CN101923700B - 一种双效数字水印方法 - Google Patents

一种双效数字水印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101923700B
CN101923700B CN2010102274690A CN201010227469A CN101923700B CN 101923700 B CN101923700 B CN 101923700B CN 2010102274690 A CN2010102274690 A CN 2010102274690A CN 201010227469 A CN201010227469 A CN 201010227469A CN 101923700 B CN101923700 B CN 101923700B
Authority
CN
China
Prior art keywords
watermark
embedded
information
image
evidence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010102274690A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101923700A (zh
Inventor
陈丽萍
黄榕宁
孔祥增
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Normal University
Original Assignee
Fujian Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Normal University filed Critical Fujian Normal University
Priority to CN2010102274690A priority Critical patent/CN101923700B/zh
Publication of CN101923700A publication Critical patent/CN101923700A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101923700B publication Critical patent/CN101923700B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Editing Of Facsimile Originals (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种双效数字水印方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将原图像进行8×8分块,并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；2)对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
,通过人为的调整系数
Figure 460958DEST_PATH_IMAGE004
,水印序列重复嵌入n次；4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像；本发明能巧妙地实现一次性嵌入双效水印，使得实验结果不仅具有很强的鲁棒性并且能准确地定位篡改发生的位置，具有鲁棒性和脆弱性两种功能。

Description

一种双效数字水印方法
技术领域
本发明涉及一种双效数字水印方法。
背景技术
随着信息社会的发展，互联网提供了海量的图像、视频和音频等各种形式的数字媒体信息数据。互联网在提供方便服务的同时，一些未获得相应媒体认证的用户通过互联网轻易的获得数字媒体，稍加修改后就给自己使用，如何来维护原创者的版权问题，如何来定位原的信息是否被篡改，数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。数字水印按功能可分为版权保护水印和认证水印，前者通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者保护合法的版权，在发生版权纠纷时，创建者或所有者的信息用于标示数据的版权所有者，主要为鲁棒水印，用于版权保护的数字水印要求有非常强的鲁棒性，除了要求能抵抗一般的图像处理(如：滤波、加噪声、替换、压缩等)外，还必须能抵抗一些恶意攻击如剪切和篡改;而后者进行内容完整性认证来判断载体是否被篡改等目的，即用于多媒体内容真实性鉴定的水印，这种水印同样是在数据内容中嵌入信息，内容发生改变时，水印信息会发生一定程度的改变，因而能够鉴定原始数据是否被篡改。主要为脆弱以及半脆弱水印。它要求有比较强的敏感性，又要能将失真情况检测出来。
发明内容
本发明的目的是提供一种双效数字水印方法，其能巧妙地实现一次性嵌入双效水印，使得实验结果不仅具有很强的鲁棒性并且能准确地定位篡改发生的位置，具有鲁棒性和脆弱性两种功能。
本发明是这样实现的：一种双效数字水印方法，其特征在于：包括以下步骤：
 1)将原图像进行                                                分块, 并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；
2)对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；
3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数
Figure 587788DEST_PATH_IMAGE002
,通过人为的调整系数,水印序列重复嵌入n次：          
4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像。
本发明实现在一次水印嵌入时有携带两类水印信息，利用嵌入系数之间的定量分析能提取脆弱水印，并能准确定位篡改的区域；而利用嵌入系数之间的定性分析可以提取鲁棒水印，在经过基于证据理论的水印证据的融合后能够有效得抵抗噪声，JPEG压缩，剪切，模糊，替换、恶意窜改等各种攻击。本发明不仅有很强的鲁棒性并且能准确地定位窜改发生的位置，是一个安全且有效的双效数字水印。
说明书附图
图1是本发明的流程图示意图。
具体实施方式
在介绍本发明的具体实施例前，要说明的是，我们在MATLAB 7．0仿真实验平台下，选择标准测试图像lena(512x512，8位灰度级)作为原始图像，以说明本文算法的有效性。水印的图像水印为32x32的二值小图标，，纠错码为BCH码 (31,21) 。假设原水印为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，提取出来的鲁棒水印为
Figure 49042DEST_PATH_IMAGE004
,其相关系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
     
下面给出本发明详细的叙述。
为了便于其他领域的技术人员能很好的理解本发明，这里我们介绍下证据理论和基于纠错失真度与证据理论的数据融合方法：
证据理论：
在证据的积累过程中，决策者需要充分地利用冗余信息进行信息的融合。证据指的是人们分析命题，判定基本可信的数分配的依据，这种依据通常来自事物的属性，与客观环境，还包括人们的经验、知识和对该问题所作的观察和研究。证据源的不确定的性质必然导致信息融合的困难，而Dempster-Shafer 理论是一套基于“证据”和“组合”来处理不确定性推理问题的数学方法。该理论对不确定性的度量贴近于人们的思维习惯，利用上、下限概率来解决多值映射问题，并把证据的信任函数与概率的上下值相联系，构造了一种不确定推理的模型框架。对于问题域中任何命题A都应包含于幂集中，并在幂集上定义了基本置信指派函数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
满足和
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。其中，使得m(A)>0的A称为焦元。
在识别框架
Figure 884646DEST_PATH_IMAGE006
上基于基本概率分配的m的信任函数Bel定义为：
Figure 775242DEST_PATH_IMAGE010
                                                                          
自多个信息源的证据经过处理后得到各个证据的基本概率分配函数和可信度，进行DS数据融合就依据以下合成规则：
对于"
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 165772DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 305766DEST_PATH_IMAGE006
上的两个m函数m1, m2的Dempster合成规则为：
Figure 479259DEST_PATH_IMAGE012
            
其中， K为归一化常数
Figure DEST_PATH_IMAGE013
基于纠错失真度与证据理论的数据融合方法：
使用DS方法融合信息的基本思想是，如果把来自多个信息源的证据进行预处理，然后计算各个证据的基本概率分配函数和可信度，再根据Dempster的合成规则计算所有证据联合作用下的基本概率分配函数和可信度最后按照一定的判决规则选择可信度最大的假设作为融合结果。本文利用纠错码的纠错冗余信息将待融合的水印信息从图像的不同位置提取出来，通过纠错码进行计算它的失真度来确定融合时的可信度。
最常见的信道编码有汉明码，BCH码，卷积码，Turbo码等。本文采用BCH[n k]码, 其中总的码长为n, 信息位长度为 k, 纠错码能够检错或纠错，主要是靠码字之间有较大的差别。这可用码字之间的汉明距离 d(x，y)来衡量。它的定义为码字x与y之间的对应位取不同值的码元个数。一种纠错码的最小距离 d定义为该种码中任两个码字之间的距离的最小值。一个最小距离为 d的码字最多能检出
Figure 83415DEST_PATH_IMAGE014
位错误如果 d是偶数,它最多能检查出 d/2 位错误。这样在水印信道中我们所隐藏的水印信息如果遭到各种攻击影响，我们就可以检测出它的错误位数，并可以用错误位数的大小来大致估计出水印受到攻击的损坏程度。水印证据 
Figure DEST_PATH_IMAGE015
 经过纠错解码后变成
Figure 113688DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
 ，它的失真度可以表示为，我们可以根据纠错结果来判其错误位数e,那么这个水印证据的失真度一定程度中就能表示为：
Figure 740979DEST_PATH_IMAGE018
 ，此时，若e=0表示没有失真。
  一般地，在实际的融合系统中，仅靠单一的融台方法难以取得非常理想的效果．故多种融台方法的分工和互补是很自然的选择。证据权重系数除了取决于该证据本身的可靠性，还要兼故该证据与其他证据的冲突程度. 所以, 在对几个证据赋权重时, 首先要求得第i个与第j个证据的距离dij：每个从水印图像中提取的水印的信息证据 
Figure 983741DEST_PATH_IMAGE015
 
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是一种m位长的向量. 为了衡量水印证据之间的冲突程度，我们定义任两个水印证据之间的距离为：  
当然两个水印证据之间的距离越小表明两个证据水印的冲突越小，则它们越相似。所以它们之间的相似度为
Figure 581262DEST_PATH_IMAGE021
 可以转换:
Figure 695848DEST_PATH_IMAGE022
Figure 476722DEST_PATH_IMAGE023
         
反映了水印证据  和 之间的相似度.由此我们可以得到每一个水印证据之间的可信度为：
Figure 498271DEST_PATH_IMAGE025
。
了解完上述的理论，请参照图1，我们下面具体介绍下本发明的方法：
水印的嵌入过程：
第一步：原图像进行分块, 并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；
第二步：对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；
第三步：得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数
Figure 453774DEST_PATH_IMAGE002
,通过人为的调整系数
Figure 465593DEST_PATH_IMAGE002
,水印序列重复嵌入 n次：
Figure 289192DEST_PATH_IMAGE026
当待嵌入的水印为1时，系统程序判断如下：
Figure 902893DEST_PATH_IMAGE027
        
同时当待嵌入的水印为0时，系统程序判断如下：
Figure 97332DEST_PATH_IMAGE028
          
此时，水印一经嵌入，通过定性检测
Figure 673806DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 600174DEST_PATH_IMAGE030
的大小关系就能得到一个鲁棒水印，通过定量检测
Figure 680126DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 299326DEST_PATH_IMAGE030
两个系数的差值就能检测或定位原图像是否被篡改，就能得到一种双效水印的效果。 
第四步：水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像。
水印的提取过程：
提取的过程中的水印并不需要原始图像。我们利用上述的密钥和嵌入的秘密位置来查找水印。提取的过程中的水印是描述如下：
第一步：待检测的水印图像进行
Figure 97518DEST_PATH_IMAGE001
分块, 并对每个分块进行DCT变换
第二步：根据水印嵌入的秘密位置，寻找每一个分块中相应DCT系数之间的关系，提取水印来检测图像哪些块遭到篡改，设定阈值
Figure 827576DEST_PATH_IMAGE031
，检测的公式如下：
Figure 762034DEST_PATH_IMAGE032
 ，若检测的公式成立，则说明相应的块受到篡改；
第三步：根据两个系数之间的定性关系来检测鲁棒水印证据
Figure 552136DEST_PATH_IMAGE033
  ；
第四步：每个提取的水印进行纠错码解码，得到待融合的水印证据及每一个水印证据分组的失真度；
第五步：根据水印分组的失真程度以及水印分组之间的可信程度
Figure 105794DEST_PATH_IMAGE035
进行水印的融合
            
此时 
Figure 590182DEST_PATH_IMAGE037
 并且需满足
Figure 97386DEST_PATH_IMAGE038
,并且当
Figure 700406DEST_PATH_IMAGE039
=0或者 
Figure 343877DEST_PATH_IMAGE040
时有
第六步：对于数据融合后的水印序列进行量化，并利用密钥得到水印信息，
Figure 470282DEST_PATH_IMAGE042
     
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种双效数字水印方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将原图像进行                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
分块, 并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；
2)对要嵌入的水印信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；
3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
,通过人为的调整系数
Figure 892232DEST_PATH_IMAGE004
,水印序列重复嵌入n次：          
4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像；
所述的水印一经嵌入，通过定性检测
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
的大小关系就能得到一个鲁棒水印，通过定量检测
Figure 349758DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 164131DEST_PATH_IMAGE008
两个系数的差值就能检测或定位原图像是否被篡改，就能得到一种双效水印的效果。
2. 根据权利要求1所述的双效数字水印方法，其特征在于：进一步包括以下水印提取步骤：
1）待检测的水印图像进行
Figure 48910DEST_PATH_IMAGE002
分块, 并对每个分块进行DCT变换；
2）根据水印嵌入的秘密位置，该位置由嵌入过程的伪随机序列决定，寻找每一个分块中相应DCT系数之间的关系，提取水印来检测图像哪些块遭到篡改，设定阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，检测的公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，若检测的公式成立，则说明相应的块受到篡改；
  3）根据两个系数之间的定性关系来检测鲁棒水印证据；
  4）每个提取的水印进行纠错码解码，得到待融合的水印证据及每一个水印证据分组的失真度；
  5）根据水印分组的失真程度
Figure DEST_PATH_IMAGE014
以及水印分组之间的可信程度
Figure DEST_PATH_IMAGE016
进行水印的融合；
     6）对于数据融合后的水印序列进行量化，并利用所述密钥得到水印信息；
   其中在进行水印嵌入时，当待嵌入的水印为1时，系统程序判断如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE020
        
同时当待嵌入的水印为0时，系统程序判断如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
。
CN2010102274690A 2010-07-15 2010-07-15 一种双效数字水印方法 Expired - Fee Related CN101923700B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102274690A CN101923700B (zh) 2010-07-15 2010-07-15 一种双效数字水印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102274690A CN101923700B (zh) 2010-07-15 2010-07-15 一种双效数字水印方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101923700A CN101923700A (zh) 2010-12-22
CN101923700B true CN101923700B (zh) 2012-01-11

Family

ID=43338611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102274690A Expired - Fee Related CN101923700B (zh) 2010-07-15 2010-07-15 一种双效数字水印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101923700B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102096894B (zh) * 2010-12-30 2012-10-03 浙江工商大学 一种实现篡改区域精确定位的图像脆弱水印算法
CN102122385B (zh) * 2011-02-28 2012-02-29 北京工业大学 一种能同时抵抗多种攻击的数字水印方法
CN102890814B (zh) * 2012-11-06 2014-12-10 中国科学院自动化研究所 水印的嵌入和提取方法
CN103246893B (zh) * 2013-03-20 2016-08-24 西交利物浦大学 基于拒识的随机子空间的ecoc编码分类方法
CN107169395A (zh) * 2017-06-20 2017-09-15 重庆大学 一种更加安全的qr码生成及读取方法
CN111415288B (zh) * 2019-01-08 2023-04-21 阿里巴巴集团控股有限公司 数字水印嵌入、检测方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1396569A (zh) * 2001-07-13 2003-02-12 佳程防伪科技(深圳)有限公司 一种用于向数字图像信号加入和提取数字水印的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101923700A (zh) 2010-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101923700B (zh) 一种双效数字水印方法
Chen et al. A fuzzy c-means clustering-based fragile watermarking scheme for image authentication
US8127137B2 (en) Watermark payload encryption for media including multiple watermarks
Satir et al. A compression-based text steganography method
Chang et al. A secure fragile watermarking scheme based on chaos-and-hamming code
Yuan et al. Multiscale fragile watermarking based on the Gaussian mixture model
Li et al. Tamper detection and self-recovery of biometric images using salient region-based authentication watermarking scheme
CN103761459B (zh) 一种文档多重数字水印嵌入、提取方法及装置
Hadmi et al. Perceptual image hashing
EP1908007B1 (en) Image watermarking
Hussan et al. Hash-based image watermarking technique for tamper detection and localization
KR20140140928A (ko) 워터마크 삽입 방법, 장치 및 시스템, 워터마크 검출 방법 및 장치, 및 디지털 문서 보호 시스템
Zamani et al. An artificial-intelligence-based approach for audio steganography
Giakoumaki et al. Multiple digital watermarking applied to medical imaging
JP2007110301A (ja) 画像印刷装置、判定装置および印刷物
CN114078071A (zh) 图像溯源方法、装置及介质
CN116703427A (zh) 一种点阵码和数字水印结合的防伪溯源方法
CN103258314A (zh) 一种隐形编码嵌入和检测的方法
CN105208462B (zh) 视频数字水印处理方法及执行该方法的视频数字水印系统
Liu et al. Stego key recovery method for F5 steganography with matrix encoding
Banerjee Text steganography using article mapping technique (AMT) and SSCE
KR20140091081A (ko) 워터마킹 생성과 삽입 및 검출 기법
CN101799869B (zh) 一种隐形编码检测方法
CN105787307B (zh) 一种基于文本的数字水印算法分层模型系统
Avila-Domenech et al. Dual watermarking for handwritten document image authentication and copyright protection for JPEG compression attacks

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120111

Termination date: 20120715