CN101561853B - 基于数字水印技术的图像版权认证管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，主要包括信息管理模块、水印算法管理模块、水印信息的嵌入模块、水印信息的提取和认证功能模块，可以完成图像数字水印的嵌入和提取功能。该系统使用Visual C++6.0、MATLAB以及MATCOM的混合编程技术完成系统的开发，从而缩短了系统开发周期，提高了系统的性能，增强了灵活性。实现了基于数字水印技术的图像认证技术与数据库的结合。系统中包括了多种数字水印算法，根据被保护图像以及水印图像的情况，自适应选择水印嵌入算法，同时实现了基本参数的自适应调整和选择。该发明可以作为具有版权认证资格的第三方应用系统，也可以用于企事业单位构建内部信息安全认证管理系统。

Description

基于数字水印技术的图像版权认证管理系统

技术领域

本发明属于信息隐藏和版权保护研究领域，涉及一种认证管理应用系统的设计和构建，具体涉及一种基于数字水印技术的图像版权认证管理系统。

背景技术

随着信息产业的飞速发展，数字化信息产品及其产生、传输、分配等方面面临新的严峻挑战。数字产品的版权保护成为保护知识资源的首要问题。如何有效地防范对信息的非法复制和传播，是版权保护中的重要问题。数字水印技术的出现为解决媒体的版权保护问题提供一种有效的方法。近几年数字水印已经在许多应用领域体现出了它的重要性，并得到了各界的广泛关注。

目前，数字水印的研究工作主要集中在对水印算法的研究上，虽然，近年来，对水印应用系统的研究也取得了长足的进展，但其大多数的软件都是以插件或者开发包的形式应用到其他的产品中，作为功能完整、独立应用的图像版权管理系统比较少。有的功能比较单一，有的不能脱离其他应用系统而独立存在。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，该系统功能独立完成将含有认证敏感信息的数据作为水印嵌入到需要保护的图像数据中，并且在需要时可以从中可靠地提取出水印信息，检验水印的存在性，从而作为鉴定、认证的有效证明。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，该系统包括：

一用户需求信息模块，用于完成用户的信息输入和保存；

一信息管理模块，用于根据用户需求完成版权认证用户的登录、注册以及相关过程中的数据保存和管理；同时提供用户信息和认证信息的查询功能；

一水印算法管理模块，该模块具有人机交互接口，用于完成水印算法、原始载体信息、水印基本信息各参数的管理；水印算法管理模块中设有原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、水印算法库和档案库；

一水印信息的嵌入模块，该模块利用水印算法，实现将水印信息嵌入到原始载体信息中的功能；

一水印信息的提取和认证功能模块，该模块利用信息管理模块和水印算法管理模块提供的相关信息，实现从用户提交的待认证载体中提取水印信息，并对提取出的水印信息进行鉴别和认证功能；

一登记记录模块，用于对管理者和用户登录信息的管理和认证请求的响应；

一帮助文件模块，用于提供整个系统的帮助信息；

一注册归档模块，用于完成用户的注册，同时对嵌入水印的图像完成归档；

一查询检索模块，用于对注册用户信息、归档图像信息，嵌入、提取信息完成查询和检索；

一输出显示模块，用于对原始图像和嵌入水印的图像进行显示和预览；

所述的信息管理模块分别与用户需求信息模块、登记记录模块、查询检索模块、帮助文件模块、注册归档模块以及水印信息的嵌入模块相连接；其中，用户需求信息模块与水印算法管理模块中的原始图像库和水印图像库连接；查询检索模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、档案库和水印算法库互联；注册归档模块和登记记录模块分别与水印算法管理模块中的档案库相连；查询检索模块和注册归档模块与输出显示模块相连；

水印信息的嵌入模块分别与水印信息的提取和认证功能模块和注册归档模块连接；

水印信息的提取和认证功能模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库和水印算法库相连。

本发明和现有技术相比，带来的技术效果是：

1)该系统可独立运行，完成用户注册、水印嵌入、提取等操作。实现在开放式网络环境中对数字图像产品生命周期进行版权保护和版权的验证。具有高可靠性，而且能够追踪和查找到为盗版提供数字图像产品的用户，实现对数字图像产品的有效保护。

2)具有对各种用户信息、图像信息的管理功能。水印算法库中包括了先进的水印算法，利用自适应策略机制，实现了水印算法和基本参数的自适应调整和选择，因此具有良好的鲁棒性和可靠性。可根据不同的载体要求，选择适合的算法实现水印的嵌入。算法结合了加密机制，安全性得到了加强。

3)系统开发过程中有效地结合了Matlab和VC软件平台的优势，缩短了开发周期，提高了系统的性能，很好地解决了计算效率、函数库支持和图形方面的问题。使得系统可以脱离Matlab环境运行Matlab算法程序，同时提供了简洁易于操作的人机界面。

附图说明

图1是本发明的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统结构示意图；

图2是数字水印管理系统工作状态图；

图3是系统主界面图；

图4是水印嵌入界面图；

图5是系统水印算法自适应选择界面图；

图6是系统算法参数的调整和选择界面图；

图7是水印提取界面图；

图8是系统查询界面图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，包括：

一用户需求信息模块，用于完成用户的信息输入和保存；

一信息管理模块，用于根据用户需求完成版权认证用户的登录、注册以及相关过程中的数据保存和管理；同时提供用户信息和认证信息的查询功能；

一水印算法管理模块，该模块具有人机交互接口，用于完成水印算法、原始载体信息、水印基本信息各参数的管理；水印算法管理模块中设有原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、水印算法库和档案库；

一水印信息的嵌入模块，该模块利用水印算法，实现将水印信息嵌入到原始载体信息中的功能；

一水印信息的提取和认证功能模块，该模块利用信息管理模块和水印算法管理模块提供的相关信息，实现从用户提交的待认证载体中提取水印信息，并对提取出的水印信息进行鉴别和认证功能；

一登记记录模块，用于对管理者和用户登录信息的管理和认证请求的响应；

一帮助文件模块，用于提供整个系统的帮助信息；

一注册归档模块，用于完成用户的注册，同时对嵌入水印的图像完成归档；

一查询检索模块，用于对注册用户信息、归档图像信息，嵌入、提取信息完成查询和检索；

一输出显示模块，用于对原始图像和嵌入水印的图像进行显示和预览；

信息管理模块分别与用户需求信息模块、登记记录模块、查询检索模块、帮助文件模块、注册归档模块以及水印信息的嵌入模块相连接；其中，用户需求信息模块与水印算法管理模块中的原始图像库和水印图像库连接；查询检索模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、档案库和水印算法库互联；注册归档模块和登记记录模块分别与水印算法管理模块中的档案库相连；查询检索模块和注册归档模块与输出显示模块相连；

水印信息的嵌入模块分别与水印信息的提取和认证功能模块和注册归档模块连接；

水印信息的提取和认证功能模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库和水印算法库相连。

水印算法管理模块主要完成以下功能：

1)包括原始图像库、水印图像数据库、基本参数数据库、数字水印算法数据库、密钥数据库、档案数据库等六个数据库。负责管理用户提交的原始图像、水印图像等载体数据，管理系统提供的数字水印算法以及各算法中用到的密钥、参数等数据。可以实现用户查询、图像查询和关联查询等功能。

2)水印算法库提供了多种数字水印算法，包括模糊自适应水印算法、基于小波的水印算法、基于混沌加密的水印算法、分形小波算法等，所有这些算法为本系统所特有，根据不同的载体要求，可以选择适合的算法实现水印的嵌入。

3)水印算法结合了加密技术，算法的安全性高。

4)基本参数库，针对1)中的不同算法，提供算法中涉及到的各种参数。

5)密钥库，保存加密过程中用到的密钥，为解密过程提供密钥。

水印信息的嵌入模块进一步包括以下功能：

1)包含自适应策略机制，该机制分析用户提供的载体信息和水印信息的特征，根据分析的结果，从水印算法库和基本参数库中选择合适的算法和最优的参数。从而实现水印嵌入的自适应和基本参数的自适应调整和选择。

2)利用matcom中间件实现与管理模块接口，在脱离Matlab平台的情况下，可运行所有的利用Matlab编程实现的水印算法程序。

水印信息的提取和认证功能模块的还进一步包括以下功能：

1)与用户界面交互，接收用户的需求信息，调用相关数据库的内容，启动水印提取模块，实现水印信息的提取功能。

2)根据提取出的水印信息，执行版权判决策略，完成认证功能。

数字水印管理模块主要完成静态图像水印的嵌入和提取操作，同时完成用户的注册和登录，以及基于水印过程的数据库查询和显示操作。系统共分为7个工作状态，即：启动状态、注册和登陆状态、水印嵌入状态、水印提取状态、数据查询状态、信息入库状态和退出状态。

本发明的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，使用混合编程技术实现，利用一种编程语言开发系统的界面，用另一种编程语言实现图像数字水印算法；利用中间件技术实现两种语言混合编程，将水印算法和系统界面结合起来。系统可以脱离编程语言的环境，运行用该编程语言实现的算法程序。同时，用户界面开发简单，操作简便。

本发明的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其工作状态如图2所示：

1、系统启动：启动动画，用来完成系统启动的等待时间。

2、系统注册和登录：本系统只有合法的用户才能进行水印的嵌入和提取以及各项操作，所以新用户必须进行注册，然后登录后才能使用。这也是出于安全性方面的考虑。其中的注册模块包括个人的基本信息，登录需要用户名和密码，只有合法用户才允许登录。

登录系统后进入系统的主界面，如图3所示，并且对于一些常用到的菜单选项有对应的快捷键，如原始图像、水印图像、嵌入水印后的图像、提取水印后的图像、水印提取、水印嵌入等，在图中也有标示。

在每个主菜单下还有一定的子菜单，介绍如下：

(a)用户管理下的子菜单：登录、注册、注销和退出；

(b)水印嵌入下的子菜单：原始图像选择、水印图像选择和水印嵌入算法选择；

(c)水印提取下的子菜单：原始图像输入、水印图像输入、嵌入水印后图像选择、提取水印图像；

(d)数据库查询下的子菜单：用户查询、图像查询和关联查询；

(e)帮助：使用帮助。

3.水印的嵌入

选择原始图像、水印图像后，在窗口内显示，然后选择一种水印算法，点击水印嵌入，则会弹出参数输入对话框，输入参数后就能完成水印的嵌入操作并在窗口显示出操作结果，同时将嵌有水印的图像保存在特定的目录下。其运行界面如图4所示。

(a)需要进行版权保护的数字图像。

(b)需要嵌入的水印图像。

(c)水印嵌入操作完成后得到的含水印图像。

4、算法选择：输入原始图像和水印图像后，可以从系统提供的多种水印嵌入算法中选择一种。算法的选择界面如图5所示。

5、参数选择：水印算法中用到的参数可以实现自适应选择，如图6所示。

6、水印提取：是和水印的嵌入相对应的，每种嵌入算法都有提取算法和其相对应，也具有扩充性。在需要提取水印时，首先指定含有水印的图像、设定参数，选择水印提取算法，点击提取操作，就能完成水印图像的提取操作，在窗口显示其结果如图7所示。

(a)原始的数字图像。

(b)原始水印图像。

(c)含有水印的数字图像。

(d)提取出的水印图像。

7、数据查询：系统中为了管理用户和各种图像、参数、密钥等，建立了各种数据库，系统可以对用户的各种操作，进行查询操作，其运行界面如图8所示。

按照本发明制备的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，能够提供用户信息和水印信息管理功能；可以提供多种数字水印算法，实现水印算法的自适应嵌入；水印算法与加密技术相结合，提高了系统的安全性；水印提取和嵌入模块提供了用户交互界面，可以实现快速版权认证功能，有效性高；利用Matlab语言编程简洁、数值计算能力强，易于扩展和移植性好等特点，结合Visual C++应用系统开发工具，借助Matcom中间件技术，实现了混合编程。从而使得系统可以脱离Matlab环境，运行Matlab算法程序，同时可以提供良好的用户界面。提高了系统的性能，增强了灵活性。可以作为具有版权认证资格的第三方应用系统，也可以用于企事业单位构建内部信息安全认证管理系统。

Claims (5)

1.一种基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，该系统包括：

一用户需求信息模块，用于完成用户的信息输入和保存；

一信息管理模块，用于根据用户需求完成版权认证用户的登录、注册以及相关过程中的数据保存和管理；同时提供用户信息和认证信息的查询功能；

一水印算法管理模块，该模块具有人机交互接口，用于完成水印算法、原始载体信息、水印基本信息各参数的管理；水印算法管理模块中设有原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、水印算法库和档案库；

一水印信息的嵌入模块，该模块利用水印算法，实现将水印信息嵌入到原始载体信息中的功能；

一水印信息的提取和认证功能模块，该模块利用信息管理模块和水印算法管理模块提供的相关信息，实现从用户提交的待认证载体中提取水印信息，并对提取出的水印信息进行鉴别和认证功能；

一登记记录模块，用于对管理者和用户登录信息的管理和认证请求的响应；

一帮助文件模块，用于提供整个系统的帮助信息；

一注册归档模块，用于完成用户的注册，同时对嵌入水印的图像完成归档；

一查询检索模块，用于对注册用户信息、归档图像信息，嵌入、提取信息完成查询和检索；

一输出显示模块，用于对原始图像和嵌入水印的图像进行显示和预览；

所述的信息管理模块分别与用户需求信息模块、登记记录模块、查询检索模块、帮助文件模块、注册归档模块以及水印信息的嵌入模块相连接；其中，用户需求信息模块与水印算法管理模块中的原始图像库和水印图像库连接；查询检索模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库、档案库和水印算法库互联；注册归档模块和登记记录模块分别与水印算法管理模块中的档案库相连；查询检索模块和注册归档模块与输出显示模块相连；

所述的水印信息的嵌入模块分别与水印信息的提取和认证功能模块和注册归档模块连接；

所述的水印信息的提取和认证功能模块与水印算法管理模块中的原始图像库、水印图像库、基本参数库、密钥库和水印算法库相连。

2.如权利要求1所述的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，所述的水印算法管理模块的原始图像库、水印图像库、基本参数库、水印算法库、密钥库、档案库进一步负责管理用户提交的原始图像、水印图像载体数据，管理系统提供的数字水印算法以及各算法中用到的密钥、参数，实现用户查询、图像查询和关联查询功能。

3.如权利要求1或2所述的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，所述的水印算法库，进一步提供多种数字水印算法，包括模糊自适应水印算法、基于小波的水印算法、基于混沌加密的水印算法、分形小波算法，根据不同的载体要求，选择适合的算法实现水印的嵌入。

4.如权利要求1所述的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，所述的水印信息的嵌入模块进一步包括：

1)包含自适应策略机制，该机制分析用户提供的载体信息和水印信息的特征，根据分析的结果，从水印算法库和基本参数库中选择合适的算法和最优的参数，从而实现自适应地调整和选择水印嵌入算法和基本参数；

2)利用中间件技术实现与信息管理模块接口，在脱离编程语言平台的情况下，可运行所有的利用该编程语言实现的水印算法程序。

5.如权利要求1所述的基于数字水印技术的图像版权认证管理系统，其特征在于，所述的水印信息的提取和认证功能模块还进一步包括：

1)与用户界面交互，接收用户的需求信息，调用相关数据库的内容，启动水印提取算法，实现水印信息的提取功能；

2)根据提取出的水印信息，执行版权判决策略，完成认证功能。

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