CN101571945A - 嵌入水印的方法、检测水印的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种嵌入水印的方法，包括对获得初始图像进行下采样得到第一图像，对该第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像，之后计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像，将所述第一差值图像插值成与初始图像尺寸相同的第二差值图像，并将所述第二差值图像与初始图像合成含有所述水印信息的图像。本发明实施例还公开了一种检测水印的方法及对应装置。采用本发明实施例，可利用下采样技术来抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

Description

嵌入水印的方法、检测水印的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种嵌入水印的方法、检测水印的方法及装置。

背景技术

数字水印技术是在多媒体内容中隐藏一些信息，如版权信息(即水印信息中的有效载荷)等。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以确认版权的所有者、购买者等。

作为多媒体内容的一种，图像常常会经历打印扫描(Print-and-Scan，PS)过程，PS过程中，图像除了旋转、缩放和平移(Rotation、Scale and Translation，RST)以及剪切等几何形变会对水印信息的检测产生影响之外，还会有大量的像素级噪声对其产生影响。

现有技术提供了一种嵌入导航信息来实现水印检测的方案，该方案主要利用所嵌入导航信息的周期性，来探知PS信道参数，能够在水印检测时，有效地抵抗PS信道中的全局的几何形变。

由于现有技术只考虑到如何抵抗PS信道中的全局的几何形变问题，并未考虑到像素级噪声对水印信息的检测的影响，例如，当图像本身分辨率为300每英尺网点数(dot per inch，dpi)，而打印机分辨率为600dpi，这时在打印机中图像中一个像素被插值成为2×2的像素矩阵；当图像本身分辨率为100dpi，而打印机分辨率仍为600dpi，这时在打印机中图像中一个像素被插值成为6×6的像素矩阵，而当打印机分辨率固定，图像的分辨率越高，对打印后图像各像素点的干扰越大，这种像素级噪声会使图像中水印信息的检测率低下，甚至完全检测不到其中的水印信息。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种嵌入水印的方法、检测水印的方法及装置，可实现利用下采样技术来抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种嵌入水印的方法，包括：

获得初始图像；

对所述初始图像进行下采样，得到第一图像；

对所述第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像；

计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像；

将所述第一差值图像插值成与所述初始图像尺寸相同的第二差值图像；

将所述第二差值图像与所述初始图像合成含有所述水印信息的图像。

本发明实施例还提供了一种检测水印的方法，包括：

获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的；

对所述待检测图像进行所述源图像所采用的下采样处理，得到第一图像；

对所述第一图像进行水印信息的检测。

相应地，本发明实施例还提供了一种水印嵌入装置，包括：

图像获取单元，获得初始图像；

下采样单元，对所述初始图像进行下采样，得到第一图像；

嵌入单元，对所述第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像；

差值图像计算单元，计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像；

插值单元，将所述第一差值图像插值成与所述初始图像尺寸相同的第二差值图像；

合成单元，将所述第二差值图像与所述初始图像合成含有所述水印信息的图像。

相应地，本发明实施例还提供了一种水印检测装置，包括：

图像获取单元，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的；

下采样单元，对所述待检测图像进行所述源图像所采用的下采样处理，得到第一图像；

水印检测单元，对所述第一图像进行水印信息的检测。

本发明实施例通过对获得初始图像进行下采样得到第一图像，对该第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像，之后计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像，将所述第一差值图像插值成与所述初始图像尺寸相同的第二差值图像，并将所述第二差值图像与所述初始图像合成含有所述水印信息的图像，利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

附图说明

图1是本发明实施例的嵌入水印的方法的主要流程图；

图2是本发明的嵌入水印方法的一种实施例的流程图；

图3是本发明实施例的导航水印信息嵌入位置图；

图4是本发明实施例的检测水印的方法的主要流程图；

图5是本发明的检测水印方法的一种实施例的流程图；

图6是本发明实施例的水印嵌入装置的主要结构图；

图7是本发明的水印嵌入装置的一种实施例的结构图；

图8是本发明实施例的导航水印嵌入单元733的结构图；

图9是本发明实施例的有效水印嵌入单元734的结构图；

图10是本发明实施例的水印检测装置的主要结构图；

图11是本发明的水印检测装置的一种实施例的结构图；

图12是本发明实施例的导航水印检测单元112的结构图；

图13是本发明实施例的水印检测单元116的结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种嵌入水印的方法、检测水印的方法及装置，可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

下面结合附图，对本发明实施例的各方法进行详细说明。

图1是本发明实施例的嵌入水印的方法的主要流程图，参照该图，该方法主要包括：

101，获得初始图像，具体地，该初始图像可以是静止图像，或视频中的视频图像(视频帧)，视频可认为是由一系列视频图像组成的；

102，对所获得的初始图像进行下采样，得到第一图像，具体地，当该初始图像为静止图像时，若对该静止图像进行固定尺寸方式的下采样，会出现尺寸缩放的情况，一般选择对该静止图像进行固定比例方式的下采样；当该初始图像为视频图像时，若对该视频图像进行固定比例方式的下采样，会出现在视频帧的攻击下造成尺寸缩放的情况，一般选择对该视频图像进行固定尺寸方式的下采样；

103，对第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像，具体地，可对上述102下采样得到的第一图像进行分块，得到多个不重合的图像块，将水印信息嵌入到一个或多个图像块中；也可不对第一图像进行分块，将水印信息在第一图像中部分或全部范围进行嵌入；

104，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像，具体地，当103中以分块方式嵌入水印时，则在水印嵌入到某图像块中以后，将所有图像块组合成第二图像，并计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像，如将第一图像与第二图像相减；当103中不以分块方式嵌入水印时，则在水印嵌入到第一图像得到第二图像后，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像即可；

105，将第一差值图像插值成与初始图像尺寸相同的第二差值图像，具体地，可根据102中下采样所采用的方式，将第一差值图像插值成与所获得的初始图像尺寸相同的第二差值图像，例如，当获得的初始图像为静止图像时，102对该静止图像进行固定比例为5倍的下采样得到第一图像，那么此时105则将第一差值图像插值5倍，即可得到与所获得的静止图像尺寸相同的第二差值图像；又如，当获得的初始图像尺寸为256×256视频图像时，102对该视频图像进行固定尺寸为64×64的下采样得到第一图像，那么此时105则将第一差值图像插值成尺寸为256×256的第二差值图像；

106，将第二差值图像与初始图像合成含有所述水印信息的图像，具体地，由于第二差值图像与101中所获得的初始图像尺寸相同，则可将第二差值图像与所获得的初始图像合成最终的图像，如将第二差值图像与所获得的初始图像相加得到最终的图像，该合成的图像含有所述水印信息。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

下面对本发明实施例的嵌入水印的方法进行详细说明。

图2是本发明的嵌入水印方法的一种实施例的流程图，该方法中以静止图像为例进行说明，并可应用于PS之前的图像处理，参照该图，该方法主要包括：

201，获得静止图像；

202，对所获得的静止图像以固定比例方式进行下采样，得到第一图像，具体地，可设置固定比例为10倍；

203，对第一图像进行分块，得到各图像块；

204，获得作为导航水印信息的第一噪声信号，以及以第二噪声信号调制有效载荷(如版权信息等)所得的有效水印信息，具体地，本发明提出了一种导航水印信息，该导航水印信息用于计算图像在传输过程中的几何形变参数以及用于判断是否在图像中存在有水印信息，而有效水印信息中即包含了上述有效载荷(如版权信息等)，所述第一噪声信号采用单个噪声实现(下文中称为第一噪声)，而第二噪声信号采用一组噪声序列来实现(下文中称为第二噪声序列)，但并不仅限于此；另外，有效水印信息可按照如下过程调制：

$\mathrm{wm}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)\×N_i$

其中，wm是调制后的有效水印信息，w(i)是第i位有效载荷，这里的w可以是0、1序列，也可以是-1、1序列，N_i是第二噪声序列中的第i个噪声，这里的需要说明的是，第一噪声信号和第二噪声序列中的信号可采用伪随机噪声，第二噪声序列中的噪声信号两两之间不相关，第一噪声与第二噪声序列中的噪声信号也不相关，以区别导航水印信息和有效水印信息；

205，向不同位置的图像块中嵌入导航水印信息和有效水印信息，具体地，向不同位置的图像块中嵌入导航水印信息可包括如下流程：

A1、对4个不同位置的、待嵌入导航水印信息的图像块进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)，该4个不同位置的图像块可如图3中黑色块所示；需要说明的是，本发明以4个不同位置的图像块进行说明，但本发明其他实施例可采用其他数量的图像块，不仅限于此；

A2、提取A1中4个DCT处理后的图像块的DCT系数，如其中的中高频系数，作为导航水印信息的嵌入域，并修改该DCT系数，使该DCT系数与导航水印信息的相关度大于预设定的第一门限；

A3、对A2修改处理后的DCT系数进行逆DCT变换，得到导航水印信息嵌入处理后的图像块；

具体地，向所述图像块中嵌入有效水印信息可包括如下流程：

B1、对待嵌入有效水印信息的图像块进行DCT变换，具体地，当待嵌入有效水印信息的图像块是上述待嵌入导航水印信息的图像块时，可适当将导航水印信息的嵌入强度设置为高于有效水印信息的嵌入强度，从而保证导航水印信息能够被有效地检测出来，当然，也可以使待嵌入有效水印信息的图像块不为上述待嵌入导航水印信息的图像块；

B2、修改B1中DCT处理后的图像块的DCT系数，使该DCT系数与有效水印信息的相关度大于预设定的第二门限，具体地，该第二门限可与上述第一门限相同或不同；

B3、对B2修改处理后的DCT系数进行逆DCT，得到有效水印信息嵌入处理后的图像块；

206，将205中进行导航水印信息嵌入处理、有效水印信息嵌入处理后的所有图像块组成所述含有所述水印信息(被有效水印信息包含)的第二图像，具体地，可对各图像块进行轮询，若当前图像块为分块所得最后一个图像块时，即可组成第二图像，否则继续进行205的嵌入处理；

207，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像；

208，将第一差值图像插值成与所述静止图像尺寸相同的第二差值图像，具体地，可根据202中下采样所采用的方式，将第一差值图像插值成与所述静止图像尺寸相同的第二差值图像，例如，当获得的图像为静止图像时，202对该静止图像进行固定比例为10倍的下采样得到第一图像，那么此时208则将第一差值图像插值10倍，即可得到与所获得的静止图像尺寸相同的第二差值图像；

209，将第二差值图像与所述静止图像合成含有所述水印信息的图像。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率；根据实验的经验，由于202中采用的下采样固定比例为10倍，能够取得比较高的水印信息的检测率；另外，205中所对不同位置的图像块中嵌入导航水印信息，可为后续的水印信息的检测提供PS过程中局部的几何形变参数，从而进行局部几何形变的恢复，进一步提高水印信息的检测率。

值得说明的是，针对视频图像来说，也可类似地适用上述图2所示本发明实施例的嵌入水印的方法，其区别在于，在202步骤的下采样处理时，所采用的下采样方式为固定尺寸方式，在208中插值处理时，所采用的插值方式于其下采样所采用的固定尺寸方式对应。

相应地，基于上述本发明实施例的嵌入水印的方法，下面对本发明实施例的检测水印的方法进行说明。

图4是本发明实施例的检测水印的方法的主要流程图，参照该图，该方法主要包括：

401，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的，具体地，待检测图像中可能包含有水印信息，而在源图像嵌入水印信息的过程中需要进行下采样处理，即先对源图像进行下采样处理，在对下采样处理所得图像进行水印信息的嵌入处理，而其中下采样处理根据图像性质的不同而不同，当源图像为静止图像时，一般选择对该源图像进行固定比例方式的下采样；当源图像为视频图像时，一般选择对该源图像进行固定尺寸方式的下采样；

402，对待检测图像进行源图像所采用的下采样处理，得到第一图像，具体地，当源图像为静止图像时，一般选择对该待检测图像进行固定比例方式的下采样；当源图像为视频图像时，一般选择对该待检测图像进行固定尺寸方式的下采样；

403，对第一图像进行水印信息的检测。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

下面对本发明实施例的检测水印的方法进行详细说明。

图5是本发明的检测水印方法的一种实施例的流程图，该方法中以源图像是静止图像为例进行说明，并可应用于PS之后的图像处理，参照该图，该方法主要包括：

501，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的，该下采样采用固定比例方式，例如该固定比例可以为10倍；

502，对待检测图像中的导航水印信息进行检测，该导航水印信息为第一噪声信号，而第一噪声信号可具体表现为单噪声(下文称为第一噪声)但不仅限于此，具体可包括如下流程：

C1、采用预先设定的缩放比例对待检测图像进行缩放，该缩放比例根据对含有水印信息图像进行打印或扫描采用的分辨率进行确定，例如，打印机的图像的分辨率为600dpi，扫描仪的分辨率一般有600dpi、300dpi、200dpi、100dpi、75dpi等，因此，相应的缩放比例可为1、1/2、1/3、1/6、1/8等；

C2、以导航水印信息嵌入时采用的图像块尺寸，对C1缩放处理后的待检测图像进行分块，得到该待检测图像的各图像块；

C3、仍如图3所示，以导航水印信息在待检测图像中嵌入的4个图像块位置为中心，确定4个对各不同位置的导航水印信息的搜索范围，具体地，可选择所述图像块尺寸的2倍大小的范围但不仅限于此；

C4、在所述4个搜索范围内，以所述图像块尺寸进行遍历，对该遍历到的该图像块尺寸下每一区域进行DCT，可在搜索范围内以各dpi为起点、以图像块尺寸为面积确定遍历的区域，对所遍历到的各区域进行DCT处理；

C5、判断C4中DCT处理后的每一区域的DCT系数与其对应的导航水印信息的相关度是否大于预设定的第三门限，需要说明的是，一般情况下，为了更好地实现水印信息的检测，在水印信息嵌入过程中所使用的门限要大于水印信息检测过程中所使用的门限，例如，上述步骤A2中的第一门限要大于本步骤C5中的第三门限，上述步骤B2中的第二门限要大于下述步骤D3中的第四门限；

C6、若C5判断为每一区域的DCT系数与其对应的导航水印信息的相关度大于预设定的第一门限时，则判断在各区域中检测到导航水印信息，并根据所述缩放比例下各搜索范围内相关度最大的区域的位置信息，计算待检测图像相对源图像的几何形变参数；另外，当C5判断为每一区域的DCT系数与其对应的导航水印信息的相关度均小于预设定的第一门限时，则表明未检测到导航水印信息，但是，作为一种可选方案，此时仍可根据所述缩放比例下各搜索范围内相关度最大的区域的位置信息，计算待检测图像相对源图像的几何形变参数；

503，根据C6，当检测到导航水印信息时，根据该导航水印信息所嵌入的4个位置信息计算待检测图像相对所述源图像的几何形变参数；

504，根据所述几何形变参数对待检测图像进行所述几何形变的逆向变换，并对该逆向变换处理后的待检测图像进行下采样处理，例如，当几何形变参数表明待检测图像相对源图像顺时针旋转2度，则此时可将待检测图像进行逆时针旋转2度，以恢复局部几何形变之前的图像位置；

505，对504逆向变换处理后的待检测图像进行源图像所采用的下采样处理，得到第一图像，具体地，该下采样采用固定比例方式，该固定比例可以为10倍；

506，对第一图像中的水印信息进行检测，具体地，水印信息以有效水印信息形式存在，该有效水印信息以第二噪声信号调制所述水印信息得到，该第二噪声信号可具体表现为一组噪声序列(下文称为第二噪声序列)但不仅限于此，506可具体包括如下流程：

D1、以有效水印信息嵌入时所采用的图像块尺寸，对第一图像进行分块，得到该第一图像的各图像块，该有效水印信息为以第二噪声信号调制有效载荷得到；

D2、对D1所得各图像块进行DCT；

D3、判断D2的DCT处理后的图像块的DCT系数与所述第二噪声序列的相关度是否大于预设定的第四门限，具体地，该第四门限可与上述第三门限取值相同，并根据判断结果解码出有效载荷的当前比特位，具体地，由于在水印嵌入过程中采用的有效载荷的码不同，则解码出来的有效载荷当前位可根据实际情况有所不同，例如，当水印嵌入过程中采用有效载荷为0、1序列时，若D3判断为所述DCT处理后的图像块的DCT系数与所述第二噪声序列的相关度大于预设定的第四门限，则有效载荷的当前比特位解码为1，否则为0，其他情况(如水印嵌入过程中采用有效载荷为-1、1序列等)类似处理；这里需要说明的是，由于在水印传输过程中可能造成有效载荷的变化，因此，此处解码出的有效载荷当前位可能和嵌入时的原始有效载荷不同。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率；根据实验经验，由于源图像中采用的下采样固定比例为10倍，能够取得比较高的水印信息的检测率；另外，502对导航水印信息的检测，可提供PS过程中局部的几何形变参数，从而进行局部几何形变的恢复，进一步提高水印信息的检测率。

值得说明的是，针对源图像为视频图像，也可类似地适用上述图5所示本发明实施例的检测水印的方法，其区别在于，源图像的下采样方式为固定尺寸方式，在504步骤的下采样处理时，所采用的下采样方式为对应的固定尺寸方式。

相应地，下面对本发明实施例的各装置进行详细说明。

图6是本发明实施例的水印嵌入装置的主要结构图，参照该图，该装置主要包括图像获取单元61、下采样单元62、嵌入单元63、差值图像计算单元64、插值单元65、合成单元66，各单元功能如下述：

图像获取单元61，获得初始图像，具体地，初始图像可以是静止图像，或视频中的视频图像(视频帧)，视频可认为是由一系列视频图像组成的；

下采样单元62，对所获得的初始图像进行下采样，得到第一图像，具体地，当初始图像为静止图像时，若对该静止图像进行固定尺寸方式的下采样，会出现尺寸缩放的情况，一般选择对该静止图像进行固定比例方式的下采样；当初始图像为视频图像时，若对该视频图像进行固定比例方式的下采样，会出现在视频帧的攻击下造成尺寸缩放的情况，一般选择对该视频图像进行固定尺寸方式的下采样；

嵌入单元63，对第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像，具体地，可对上述下采样单元62下采样得到的第一图像进行分块，得到多个不重合的图像块，将水印信息嵌入到一个或多个图像块中；也可不对第一图像进行分块，将水印信息在第一图像中部分或全部范围进行嵌入；

差值图像计算单元64，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像，具体地，当嵌入单元63中以分块方式嵌入水印时，则在水印嵌入到某图像块中以后，将所有图像块组合成第二图像，并计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像；当嵌入单元63中不以分块方式嵌入水印时，则在水印嵌入到第一图像得到第二图像后，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像即可；

插值单元65，将第一差值图像插值成与初始图像尺寸相同的第二差值图像，具体地，可根据下采样单元62中下采样所采用的方式，将第一差值图像插值成与所获得初始图像尺寸相同的第二差值图像，例如，当获得的初始图像为静止图像时，下采样单元62对该静止图像进行固定比例为5倍的下采样得到第一图像，那么此时插值单元65则将第一差值图像插值5倍，即可得到与所获得的静止图像尺寸相同的第二差值图像；又如，当获得的初始图像尺寸为256×256(单位为网点数dot per inch，dpi，下同)视频图像时，下采样单元62对该视频图像进行固定尺寸为64×64的下采样得到第一图像，那么此时插值单元65则将第一差值图像插值成尺寸为256×256的第二差值图像；

合成单元66，将第二差值图像与初始图像合成含有所述水印信息的图像，具体地，由于第二差值图像与图像获取单元61所获得的初始图像尺寸相同，则可将第二差值图像与所获得的初始图像合成最终的图像，该合成的图像含有所述水印信息。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

下面对本发明实施例的水印嵌入装置进行详细说明。

图7是本发明的水印嵌入装置的一种实施例的结构图，该装置以静止图像为例进行说明，并可应用于PS之前的图像处理，参照该图，该装置主要包括：图像获取单元71、下采样单元72、嵌入单元73、差值图像计算单元74、插值单元75、合成单元76，其中，嵌入单元73包括分块单元731、水印信息获取单元732、导航水印嵌入单元733、有效水印嵌入单元734、组成单元735，各单元功能如下述：

图像获取单元71，获得静止图像；

下采样单元72，对所获得的静止图像以固定比例方式进行下采样，得到第一图像，具体地，可设置固定比例为10倍；

分块单元731，对第一图像进行分块，得到各图像块；

水印信息获取单元732，获得作为导航水印信息的第一噪声信号，以及以第二噪声信号调制有效载荷所得的有效水印信息，具体地，本发明提出了一种导航水印信息，该导航水印信息用于计算图像在传输过程中的几何形变参数以及用于判断是否在图像中存在有水印信息，而有效水印信息中即包含了上述有效载荷(如版权信息等)，所述第一噪声信号采用单个噪声实现(下文中称为第一噪声)，而第二噪声信号采用一组噪声序列来实现(下文中称为第二噪声序列)，但并不仅限于此；另外，有效水印信息可按照如下过程调制：

$\mathrm{wm}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)\×N_i$

其中，wm是调制后的有效水印信息，w(i)是第i位有效载荷，这里的w可以是0、1序列，也可以是-1、1序列，N_i是第二噪声序列中的第i个噪声，这里的需要说明的是，第一噪声信号和第二噪声序列中的信号可采用伪随机噪声，第二噪声序列中的噪声信号两两之间不相关，第一噪声与第二噪声序列中的噪声信号也不相关，以区别导航水印信息和有效水印信息；

导航水印嵌入单元733，向不同位置的图像块中嵌入导航水印信息，具体可包括如图8所示的单元结构：

第一离散余弦变换单元81，对4个不同位置的、待嵌入导航水印信息的图像块进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)，该4个不同位置的图像块仍可如图3中黑色块所示；需要说明的是，本发明以4个不同位置的图像块进行说明，但本发明其他实施例可采用其他数量的图像块，不仅限于此；

第一修改单元82，提取第一离散余弦变换单元81DCT处理后的4个图像块的DCT系数，如其中的中高频系数，作为导航水印信息的嵌入域，并修改该DCT系数，使该DCT系数与导航水印信息的相关度大于预设定的第一门限；

第一逆离散余弦变换单元83，对第一修改单元82进行修改处理后的DCT系数进行逆DCT变换，得到导航水印信息嵌入处理后的图像块；

有效水印嵌入单元734，向所述图像块中嵌入有效水印信息，具体可包括如图9所示的单元结构：

第二离散余弦变换单元91，对待嵌入有效水印信息的图像块进行DCT变换，具体地，当待嵌入有效水印信息的图像块是上述待嵌入导航水印信息的图像块时，可适当将导航水印信息的嵌入强度设置为高于有效水印信息的嵌入强度，从而保证导航水印信息能够被有效地检测出来，当然，也可以使待嵌入有效水印信息的图像块不为上述待嵌入导航水印信息的图像块；

第二修改单元92，修改第二离散余弦变换单元91DCT处理后的图像块的DCT系数，使该DCT系数与有效水印信息的相关度大于预设定的第二门限，具体地，该第二门限可与上述第一门限相同或不同；

第二逆离散余弦变换单元93，对第二修改单元进行修改处理后的DCT系数进行逆DCT，得到有效水印信息嵌入处理后的图像块；

组成单元735，将导航水印嵌入单元733、有效水印嵌入单元734处理后的所有图像块组成所述含有所述水印信息(被有效水印信息包含)的第二图像，具体地，可对各图像块进行轮询，若当前图像块为分块所得最后一个图像块时，即可组成第二图像，否则继续进行导航水印嵌入单元733、有效水印嵌入单元734的嵌入处理；

差值图像计算单元74，计算得到第一图像与第二图像的第一差值图像；

插值单元75，将第一差值图像插值成与所述静止图像尺寸相同的第二差值图像，具体地，可根据下采样单元72下采样所采用的方式，将第一差值图像插值成与所述静止图像尺寸相同的第二差值图像，例如，当获得的图像为静止图像时，下采样单元72对该静止图像进行固定比例为10倍的下采样得到第一图像，那么此时插值单元75则将第一差值图像插值10倍，即可得到与所获得的静止图像尺寸相同的第二差值图像；

合成单元76，将第二差值图像与所述静止图像合成含有所述水印信息的图像。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率；根据实验的经验，由于下采样单元72采用的下采样固定比例为10倍，能够取得比较高的水印信息的检测率；另外，导航水印嵌入单元733所对不同位置的图像块中嵌入导航水印信息，可为后续的水印信息的检测提供PS过程中局部的几何形变参数，从而进行局部几何形变的恢复，进一步提高水印信息的检测率。

值得说明的是，针对视频图像来说，也可类似地适用上述图2所示本发明实施例的水印嵌入装置，其区别在于，在下采样单元72下采样处理时，所采用的下采样方式为固定尺寸方式，在插值单元75中插值处理时，所采用的插值方式与其下采样所采用的固定尺寸方式对应。

相应地，基于上述本发明实施例的水印嵌入装置，下面对本发明实施例的水印检测装置进行说明。

图10是本发明实施例的水印检测装置的主要结构图，参照该图，该装置主要包括图像获取单元101、下采样单元102、水印检测单元103，各单元功能如下述：

图像获取单元101，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的，具体地，待检测图像中可能包含有水印信息，而在源图像嵌入水印信息的过程中需要进行下采样处理，即先对源图像进行下采样处理，在对下采样处理所得图像进行水印信息的嵌入处理，而其中下采样处理根据图像性质的不同而不同，当源图像为静止图像时，一般选择对该源图像进行固定比例方式的下采样；当源图像为视频图像时，一般选择对该源图像进行固定尺寸方式的下采样；

下采样单元102，对待检测图像进行源图像所采用的下采样处理，得到第一图像，具体地，当源图像为静止图像时，一般选择对该待检测图像进行固定比例方式的下采样；当源图像为视频图像时，一般选择对该待检测图像进行固定尺寸方式的下采样；

水印检测单元103，对第一图像进行水印信息的检测。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率。

下面对本发明实施例的水印检测装置进行详细说明。

图11是本发明的水印检测装置的一种实施例的结构图，该装置以源图像是静止图像为例进行说明，并可应用于PS之后的图像处理，参照该图，该装置主要包括：图像获取单元111、导航水印检测单元112、几何形变参数计算单元113、逆向变换单元114、下采样单元115、水印检测单元116，各单元功能如下述：

图像获取单元111，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的，该下采样采用固定比例方式，例如该固定比例可以为10倍；

导航水印检测单元112，对待检测图像中的导航水印信息进行检测，该导航水印信息为第一噪声信号，而第一噪声信号可具体表现为单噪声(下文称为第一噪声)但不仅限于此，具体可包括如图12所示的单元结构：

缩放单元121，采用预先设定的缩放比例对待检测图像进行缩放，该缩放比例根据对含有水印信息图像进行打印、扫描分别采用的分辨率进行确定，例如，打印机的图像的分辨率为600dpi，扫描仪的分辨率一般有600dpi、300dpi、200dpi、100dpi、75dpi等，因此，相应的缩放比例可为1、1/2、1/3、1/6、1/8等；

第一分块单元122，以导航水印嵌入时采用的图像块尺寸，对缩放单元121缩放处理后的待检测图像进行分块，得到该待检测图像的各图像块；

搜索范围确定单元123，仍如图3所示，以导航水印信息在待检测图像中嵌入的4个图像块位置为中心，确定4个对各不同位置的导航水印信息的搜索范围，具体地，可选择所述图像块尺寸的2倍大小的范围但不仅限于此；

遍历单元124，在所述4个搜索范围内，以所述图像块尺寸进行遍历，对该遍历到的该图像块尺寸下每一区域进行DCT，可在搜索范围内以各dpi为起点、以图像块尺寸为面积确定遍历的区域，对所遍历到的各区域进行DCT处理；

第一判断单元125，判断遍历单元124DCT处理后的每一区域的DCT系数与其对应的导航水印信息的相关度是否大于预设定的第三门限，若是，则判断在各区域中检测到导航水印信息，并通知几何形变参数计算单元113根据所述缩放比例下各搜索范围内相关度最大的区域的位置信息，计算待检测图像相对源图像的几何形变参数；另外，当第一判断单元125判断为每一区域的DCT系数与其对应的导航水印信息的相关度均小于预设定的第三门限时，则表明未检测到导航水印信息，但是，作为一种可选方案，此时仍可通知几何形变参数计算单元113根据所述缩放比例下各搜索范围内相关度最大的区域的位置信息，计算待检测图像相对源图像的几何形变参数，需要说明的是，一般情况下，为了更好地实现水印信息的检测，在水印信息嵌入装置中所使用的门限要大于水印信息检测装置中所使用的门限，例如，上述导航水印嵌入单元733中第一修改单元82中描述的第一门限要大于本第一判断单元125中描述的第三门限，上述有效水印嵌入单元734中第二修改单元92中描述的的第二门限要大于下述水印检测单元116中第二判断单元133中描述的第四门限；

几何形变参数计算单元113，根据第一判断单元的通知，当检测到导航水印信息时，根据该导航水印信息所嵌入的4个位置信息计算待检测图像相对所述源图像的几何形变参数；

逆向变换单元114，根据所述几何形变参数对待检测图像进行所述几何形变的逆向变换，并通知下采样单元115对该逆向变换处理后的待检测图像进行下采样处理，例如，当几何形变参数表明待检测图像相对源图像顺时针旋转2度，则此时可将待检测图像进行逆时针旋转2度，以恢复局部几何形变之前的图像位置；

下采样单元115，对逆向变换单元114逆向变换处理后的待检测图像进行源图像所采用的下采样处理，得到第一图像，具体地，该下采样可以采用固定比例方式，例如该固定比例可以为10倍；

水印检测单元116，对第一图像下采样后得到的第一图像进行水印信息的检测，具体地，可具体包括如图13所示的单元结构：

第二分块单元131，以有效水印信息嵌入时采用的图像块尺寸，对第一图像进行分块，得到该第一图像的各图像块，其中，有效水印信息为以第二噪声信号调制有效载荷得到；

离散余弦变换单元132，对第二分块单元131所得各图像块进行DCT；

第二判断单元133，判断离散余弦变换单元132DCT处理后的图像块的DCT系数与所述第二噪声序列的相关度是否大于预设定的第四门限，具体地，该第四门限可与上述第三门限取值相同，并根据判断结果解码出有效载荷的当前比特位，具体地，由于在水印嵌入过程中采用的有效载荷的码不同，则解码出来的有效载荷当前位可根据实际情况有所不同，例如，当水印嵌入过程中采用有效载荷为0、1序列时，若判断为所述DCT处理后的图像块的DCT系数与所述第二噪声序列的相关度大于预设定的第四门限，则有效载荷的当前比特位解码为1，否则为0，其他情况(如水印嵌入过程中采用有效载荷为-1、1序列等)类似处理；这里需要说明的是，由于在水印传输过程中可能造成有效载荷的变化，因此，此处解码出的有效载荷当前位可能和嵌入时的原始的有效载荷不同。

实施本实施例可实现利用下采样技术可在分辨率较低的情况下嵌入水印信息，减小打印过程对图像各像素点干扰，以抵抗像素级噪声对图像中水印信息检测的影响，大大提高了水印信息的检测率；根据实验经验，由于源图像中采用的下采样固定比例为10倍，能够取得比较高的水印信息的检测率；另外，导航水印检测单元112对导航水印信息的检测，可提供PS过程中局部的几何形变参数，从而进行局部几何形变的恢复，进一步提高水印信息的检测率。

值得说明的是，针对源图像为视频图像，也可类似地适用上述图11所示本发明实施例的水印检测装置，其区别在于，源图像的下采样方式为固定尺寸方式，在下采样单元115的下采样处理时，所采用的下采样方式为对应的固定尺寸方式。

另外，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-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (24)

1、一种嵌入水印的方法，其特征在于，包括：

获得初始图像；

对所述初始图像进行下采样，得到第一图像；

对所述第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像；

计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像；

将所述第一差值图像插值成与所述初始图像尺寸相同的第二差值图像；

将所述第二差值图像与所述初始图像合成含有所述水印信息的图像。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像包括：

对所述第一图像进行分块，得到各图像块；

获得作为导航水印信息的第一噪声信号，以及以第二噪声信号调制有效载荷所得的有效水印信息；

向所述不同位置的图像块中嵌入导航水印信息；

向所述图像块中嵌入所述有效水印信息；

将嵌入所述导航水印信息、有效水印信息的图像块和未嵌入所述导航水印信息、有效水印信息的图像块组成所述第二图像。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述向所述不同位置的图像块中嵌入导航水印信息包括：

对所述待嵌入所述导航水印信息的不同位置的图像块进行离散余弦变换；

修改所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数，使该离散余弦变换系数与所述导航水印信息的相关度大于预设定的第一门限；

对所述修改处理后的离散余弦变换系数进行逆离散余弦变换，得到嵌入导航水印信息后的图像块。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述向所述图像块中嵌入所述有效水印信息包括：

对所述待嵌入所述有效水印信息的图像块进行离散余弦变换；

修改所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数，使该离散余弦变换系数与所述有效水印信息的相关度大于预设定的第二门限；

对所述修改处理后的离散余弦变换系数进行逆离散余弦变换，得到所述有效水印信息嵌入处理后的图像块。

5、如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一噪声信号是单噪声，所述第二噪声信号是一组噪声序列。

6、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像为静止图像，所述下采样方式为固定比例方式；或者，

所述图像为视频图像，所述下采样方式为固定尺寸方式。

7、一种检测水印的方法，其特征在于，包括：

获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的；

对所述待检测图像进行所述下采样处理，得到第一图像；

对所述第一图像进行水印信息的检测。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

对所述待检测图像中的导航水印信息进行检测，该导航水印信息为第一噪声信号；

当检测到所述导航水印信息时，根据该导航水印信息所嵌入的位置信息计算所述待检测图像相对所述源图像的几何形变参数；

根据所述几何形变参数对所述待检测图像进行所述几何形变的逆向变换，并对该逆向变换处理后的待检测图像进行所述下采样处理。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述待检测图像中的导航水印信息进行检测包括：

采用预先设定的缩放比例对所述待检测图像进行缩放；

以所述导航水印信息嵌入时采用的图像块尺寸，对所述缩放处理后的待检测图像进行分块，得到该待检测图像的各图像块；

以所述导航水印信息在所述待检测图像中嵌入的图像块位置为中心，确定对所述各不同位置的导航水印信息的搜索范围；

在所述各搜索范围内，以所述图像块尺寸进行遍历，对该遍历到的该图像块尺寸下每一区域进行离散余弦变换；

判断所述离散余弦变换处理后的每一区域的离散余弦变换系数与其对应的导航水印信息的相关度是否大于预设定的第三门限，

若是，则检测到所述导航水印信息，并根据所述缩放比例下各搜索范围内所述相关度最大的区域的位置信息，计算所述几何形变参数。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述缩放比例根据对含有水印信息图像进行打印和扫描采用的分辨率进行确定。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一噪声信号是单噪声。

12、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述第一图像中的水印信息进行检测包括：

以有效水印信息嵌入时采用的图像块尺寸，对所述第一图像进行分块，得到该第一图像的各图像块，该有效水印信息为以第二噪声信号调制有效载荷得到；

对所述各图像块进行离散余弦变换；

判断所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数与所述第二噪声信号的相关度是否大于预设定的第四门限，并根据判断结果解码出有效载荷的当前比特位。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二噪声信号是一组噪声序列。

14、如权利要求7至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像为静止图像，所述下采样方式为固定比例方式；或者，

所述图像为视频图像，所述下采样方式为固定尺寸方式。

15、一种水印嵌入装置，其特征在于，包括：

图像获取单元，获得初始图像；

下采样单元，对所述初始图像进行下采样，得到第一图像；

嵌入单元，对所述第一图像进行水印信息的嵌入处理，得到含有所述水印信息的第二图像；

差值图像计算单元，计算得到所述第一图像与第二图像的第一差值图像；

插值单元，将所述第一差值图像插值成与所述初始图像尺寸相同的第二差值图像；

合成单元，将所述第二差值图像与所述初始图像合成含有所述水印信息的图像。

16、如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述嵌入单元包括：

分块单元，对所述第一图像进行分块，得到各图像块；

水印信息获取单元，获得作为导航水印信息的第一噪声信号，以及以第二噪声信号调制有效载荷所得的有效水印信息；

导航水印嵌入单元，向所述不同位置的图像块中嵌入导航水印信息；

有效水印嵌入单元，向所述图像块中嵌入所述有效水印信息；

组成单元，将所述导航水印嵌入单元、有效水印嵌入单元嵌入处理后的所有图像块组成所述第二图像。

17、如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述导航水印嵌入单元包括：

第一离散余弦变换单元，对所述待嵌入所述导航水印信息的不同位置的图像块进行离散余弦变换；

第一修改单元，修改所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数，使该离散余弦变换系数与所述导航水印信息的相关度大于预设定的第一门限；

第一逆离散余弦变换单元，对所述修改处理后的离散余弦变换系数进行逆离散余弦变换，得到所述导航水印信息嵌入处理后的图像块。

18、如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述有效水印嵌入单元包括：

第二离散余弦变换单元，对所述待嵌入所述有效水印信息的图像块进行离散余弦变换；

第二修改单元，修改所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数，使该离散余弦变换系数与所述有效水印信息的相关度大于预设定的第二门限；

第二逆离散余弦变换单元，对所述修改处理后的离散余弦变换系数进行逆离散余弦变换，得到所述有效水印信息嵌入处理后的图像块。

19、如权利要求15至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像为静止图像，所述下采样方式为固定比例方式；或者，

所述图像为视频图像，所述下采样方式为固定尺寸方式。

20、一种水印检测装置，其特征在于，包括：

图像获取单元，获得待检测图像，该待检测图像是由源图像进行下采样处理产生的；

下采样单元，对所述待检测图像进行所述源图像所采用的下采样处理，得到第一图像；

水印检测单元，对所述第一图像进行水印信息的检测。

21、如权利要求20所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

导航水印检测单元，对所述待检测图像中的导航水印信息进行检测，该航水印信息为第一噪声信号；

几何形变参数计算单元，当所述导航水印检测单元检测到所述导航水印信息时，根据该导航水印信息所嵌入的位置信息计算所述待检测图像相对所述源图像的几何形变参数；

逆向变换单元，根据所述几何形变参数对所述待检测图像进行所述几何形变的逆向变换，并通知所述下采样单元对该逆向变换处理后的待检测图像进行所述下采样处理。

22、如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述导航水印检测单元包括：

缩放单元，采用预先设定的缩放比例对所述待检测图像进行缩放；

第一分块单元，对所述缩放处理后的待检测图像以所述导航水印信息嵌入时所采用的图像块尺寸进行分块，得到该待检测图像的各图像块；

搜索范围确定单元，以所述导航水印信息在所述待检测图像中嵌入的图像块位置为中心，确定对所述各不同位置的导航水印信息的搜索范围；

遍历单元，在所述各搜索范围内，以所述图像块尺寸进行遍历，对该遍历到的该图像块尺寸下每一区域进行离散余弦变换；

第一判断单元，判断所述离散余弦变换处理后的每一区域的离散余弦变换系数与其对应的导航水印信息的相关度是否大于预设定的第三门限，若是，则通知所述几何形变参数计算单元根据所述缩放比例下各搜索范围内所述相关度最大的区域的位置信息，计算所述几何形变参数。

23、如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述水印检测单元包括：

第二分块单元，以有效载荷嵌入时采用的图像块尺寸，对所述第一图像进行分块，得到该第一图像的各图像块，该有效水印信息为以第二噪声信号调制有效载荷得到；

离散余弦变换单元，对所述各图像块进行离散余弦变换；

第二判断单元，判断所述离散余弦变换处理后的图像块的离散余弦变换系数与所述第二噪声信号的相关度是否大于预设定的第四门限，并根据判断结果解码出有效载荷的当前比特位。

24、如权利要求20至23中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像为静止图像，所述下采样方式为固定比例方式；或者，

所述图像为视频图像，所述下采样方式为固定尺寸方式。

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