CN102945542A

CN102945542A - 一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法

Info

Publication number: CN102945542A
Application number: CN 201210443250
Authority: CN
Inventors: 崔得龙; 左敬龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-02-27

Abstract

一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，属于信息安全领域。在水印嵌入端由用户定义感兴趣区域并生成水印信息和HASH码，利用加密技术对水印信息进行保护，水印信息嵌入到图像背景区域的小波分解系数中。在接收端，通过比较感兴趣区域hash码和水印重建来进行双重认证。实验结果表明，本方法具有较强的抗各种攻击的能力，同时还能够精确定位被篡改区域。本发明可用于远程医疗、遥感等图像的感兴趣区域认证和篡改检测。

Description

一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法

技术领域

本发明涉及一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，可实现感兴趣区域认证和被篡改区域定位，属于信息安全领域。

背景技术

数字水印技术是信息隐藏技术在多媒体领域的一个重要应用，也是信息隐藏技术研究领域的一个重要分支。数字水印技术作为一种新型的信息隐藏技术受到了越来越多的重视，已经成为了多媒体信息安全领域的研究热点。数字水印的概念最早出现在1994年的图像处理会议(ICIP’94)上，Van Schyndel在会议上发表了题为“A digital watermark”的论文，它是第一篇在国际会议上发表的关于数字水印的论文。

在现代通信技术中，图像作为信息含量最丰富的载体，具有不可替代的作用。在实际应用中，对于观察者来说，往往只对图像的一部分感兴趣，例如通信中人物头像的视觉敏感区，医学图像中的病理区域等，这些区域统称为“感兴趣区域”(Regions of Interesting，简称ROI)。把感兴趣以外的区域称为“背景区域”(Regions of Background，简称ROB)。从主观上来讲，感兴趣区域图像质量的好坏直接影响对图像的整体评价。因此，人们可以在基于感兴趣区域的基础上对图像进行编码，这样既可以满足人们对图像的要求，又能降低传输时间，节省存储空间。例如，在极低比特图像压缩中，对图像的感兴趣区分配较多的比特以保证感兴趣区的恢复质量，而相应的背景区分配较少的比特。这样，即使背景区出现模糊，仍有可能获得较好的主观质量图像。还可以指定图片上的感兴趣区域，然后在压缩时对这些区域指定压缩质量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。目前，感兴趣区域图像编码是人们对图像编码算法除性能外在功能上的一个要求，是更高层次的要求。

SCHNEIDER M提出了图像关键属性抽象的概念，指出理想的图像认证方法应该以图像关键属性作为水印，保护的对象是图像的内容而非形式。但目前的数字水印算法基本都是对图像的整体特征操作，在图像纹理丰富区域嵌入大量高强度水印，在平坦区嵌入少量低强度水印，不分主题和背景，基本无法起到对主题内容的保护作用。

发明内容

为了解决现有感兴趣区域水印算法存在的不足，本发明公开了一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，可进行感兴趣区域认证和精确定位被篡改区域。

为了实现这样的目的，本发明在嵌入端由用户定义的感兴趣区域生成数字水印和HASH码，利用加密技术对水印信息进行保护，水印信息被嵌入到图像背景区域的小波分解系数中。在接收端，通过比较感兴趣区域hash码和水印重建来进行双重认证。实验结果表明，该算法具有较强的抗各种攻击的能力，同时还能够精确定位被篡改区域。

本发明的感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法包括如下具体步骤：

1、在嵌入端：

第1步：由用户确定的感兴趣区域生成数字水印和HASH码，向可信任第三方保存HASH码用于感兴趣区域认证；

第2步：利用加密技术对水印信息进行加密保护；

第3步：水印信息嵌入到图像背景区域的小波分解系数中。

2、在检测端：

第1步：提取感兴趣区域生成HASH码，与可信任第三方保存的HASH比对，判断感兴趣区域是否被篡改；

第2步：提取嵌入到背景区域中的水印信息，进行水印信息解密和感兴趣区域重建，定位被篡改区域。

附图说明

图1为本发明水印嵌入流程图。

图2为小波变换子带系数与其父系数的树形关系图。

图3为本发明嵌入水印信息1。

图4为本发明嵌入水印信息0。

图5为本发明认证及篡改检测流程图。

具体实施方式

按本发明的原理，水印嵌入端的具体实施过程如下：

步骤1：使用双正交小波基“D9/7”对Lena图像进行离散小波变换；

步骤2：生成数字水印，将ROI区域转换成二进制序列并使用椭圆曲线加密体质进行加密；

步骤3：水印嵌入。根据如下规则嵌入水印比特。

（1）嵌入0：在本算法中，将水印比特嵌入ROB小波系数的第5位平面，则修改后的系数与原系数的改变量为2⁵=32。为了降低对图像质量的影响，具体嵌入时考虑三种规则：第一种嵌入规则如图3值1所示，将第5位平面值改变为0；第二种嵌入规则如图3值2所示，将第6位平面值改变为1，同时将第4,3,2位平面的值设置为0，第1,0位平面的值根据值1第1,0位平面翻转；第三种嵌入规则如图3值3所示，将第4,3,2位平面的值设置为1，第1,0位平面的值根据值2第1,0位平面翻转。最后，选择与原小波系数差值最小的数值作为最终的嵌入水印比特的系数。

（2）嵌入1：其原理与嵌入0相同，规则如下：第一种嵌入规则如图3值1所示，将第5位平面值改变为1；第二种嵌入规则如图3值2所示，将第6位平面值设置为0，同时将第4,3,2位平面的值设置为1，第1,0位平面的值根据值1第1,0位平面翻转；第三种嵌入规则如图3值3所示，将第4,3,2位平面的值设置为1，第1,0位平面的值根据值2第1,0位平面翻转。最后，选择与原小波系数差值最小的数值作为最终的嵌入水印比特的系数。

步骤4：将变换域图像进行DWT反变换，最后得到重构后的结果图像。

本章所设计的是一种盲数字水印算法，本算法在进行水印提取和验证时，既不需要原始图像，也不需要原始水印信息。水印提取时的关键信息为：随机数种子选择的嵌入位置、小波类型、小波分解的层数等信息。水印检测端的具体实施过程如下：

（1）计算ROI的hash码并与接收到的hash码进行比较，若hash码相同则ROI通过验证，证明ROI未经过任何篡改；

（2）从ROB提取水印信息重建ROI，提取水印过程为嵌入过程的逆过程。

Claims

1.一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，可精确定位被篡改的感兴趣区域，属于信息安全领域，其特征在于包括如下具体步骤。

2.在嵌入端：

第2步：利用加密技术对水印信息进行加密保护；

第3步：水印信息嵌入到图像背景区域的小波分解系数中。

3.在检测端：

4.如权利要求书1和2所述的一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，在水印嵌入端确定的感兴趣区域不大于原始图像的二分之一。

5.如权利要求书1和2所述的一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，在水印嵌入端生成HASH码算法选用MD5。

6.如权利要求书1和2所述的一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，在水印嵌入端加密技术选用椭圆曲线加密体制。

7.如权利要求书1和2所述的一种感兴趣区域认证和篡改检测数字水印方法，在水印嵌入端图像小波分解级数为3。