字载体图像，对数字载体图像进行小波变换；

13)将相息图用缩放参数调节后，与数字载体图像变换的小波低频系数合成起来；

14)对合成后的小波系数进行小波逆变换生成含水印的图像。

在一种实施例中，步骤11)采用迭代位相复原算法变换水印图像来产生相息图，具体说明如下：

L.B.Lesem等1969年的文章The Kinoform：a new wavefrontreconstruction device中定义了相息图的概念，并证明当一个物体为漫射体，它的傅立叶系数的相位携带了物的绝大部分信息，因而振幅信息可以忽略；且当制作相息图过程中若能使位相得到较好匹配，那么将能够从相息图中精确恢复原始物体。本发明中，针对二维水印图像，利用具有随机分布的初始相位来模拟漫射体，并应用迭代相位复原算法计算得到纯相位分布的相息图。

图2展示了用迭代相位复原算法计算相息图的原理。

该算法在空域和频域同时植入两个约束，并在此约束下对水印图像|f|(f本身是实函数)作多次循环傅立叶变换后得到该图像的纯相位分布e^jΦ(u，v)，若对其进行傅立叶逆变换后取模，即可得到原始编码的水印图像。

迭代相位复原算法基本步骤如下：

a)以随机初始相位分布和已知的振幅分布(水印图像)作为初始物面波前函数；

b)对物面波前函数进行傅里叶变换，获得频谱面波前函数：

F_k(u，v)＝|F_k(u，v)|exp[jΦ_k(u，v)]＝FT{f_k(x，y)}

c)引入频谱平面上的限制条件，更新频谱面波前函数，即保持相位不变，振幅全部置换为1：

G_k(u，v)＝|G(u，v)|exp[jΦ_k(u，v)]

其中，|G(u，v)|＝1。

d)将新的频谱平面上的波前函数作逆傅里叶变换，获得新的物面波前函数。

g_k(x，y)＝|g_k(x，y)|exp[jφ_k(x，y)]＝FT^-1{G_k(u，v)}

e)引入物面上的限制条件，对新的物面波前函数进行处理，即保持相位不变，振幅置为水印图像，作为下一轮迭代的物面波前函数：

f_k+1(x，y)＝|f(x，y)|exp[jφ_k+1(x，y)]＝|f(x，y)|exp[jφ_k(x，y)]

f)返回步骤b进行下一轮迭代循环。

这样反复进行迭代直至算法收敛到设定值或达到设定的迭代次数。上式中，g_k(x，y)，F_k(u，v)分别是f(x，y)，G(u，v)的逼近值，最后提取得到纯相位分布函数e^jΦ(u，v)。

为了描述|g|收敛逼近到|f|的程度，引入相关系数CC作为位相恢复算法的收敛性判断因子，其表达式为：

CC = \frac{COV (h, h^{r})}{σ_{h} σ_{h^{r}}}

式中，h和h^r分别表示原始图像和解密后的图像，σ为相应图像的标准差，COV(h，h^r)表示对两幅图像进行相关操作：

COV(h，h^r)＝E{[h-E(h)][h^r-E(h^r)]}

式中，E[*]代表数学期望。

g)步骤c中得到Φ(u，v)值域区间为[0，2π]，对其进行量化生成相息图。

量化阶数过低将会产生位相失配而使得恢复的图像与原始图像存在较大误差，当采用64阶量化时能够满足系统要求，所得到相息图灰度分布区间为-32～32，将量化的水印相息图记为I_mark：

I_mark＝<Φ>，

式中<>表示量化操作符号。

步骤12)至14)为水印相息图嵌入的过程，说明如下：

图3表示一个静态图像的离散小波变换的金字塔式多分辨率分解示意图。图中，L表示低通滤波器，H表示高通滤波器，小波变换结果是原始信号在一系列倍频层划分的频带上的多个高频子带(LH、HL、HH)和一个低频子带(LL)。其中，LL表示经过两次低通滤波(先后作用于行和列)后包含原始图像的最低分辨率信息的低频系数，集中了原始图像大部分能量；LH、HL和HH分别表示经过低通和高通滤波不同顺序组合(分别作用于行和列)得到的表示在不同方向上原始图像的高频信息。

Cox等认为，水印信息应放在视觉上最重要的分量上，即图像信号能量集中的分量上，即使在图像有一定失真的情况下，仍能保留这些主要成分，以确保水印信息的存在。因此，基于对水印鲁棒性、隐蔽性以及嵌入容量的折中考虑，将载体图像进行三层小波分解变换，提取第三层小波系数中的低频子带(LL)作为隐藏信息的嵌入区域进行水印嵌入。

此外，为了保证水印的隐蔽性应选择适当的权重因子。

嵌入的步骤可用以下公式表示：

a)对载体图像I_host进行小波分解：

w_{d} (I_{host}) = X_{3}^{LL} + \underset{i = 1,2,3}{Σ} X_{i}^{{LH, HL, HH}}

其中，I_host表示载体图像，w_d()表示二维小波分解变换，X₃ ^LL表示三层小波低频系数，X_i ^{{LH，HL，HH}}i＝1，2，3表示1、2、3级小波系数分别在(LH，HL，HH)三个方向上的分量。

b)将置乱相息图I_mark加权后嵌入到三层小波系数中去，嵌入过程可以表示为：

Y_{3}^{LL} = {ωI}_{mark} + X_{3}^{LL}

c)对嵌入隐藏信息后的小波系数进行二维小波逆变换(二维小波重构变换)，得到含水印图像I_marked：

I_{marked} = w_{i} (Y_{3}^{LL} + \underset{i = 1,2,3}{Σ} Y_{i}^{{LH, HL, HH}})

其中，w_i()表示二维小波逆变换。含水印图像I_marked可以通过网络或者其他方式传输给授权方，授权方按照一定的解密方法和步骤，可以提取出嵌入的隐藏信息。

参考图4，从含水印图像中检测水印的方法包括以下步骤：

21)将原始数字载体图像和含水印图像进行与嵌入时相同的小波变换；

22)将变换后的小波低频系数对应相减并去除加权以提取相息图；

23)将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到原始水印图像。

下面更具体地说明水印信息的检测过程。

检测的步骤可用以下公式表示：

a)对含水印图像进行三层小波分解：

w_{d} (I_{marked}) = Y_{3}^{LL} + \underset{i = 1,2,3}{Σ} Y_{i}^{{LH, HL, HH}}

式中，Y₃ ^LL表示含水印图像的三层小波低频系数。

类似地，对原始数字载体图像作三层小波分解后，得到载体图像的三层小波低频系数X₃ ^LL。

w_{d} (I_{host}) = X_{3}^{LL} + \underset{i = 1,2,3}{Σ} X_{i}^{{LH, HL, HH}}

b)对a)中两个三层小波低频系数对应相减并除以嵌入权重因子即可得到嵌入的置乱相息图。

{I_{mark}}^{'} = (Y_{3}^{LL} - X_{3}^{LL}) / ω

c)对提取相息图进行傅立叶逆变换，并对变换结果F取实振幅，即可得到原始的水印图像f：

f＝|fft2(exp(j*I_mark′))|

其中，||表示取模操作符号。

本发明水印方法是鲁棒的。相息图在水印方案中的引入，使得水印具有很强的抗剪切性，嵌入容量也大大增加，与小波变换技术相结合，更在有损压缩、滤波、缩放等方面有着优越的性能，且具有良好的隐蔽性。水印隐藏于载体图像中与其成为不可分割的整体，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来，有效加强了水印方案在版权保护方面应用的力度。含水印信息的载体图像可以应用于各种应用场合或在网络上传输。

参考图5，本发明还提供一种数字水印嵌入装置，包括载体图像输入单元、水印图像输入单元、相息图产生单元、小波变换单元、加权合成单元和小波逆变换单元，其中，相息图产生单元用于变换水印图像以产生相息图，小波变换单元用于对数字载体图像进行小波变换，加权合成单元用于将相息图加权再与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成，小波逆变换单元用于对合成后的小波低频系数进行小波逆变换以生成含水印的图像。

参考图6，本发明还提供一种数字水印检测装置，包括载体图像输入单元、水印图像输入单元、小波变换单元、相息图提取单元和傅立叶处理单元，其中，小波变换单元用于对数字载体图像和含水印的图像进行小波变换，相息图提取单元用于将含水印的图像小波变换所得的小波低频系数与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数相减并去除加权以提取相息图，傅立叶处理单元用于将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到水印图像。

本发明还提供一种结合如图5、6所示的装置而构成的数字水印嵌入和检测装置，包括相息图产生单元、小波变换单元、加权合成单元、小波逆变换单元、相息图提取单元以及傅立叶处理单元，其中，相息图产生单元用于变换水印图像以产生相息图，小波变换单元用于对数字载体图像和含水印的图像进行小波变换，加权合成单元用于将相息图加权再与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数合成，小波逆变换单元用于对合成后的小波低频系数进行小波逆变换以生成含水印的图像，相息图提取单元用于将含水印的图像小波变换所得的小波低频系数与数字载体图像小波变换所得的小波低频系数相减并去除加权以提取相息图，傅立叶处理单元用于将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到水印图像。

以上装置及各组成单元具体的工作原理可参考本发明数字水印嵌入、检测方法上述实施例的说明。

按照上述方案实现的数字水印嵌入和检测装置可以采用由通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式系统结构；或是由数字信号处理器或可编程专用集成电路构成的脱离PC机单独运行的嵌入式系统结构。数字信号处理器可以是单个并行数字信号处理器或由至少两个数字信号处理器构成的阵列，可编程专用集成电路可以是单个复杂的可编程逻辑器件或由至少两个复杂可编程逻辑器件组成的阵列，或是单个现场可编程门阵列或由至少两个现场可编程门阵列组成的阵列，或是由复杂的可编程逻辑器件和现场可编程门阵列组成的阵列。

图7是本发明数字水印嵌入和检测装置的一种实施例，采用通用PC机、数字信号处理器(DSP)、以及现场可编程专用集成电路(FPGA)构成主从式水印嵌入/检测装置硬件结构。该主从式水印嵌入和检测装置将通用PC机201作为主机，由DSP芯片203、FPGA芯片204、电源管理芯片205、Flash存储器206、同步动态RAM 207以及同步触发静态RAM 208组成的DSP子系统作为从机。采用软件编写实现主机和从机之间的信息交换和实时通讯、界面选择、人机接口等功能。采用DSP+FPGA构成的从机实现对多媒体信息嵌入数字水印、检测数字水印、多媒体信息打包、封装等功能。DSP芯片203完成水印嵌入与检测核心算法，FPGA芯片204完成系统复位控制、电源管理、PCI控制器202和DSP芯片203接口控制、PCI控制器和DSP的中断控制、数据的传输时序控制。主、从机之间通过PCI总线进行数据通讯、信息交换。

图8是本发明装置的另外一种实施例。在这个实施例中，数字信号处理器阵列是由单个数字信号处理器501或多个数字信号处理器501的组合构成的，算法被固化在数字信号处理器阵列中的EPROM内，构成嵌入式系统，从而可以脱离PC机单独运行。这种脱机的多媒体信息隐藏系统具有体积小、灵活简便等优点。用户还可灵活控制系统的结构参数和密钥，当需要改变参数和密钥时，只需对DSP端软件宏定义部分相应改动，再用编程器重新写入EPROM即可。

图9是本发明装置的又一种实施例。在这个实施例中，数字水印嵌入/检测装置是由单个复杂的可编程逻辑器件601或多个复杂的可编程逻辑器件601的组合而成的阵列构成的。

图10也是本发明装置的一种实施例。在这个实施例中，数字水印嵌入/检测装置是由单个现场可编程门阵列芯片701或多个现场可编程门阵列芯片701组合而成的阵列构成的。

图11是本发明装置的另外一种实施例。它是由单个或多个复杂的可编程逻辑器件801构成的阵列与单个或多个现场可编程门阵列芯片802构成的阵列组成的嵌入式系统。

图8-11所示的本发明装置的几种实施例具有共同的特征，就是硬件实现速度快、可重新配置、体积小，灵活简便，可以脱离PC机单独运行。用户可以灵活控制系统的结构参数和密钥，当需要改变参数和密钥时，只需对相应芯片设计进行稍许修改，重新综合、编程、加载即可。

对本发明数字水印方法性能的测试

进行了大量的测试以验证本发明数字水印方法对于JPEG压缩、剪切、滤波等的鲁棒性，以下概述测试的实例和结果。通过峰值信噪比(PeakSignal to Noise Ratio(PSNR))来评价含水印图像相对于宿主图像品质下降程度，峰值信噪比定义如下：

PSNR = 20 \times \log_{10} (\frac{255}{\sqrt{MSE}})

其中，

MSE = \frac{1}{MN} Σ_{y = 1}^{M} Σ_{x = 1}^{N} {[I (x, y) - I^{'} (x, y)]}^{2}

MSE表示原始宿主图像和含水印图像之间的均方差，M、N分别表示图像的行数和列数。

实例1：在载体图像中嵌入水印后，图像质量下降情况

本发明水印方案实例采用灰度图像baboon(512×512×8)作为原始载体图像；任意logo图像(64×64、二值)作为原始水印图像。嵌入权重因子选择0.8，嵌入水印后所得到含水印图像，此时含水印图像与原始载体图像之间峰值信噪比高达43.2dB，图像质量保持完好，视觉上水印不可见。检测出的水印图像与原始水印图像之间相关系数达1.0。

实例2：含水印图像在经历有损压缩之后检测水印情况

网络环境中，数字图像一般在传输前需要进行压缩，JPEG压缩是被广泛应用的压缩方式，故可行的水印方案必须在经历一定程度的JPEG有损压缩之后依然能够正确检测，才具有较高的实用价值。

试验针对含水印图像进行不同比率的JPEG有损压缩，结果显示在压缩比高达15.20时，含水印图像与原始载体图像之间峰值信噪比降至35.3dB，检测到的水印图像与原始水印图像之间的相关系数依然达到0.75，充分证明了本水印方案具有很强的抵抗有损压缩的能力。

实例3：含水印图像在经历裁剪之后检测水印情况

为了验证水印系统抵抗剪切操作的能力，试验针对不同剪切比例进行测试，结果显示从含水印图像中剪下358×358时(相当于整个图像的70％)，含水印图像与原始载体图像之间峰值信噪比降至7.96dB，所检测到水印与原始水印之间相关系数依然达到0.75。

实例4：含水印图像在经历滤波之后检测水印情况

一般的图像处理中经常会用到高斯滤波操作以去除图像中的噪声，为了验证本发明所设计数字水印方法的针对低通滤波操作的鲁棒性，试验针对经过窗口大小为3×3、标准差为0.5的高斯函数滤波后的含水印图像进行测试，含水印图像与原始载体图像之间峰值信噪比降至40.2dB，结果显示从滤波后的图像中检测到水印与原始水印之间相关系数高达0.99。

以上实例显示，本发明数字水印方法具有良好的可行性及很高的实用价值，按照本发明提供的方法实现的数字水印嵌入/检测装置可以在通用PC机上适用Visual C++软件环境实现。当然这种特定的环境仅仅是说明性的，本发明的方法可用多个不同厂商制造的计算机连同适用任何适当的语言编写的软件来加以实现。

本发明提供的基于相息图和小波变换结合的数字水印方法及装置不仅限于静止图像信息的处理，同时也适用于数字视频、音频等信息，在多媒体数据和多媒体文件的版权保护领域有广泛的应用，推广前景极为广阔。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种数字水印嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、变换水印图像以产生相息图；

B1、对数字载体图像进行小波变换；

2.如权利要求1所述的数字水印嵌入方法，其特征在于，所述步骤A1中，采用迭代位相复原算法变换水印图像，所述步骤B1中，对数字载体图像进行二维小波分解变换，获得三层小波低频系数，所述步骤C1中，将相息图乘以权重因子后嵌入到三层小波低频系数中，所述步骤D1中，对嵌入隐藏信息后的三层小波低频系数进行二维小波逆变换得到含水印的图像。

3.一种数字水印检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A2、对数字载体图像和含水印的图像进行小波变换；

C2、将相息图进行傅立叶逆变换并取振幅得到水印图像。

4.如权利要求4所述的数字水印检测方法，其特征在于，所述步骤A2中，对含水印的图像和数字载体图像进行三层小波分解变换，获得含水印的图像的三层小波低频系数和数字载体图像的三层小波低频系数，所述步骤B2中，将含水印的图像的三层小波低频系数与数字载体图像的三层小波低频系数相减并除以权重因子得到相息图。

5.一种数字水印嵌入装置，其特征在于，包括：

相息图产生单元，用于变换水印图像以产生相息图；

小波变换单元，用于对数字载体图像进行小波变换；

6.一种数字水印检测装置，其特征在于，包括：

7.一种数字水印嵌入和检测装置，其特征在于，包括：

相息图产生单元，用于变换水印图像以产生相息图；

8.如权利要求7所述的数字水印嵌入和检测装置，其特征在于，所述装置采用主从式硬件结构，包括充当主机的通用个人计算机和充当从机的数字信号处理子系统，所述数字信号处理子系统包括数字信号处理芯片和现场可编程门阵列芯片，所述数字信号处理芯片用于水印嵌入与检测核心处理，所述现场可编程门阵列芯片用于系统控制和管理。

9.如权利要求7所述的数字水印嵌入和检测装置，其特征在于，所述装置采用嵌入式系统结构，包括单个数字信号处理器或多个数字信号处理器组成的阵列，所述数字信号处理器中的EPROM内固化有水印嵌入与检测算法。

10.如权利要求7所述的数字水印嵌入和检测装置，其特征在于，所述装置包括单个复杂可编程逻辑器件或多个复杂可编程逻辑器件组成的阵列，或者单个现场可编程门阵列芯片或多个现场可编程门阵列芯片组成的阵列，或者单个或多个复杂可编程逻辑器件与单个或多个现场可编程门阵列芯片组成的阵列。