CN103136718A - 抗几何变换的实用彩色图数字水印技术 - Google Patents

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CN103136718A CN2013100806121A CN201310080612A CN103136718A CN 103136718 A CN103136718 A CN 103136718A CN 2013100806121 A CN2013100806121 A CN 2013100806121A CN 201310080612 A CN201310080612 A CN 201310080612A CN 103136718 A CN103136718 A CN 103136718A
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卢鹏
刘真
卢亮
白韬韬
张建青
张镭
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Abstract

本发明提供了一种抗几何变换的数字水印技术。该技术属于图像处理领域，其特征在于，包括：人眼视觉效果将二维码嵌入颜色通道中，同时采用字符串异或加密解决二维码的安全性，采用量化的方式盲提取水印信息，并利用二维码解决图像无法抗任意旋转、缩放问题。主要解决了目前数字水印技术的非实用性，即数字水印技术无法抵抗图像旋转、等比例及不等比例的缩放问题，以及嵌入强度过大而影响人眼视觉效果的问题，能够广泛的应用于较大数字图像（不小于1024×1024像素）作品的版权保护。

Description

抗几何变换的实用彩色图数字水印技术
技术领域
本发明涉及一种数字水印方法，属于图像处理领域
背景技术
随着互联网技术的发展，版权保护成为叩待解决的问题，这不仅影响到数字图像作品的版权问题，更影响到数字作品能否健康发展的问题。
目前很少有能够抗任意旋转、等比例及不等比例缩放的实用的数字水印技术。虽说，数字水印方面的文章很多，但是很多的技术只能停留在文章中无法应用到实际中。此外，有些技术需要将图像转换到频域中做处理，这种方式是能提高某些方面的性能，但是运算量较大，同时对旋转、等比例和不等比例缩放攻击的鲁棒性较差。
目前比较简单的能够抗几何变换的技术中，《抗几何攻击的空间域图像数字水印算法》一文所提技术比较简单同时能够抗旋转、等比例和不等比例缩放，但是该文中所达到的效果只能是实际中不常使用的邻近差值方式。同时该方法不太适合实际使用，因为该方式提取出的水印只能通过人眼来无法中实际的指标来衡量。
发明内容
针对以上述问题，本发明利用QR二维码的特性，同时结合人眼视觉特性所建立的方法可以应用到实际中，解决图像抗旋转、等比例不等比例缩放的问题，同时获得较好的水印信息的非可见性。再利用对将要编码的字符串的ASCII码加密，对加密后所形成的字符串编码得到QR二维码，从而解决安全性问题。利用分块量化的方式嵌入以实现盲提取。
本发明为了实现上述目的，可使用以下方案：
本发明提供了一种抗几何变换的实用彩色图数字水印技术，其特征在于，包括以下步骤：(1)对所要嵌入的字符串的ASCII的最后两位采用异或加密；(2)对加密后的ASCII码重新生成字符串，并转换为标准QR二维码；(3)对QR二维码，采用分块并按量化规则嵌入彩色图的某一个颜色通道中，颜色通道即为RGB三色通道；量化规则为：
Figure BDA0000291479021
其中，Ii,j表示8×8大小的块的第i行第j列的像素值，对应位的水印信息用w表示，s为水印信息的嵌入强度，mod求余操作；(4)将嵌入水印的通道和其它两个颜色通道合并。
在本发明所涉及的彩色图数字水印技术，还具有以下步骤：(5)对待提取水印的彩色图进行通道分离，提取出有嵌入水印通道；(6)根据嵌入过程从嵌入水印通道中先分块再提取出二维码；其中，提取水印的方式为；
(7)对提取的二维码进行解码；以及(8)对解码后的字符串转换为ASCII码并安嵌入时的加密步骤解密，再转换为字符串。
发明效果
本发明提供的一种抗几何变换的彩色图数字水印嵌入技术，其具有步骤: 对所要嵌入的字符串的ASCII的最后两位采用异或加密；对加密后的ASCII码重新生成字符串，并转换为标准QR二维码；对QR二维码，采用分块并按量化规则嵌入彩色图的某一个颜色通道中，将嵌入水印的通道和其它两个通道合并。实现了以人眼视觉效果将二维码嵌入颜色通道中，解决了二维码的信息安全性问题，并利用了二维码实现了在任意旋转和缩放等几何变换的条件下保存水印信息的有效性和安全性。
附图说明
图1是水印嵌入流程图。
图2是字符串每个字符ASCII码加密后生成新字符串的流程图。
图3是新生成的字符串转换为QR二维码的流程图。
图4是QR二维码嵌入到颜色通道B的流程图。
图5是水印提取的流程图。
图6是对嵌入水印后的彩色图分离通道并从B通道提取出水印的流程图。
图7是对字符串字符ASCII码后两位进行异或解密并得到最终提取的字符的流程图。
图8是待嵌入的QR二维码。
图9是提取出的二维码。
图10是从嵌入有水印图的彩色数字图片经任意角度旋转后提取的水印图。
图11是从嵌入有水印图的彩色数字图片经任意缩放、拉伸后提前的水印图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明涉及的抗几何变换的数字水印技术进行详细的说明。
实施方式：
图1为水印嵌入的流程图。
步骤S1-1:
对字符串字符ASCII码后两位进行异或加密。
步骤S1-2:
将加密后重新生成的字符串转换为QR二维码。
步骤S1-3:
将QR二维码制作成数字水印嵌入到图的B通道。
步骤S1-4:
将嵌入有数字水印的B通道与其它颜色通道合并,得到最终嵌入水印后的图像。
图2为字符串每个字符ASCII码加密后生成新字符串的流程图。
步骤S1-101:
将待加密的字符串（n个字符串<=22个字节）的每个ASCII码取出。在本实施例中所要嵌入的字符串可以是英文字母大写或小写、数字、“*”符号。
步骤S1-102:
利用随机数生成器生成长为2×n的序列，种子点为K（K可以为任意值），并通过阈值T（阈值T可以为任意值）将序列转换为{0,1}。
步骤S1-103:
对取出的每个字符串的ASCII码的最后两位二进制数与步骤S1-102中生成的{0,1}序列做异或运算，例如：字符串长为n，取每个字符串ASCII码的最后两位，形成2×n的二值序列与步骤二中生成的二值序列2×n进行异或运算，得到新的二值序列2×n。其中异或运算为：a＾b=(┓a∧b)∨(┓b∧a)(符号“＾”表示异或，“┓”表示非的符号，“∧”表示与运算符号，“∨”表示或符合),如在二进制中的异或运算：0＾0=0,1＾0=1,0＾1=1,1＾1=0。
步骤S1-104:
将二值序列替换原字符串的每个字符的ASCII最后两位二进制数，如此将替换的后的ASCII码转换为字符串。
图3为新生成的字符串转换为QR二维码并制作数字水印的流程图。
步骤S1-201:
将新的字符串编码生成二维码，二维码大小为32×32像素（小于的在边界利用photoshop填充白色）。
步骤S1-202:
将32×32像素的二维码利用photoshop放大为128×128，生成数字水印。
图4为数字水印嵌入到颜色通道B的流程图。
步骤S1-301:
提取彩色图的B通道，若B的大小为M×N像素（>=1024×1024），从B中任意截取1024×1024大小的图像。
步骤S1-302:
因为水印大小为128×128，同时考虑到鲁棒性则按照8×8对图像分块，则图像被分为128×128个图像块，每块大小为8×8，每块对应嵌一个水印信息，即、将一个水印信息重复嵌入该块的每个像素中。
步骤S1-303:
每块按如下量化规则嵌入水印信息：
Figure BDA0000291479024
Figure BDA0000291479025
Ii,j表示8×8大小的块的第i行第j列的像素值，对应位的水印信息用w表示，s为水印信息的嵌入强度，mod求余操作。对提取的1024×1024大小的图像嵌入水印。
图5为水印提取的流程图。
步骤S2-1:
对嵌入水印后的彩色图分离通道并提取出B通道。
步骤S2-2:
从B通道中提取出QR二维码。
步骤S2-3:
对二维码解码转换为字符串。
步骤S2-4:
字符串字符ASCII码后两位进行异或解密，得到最终提取的字符。
图6为对嵌入水印后的彩色图分离通道并从B通道提取出水印的流程图。
步骤S2-101:
对B通道进行8×8分块。
步骤S2-102:
对每块按如下方式提取水印。
Figure BDA0000291479026
,
对于每一8×8大小的块按0或1多数原则取, 对提取的二维码解码。
图7为对字符串字符ASCII码后两位进行异或解密并得到最终提取的字符的流程图。
步骤S2-301:
对解码得到的n个字符串取得其ASCII码。
步骤S2-302:
并根据种子点利用随机数生成器生成2×n的数值序列并根据阈值T，对序列二值化。
步骤S2-303:
再取字符串每个字符的ASCII码的最后两位，根据生成的随机二值序列做异或运算。
步骤S2-304:
在将所得结果相应的替换原每个字符ASCII码的最后两位，再转换为字符串得到最终提取的字符。
图8为 待嵌入的QR二维码。
如图8所示，这是一张普通的QR二维码。
图9为提取出的二维码。
如图9所示，首先，根据步骤S1-1到步骤S1-4,将水印信息嵌入到彩色图片中，然后再从这张已嵌入水印图的数字彩色图片中，按照提取水印的步骤S2-1到步骤S2-4将嵌入的水印图-QR二维码提取出来，从效果上来看，有效保留了原有的QR二维码的信息，并且按照人类视觉无法明确的分辨出普通数字彩色图片与已嵌入水印图的数字彩色图片的区别。
图10为从嵌入有水印图的彩色数字图片经任意角度旋转后提取的水印图。
如图10所示，从旋转了任意角度的已嵌入水印图的数字彩色图中提取出的水印图，该水印图也同时旋转了相应的角度，但是有效保留了原有的QR二维码的信息。
图11为从嵌入有水印图的彩色数字图片经任意缩放、拉伸后提前的水印图。
如图11所示，从被任意拉伸或压缩的已嵌入水印图的数字彩色图中提取出的水印图，该水印图也同时被拉伸或压缩，但是有效保留了原有的QR二维码的信息。
实施例的作用与效果
根据实施例所涉及的抗几何变换的彩色图数字水印技术，因为根据字符串中每个字符ASCII码转换成的二进制数序列与一组随机二进制序列作异或运算并由此转换成新的字符串，对需要添加水印的信息进行了加密的处理，解决了水印信息的安全性问题。
由于将新的字符串编码生成QR二维码，由于QR二维码具有在抗拉伸、压缩和旋转的几何变换等较好的性质。将该QR二维码制作成数字水印嵌入彩色图片中可以使得当彩色图片在经过几何变换后，仍然能够有效的保存加密信息。根据水印的大小，同时考虑到数字彩色图像的鲁棒性对图像进行分块，每块分块对应嵌入一个水印信息，嵌入到数字彩色图的B通道（RGB颜色通道中的B通道）即、将一个水印信息重复嵌入该块的每个像素中，可以解决嵌入强度过大而影响人眼视觉效果的问题。
由于嵌入水印时利用了量化规则，使得在嵌入水印的过程中能够控制处理的数据运算量过大的问题，使得该技术和能够广泛应用于较大的数字图像作品的版权保护。
当需要验证彩色数字图片的版权时，只需提取预先嵌入的数字水印即可。提取数字水印的步骤与嵌入水印的步骤相反，同样使用了量化的方式盲提取水印信息，使得数据运算量较小，具有较强的实用性，在较大的数字图像作品的版权保护具有广泛的应用。

Claims (2)

1.一种抗几何变换的实用彩色图数字水印技术，其特征在于，由以下步骤实现：
(1)对所要嵌入的字符串的ASCII的最后两位采用异或加密；
(2)对加密后的所述ASCII码重新生成字符串，并转换为标准QR二维码；
(3)对所述QR二维码，采用分块并按量化规则嵌入彩色图的某一个颜色通道中，所述颜色通道即为RGB三色通道；
所述量化规则为：
Figure FDA0000291479011
Figure FDA0000291479012
其中，Ii,j表示8×8大小的块的第i行第j列的像素值，对应位的水印信息用w表示，s为水印信息的嵌入强度，mod求余操作。
(4)将嵌入水印的所述通道和其它两个颜色通道合并。
2.根据权利要求1所述彩色图数字水印技术，其特征在于，还具有以下步骤：
(5)对待提取水印的彩色图进行通道分离，提取出有嵌入水印通道；
(6)根据嵌入过程从嵌入水印通道中先分块再提取出所述二维码；
其中，所述提取水印的方式为
。
(7)对提取的所述二维码进行解码；以及
(8)对解码后的字符串转换为ASCII码并安嵌入时的加密步骤解密，再转换为字符串。
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