CN103440610A - 一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置，包括步骤：对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。从而，本发明所述的在数字媒体上水印嵌入的方法和装置能够有效地对数字媒体进行保护。

Description

一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置

技术领域

本发明涉及多媒体信号处理领域，特别是指一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置。

背景技术

随着多媒体信息的获取、表示、存储和传播日趋数字化，数字视频技术的应用得到了极大的发展。数字视频虽然有其明显的先进性，但由于其使得视频信息更快速地复制和传播，因而引发了许多新的问题。最常见的问题就是，原始的视频信息，会被非法地分发给未经授权的用户，即信息的非法传播。作为一种预防信息非法传播的新方法，近来，数字水印技术被越来越多地用于版权保护领域。版权保护的需求方，可以将版权识别信息嵌入到需要保护的视频中。与数据加密的方式相比，嵌入水印后的视频可以直接使用和分发，不需解密后使用。

数字媒体上水印算法的性能标准主要有：透明性、水印容量、鲁棒性、安全性等。其中，透明性和鲁棒性是最重要的两个性能标准。在许多的应用场景中，水印算法嵌入的信息不能影响信息的载体数据的质量。如果人们无法区分嵌入水印前后的载体，那么水印嵌入过程就可以称作是不可感知的或透明的。其鲁棒性是指数字水印图像在遭受到多种恶意或者无意的攻击后产生一定程度失真的情况下，提取出来的数字水印仍能保持一定的完整性并能被准确鉴别。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置，能够有效地对数字媒体进行保护。

基于上述目的本发明提供的一种在数字媒体上水印嵌入的方法，包括步骤：

第一步：对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；

第二步：根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；

第三步：将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；

第四步：对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。

可选地，在进行所述第一步的过程中是将大小为M*N的原始图像或视频I分成大小为P^*P的图像块或视频块,得到

个小块，记为D_i(x,y)，x,y=1,2,3,...,P，i=1,2,3...,L；然后对每个图像块或视频块D_i(x,y)进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵C_i(u,v)，u,v=1,2,3,...,P，i=1,2,3...,L。

可选地，所述第二步是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号。

进一步地，所述的第三步包括以下步骤：

在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；

每个系数矩阵C_i在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵C_i'；

对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号。

进一步地，在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right。

进一步地，所述调整排序后的系数两两之间的距离是计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离；

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right。

进一步地，对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号是将水印信号嵌入到C_i'中得到C_i''，按如下方法进行嵌入：

若水印信号为0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

若水印信号为1，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}-\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

基于上述目的，本发明还提供了一种在数字媒体上水印嵌入的装置，包括：

数字图像或视频分解处理模块，用于对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；

水印信息处理模块，与所述数字图像或视频分解处理模块相连，用于根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；

嵌入模块，分别与所述数字图像或视频分解处理模块和所述水印信息处理模块相连，用于将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；

生成模块，与所述嵌入模块相连，用于对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。

可选地，所述的嵌入模块在进行水印信号嵌入到每个系数矩阵的过程中是首先分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；

然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵；

最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号。

进一步地，所述的嵌入模块在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right；

然后，在保持Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right不变的情况下，计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离；

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right；

最后，按如下方法将水印信号嵌入到调整后的每个系数矩阵中：

若水印信号为0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

若水印信号为1，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}-\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种在数字媒体上水印嵌入的方法和装置，通过对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换得到系数矩阵，以及根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号，将水印信号嵌入到每个系数矩阵中，最后对嵌入后的每个系数矩阵DCT逆变换得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。因此，本发明所述的在数字媒体上水印嵌入的方法和装置能够同时确保水印嵌入的透明性和鲁棒性，有效地对数字媒体进行保护。

附图说明

图1为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入方法的流程示意图；

图2为本发明实施例对变换后的每个图像块或视频块嵌入水印信号的流程示意图；

图3为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参阅图1所示，为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入方法的流程示意图。所述的在数字媒体上水印嵌入方法包括以下步骤：

步骤101，对数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。其具体实施过程如下：

将大小为M*N的原始图像或视频I分成大小为P*P的图像块或视频块，然后对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。较佳地，M和N的取值都为大于等于100的整数。P的取值范围为4≤P≤16。

作为本发明的一个实施例，取图像块或视频块的大小为P=8，即8*8的图像块或视频块。从而，原始图像或视频I可以得到

个小块，记为D_i(x,y)，x,y=1,2,3,...,8，i=1,2,3...,L。其中，x和y分别为每个图像块或视频块的横纵坐标。之后，对上面的每个图像块或视频块做DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵，本实施例每个系数矩阵的大小为8*8。将这些系数矩阵记为C_i(u,v)，u,v=1,2,3,...,8，i=1,2,3...,L。

在视频压缩算法中，DCT变换来处理一个大小为P*P的图像块或视频块D_i(x,y)，变换结果为大小为P*P的系数矩阵C_i(u,v)，它的DCT变换的定义如下：

$C_i(u,v)=a\left(u\right)a\left(v\right)\underset{x=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{y=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_i(x,y)\cos \frac{(2x+1)\mathrm{u\&pi;}}{2P}\cos \frac{(2y+1)\mathrm{v\&pi;}}{2P}$

其中，

$a\left(u\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{\sqrt{P}},u=0\\ \sqrt{\frac{2}{P}},u=\mathrm{1,2},...,P-1\end{array}\right.,a\left(v\right)=\begin{array}{}\end{array}\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{\sqrt{P}},v=0\\ \sqrt{\frac{2}{P}},v=\mathrm{1,2},...,P-1\end{array}\right.$

步骤102，根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号。其具体实施过程如下：

在本发明实施例中，将要嵌入的水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W。然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号。较佳地，可以对二进制字符串做参数为n=63,K=18的BCH编码进行纠错。所谓BCH纠错编码是把信源待发的信息序列按固定的K位一组划分成消息组，再将每一消息组独立变换成长为n(n>K)的二进制数字组。如果消息组的数目为T，由此所获得的T个码字的全体便称为码长为n、信息数目为T的分组码，记为n，T。

然后，将水印信号W进行拆分得到W_z'，拆分得到的W_z'的份数不能超过

，即Z的取值范围为1≤Z≤L且为整数。

步骤103，将水印信号嵌入到每个系数矩阵中。如图2所示，具体实施过程如下：

步骤201：在每个系数矩阵C_i中分别选择适当的系数，并对每个系数矩阵中选中的系数进行排序。

在本发明的一个实施例中，在DCT变换后的每个系数矩阵中，从左上到右下，所代表的频率越来越高。图像或视频的能量更多地集中在中低频率的系数中，因此，中低频率的系数值比较稳定，且频率越低系数值越稳定。但是修改低频系数会造成图像或视频质量大幅下降，为了保证图像或视频质量同时兼顾系数修改的稳定性，我们选择中低频系数进行嵌入。优选地，中低频系数的选择范围为系数矩阵的右上至左下的对角线上的系数，以及该位置左上一列的系数。

在实施例中，选择每个系数矩阵C_i中的三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right。

步骤202：每个系数矩阵C_i在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵C_i'。

在本发明的另一个实施例中，计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left。为保证算法的鲁棒性，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离。较佳地，阈值Threshold的取值范围为1≤Threshold≤100；优选地，阈值Threshold为40。

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right

其中，所述的保持系数间的相对大小关系不变是指保持Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right的大小关系不变，也就是说，在调整Coef_left时要求其不能超过Coef_mid，调整Coef_mid不能大于Coef_right也不能小于Coef_left，调整Coef_left不能小于Coef_mid。

步骤203：对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号。

在实施例中，将W_z'嵌入到C_i'中，得到C_i''。其中，W_Z'∈{0,1}。

首先，确定W_z'对应嵌入的C_i'。较佳地，每份水印信号W_z'按照在原始图像或视频I从左到右其次从上到下的依次顺序对应其要嵌入的系数矩阵C_i'。

其次，将W_z'中的水印信号嵌入到对应的C_i'中，按如下方法进行嵌入：

若W_Z'=0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}}.$

若W_Z'=1，则

其中，Scale是一个预先设定的常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

步骤104，对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。其具体实施过程如下：

对嵌入后的DCT系数块C_i''做二维DCT逆变换，即IDCT，得到嵌入后图像块或视频块D'_i，所有的嵌入后图像块或视频块D'_i可以组成嵌入后图像或视频I'。

其中，DCT逆变换运算公式为：

$D_i^{\text{'}}(x,y)=\underset{u=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}a\left(u\right)a\left(v\right)C_i^{\text{'}\text{'}}(u,v)\cos \frac{(2x+1)\mathrm{u\&pi;}}{2P}\cos \frac{(2y+1)\mathrm{v\&pi;}}{2P}$

x=0,1,2,...,P-1,y=0,1,2,...,P-1

参阅图3所示，为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入装置的结构示意图。所述的在数字媒体上水印嵌入装置包括：

数字图像或视频分解处理模块301，对数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。其具体功能包括：

1）将大小为M^*N的原始图像或视频I分成大小为P^*P的图像块或视频块。较佳地，M和N的取值都为大于等于100的整数；P的取值范围为4≤P≤16。

作为本发明的一个实施例，取图像块或视频块的大小为P=8，即8*8的图像块或视频块。从而，原始图像或视频I可以得到

个小块，记为D_i(x,y)，x,y=1,2,3,...,8，i=1,2,3...,L。其中，x和y分别为每个图像块或视频块的横纵坐标。

2）对上面的每个图像块或视频块做DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵，本实施例每个系数矩阵的大小为8*8。将这些系数矩阵记为C_i(u,v)，u,v=1,2,3,...,8，i=1,2,3...,L。

在视频压缩算法中，DCT变换来处理一个大小为P^*P的图像块或视频块D_i(x,y)，变换结果为大小为P^*P的系数矩阵C_i(u,v)，它的DCT变换的定义如下：

$C_i(u,v)=a\left(u\right)a\left(v\right)\underset{x=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{y=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_i(x,y)\cos \frac{(2x+1)\mathrm{u\&pi;}}{2P}\cos \frac{(2y+1)\mathrm{v\&pi;}}{2P}$

其中，

$a\left(u\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{\sqrt{P}},u=0\\ \sqrt{\frac{2}{P}},u=\mathrm{1,2},...,P-1\end{array}\right.,a\left(v\right)=\begin{array}{}\end{array}\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{\sqrt{P}},v=0\\ \sqrt{\frac{2}{P}},v=\mathrm{1,2},...,P-1\end{array}\right.$

水印信息处理模块302，与所述数字图像或视频分解处理模块301相连，能够根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号。其具体功能包括：

1）在本发明实施例中，将要嵌入的水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W。然后较佳地，可以对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号。优选地，可以对二进制字符串做参数为n=63,K=18的BCH编码进行纠错。所谓BCH纠错编码是把信源待发的信息序列按固定的K位一组划分成消息组，再将每一消息组独立变换成长为n(n>K)的二进制数字组。如果消息组的数目为T，由此所获得的T个码字的全体便称为码长为n、信息数目为T的分组码，记为n，T。

2）将水印信号W进行拆分得到W_z'，拆分得到的W_z'的份数不能超过

，即Z的取值范围为1≤Z≤L且为整数。

嵌入模块303，分别与数字图像或视频分解处理模块301和水印信息处理模块302相连，能够将水印信号嵌入到每个系数矩阵中。其具体功能包括：

1）在每个系数矩阵C_i中分别选择适当的系数，并对每个系数矩阵中选中的系数进行排序。

在本发明的一个实施例中，在DCT变换后的每个系数矩阵中，从左上到右下，所代表的频率越来越高。图像或视频的能量更多地集中在中低频率的系数中，因此，中低频率的系数值比较稳定，且频率越低系数值越稳定。但是修改低频系数会造成图像或视频质量大幅下降，为了保证图像或视频质量同时兼顾系数修改的稳定性，我们选择中低频系数进行嵌入。优选地，中低频系数的选择范围为系数矩阵的右上至左下的对角线上的系数，以及该位置左上一列的系数。

在实施例中，选择每个系数矩阵C_i中的三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right。

2）每个系数矩阵C_i在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵C_i'。

在本发明的另一个实施例中，计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left。为保证算法的鲁棒性，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离。较佳地，阈值Threshold的取值范围为1≤Threshold≤100；优选地，阈值Threshold为40。

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right

其中，所述的保持系数间的相对大小关系不变是指保持Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right的大小关系不变，也就是说，在调整Coef_left时要求其不能超过Coef_mid，调整Coef_mid不能大于Coef_right也不能小于Coef_left，调整Coef_left不能小于Coef_mid。

3）对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号。

在实施例中，将W_z'嵌入到C_i'中，得到C_i''。其中，W_Z'∈{0,1}。

首先，确定W_z'对应嵌入的C_i'。较佳地，每份水印信号W_z'按照在原始图像或视频I从左到右其次从上到下的依次顺序对应其要嵌入的系数矩阵C_i'。

其次，将W_z'中的水印信号嵌入到对应的C_i'中，按如下方法进行嵌入：

若WZ'=0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}}.$

若W_Z'=1，则

其中，Scale是一个预先设定的常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

生成模块304，与所述嵌入模块303相连。其具体功能包括：

对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。

对嵌入后的DCT系数块C_i''做二维DCT逆变换，即IDCT，得到嵌入后图像块或视频块D'_i，所有的嵌入后图像块或视频块D'_i可以组成嵌入后图像或视频I'。

其中，DCT逆变换运算公式为：

$D_i^{\text{'}}(x,y)=\underset{u=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{v=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}a\left(u\right)a\left(v\right)C_i^{\text{'}\text{'}}(u,v)\cos \frac{(2x+1)\mathrm{u\&pi;}}{2P}\cos \frac{(2y+1)\mathrm{v\&pi;}}{2P}$

x=0,1,2,...,P-1,y=0,1,2,...,P-1

根据上面所描述地，本发明提出的在数字媒体上水印嵌入方法和装置，创造性的提出了在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序，然后调整排序后的系数两两之间的距离，从而在保证水印载体（通常为图像或者视频）视觉效果基本保持不变或者变化不大的前提下，使嵌入的水印信息不易被察觉，其做到了很好地透明性；而且，本发明对排序后的系数两两之间的距离调整是在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，避免了对数据的过度修改而造成水印载体视觉效果的下降；与此同时，其调整只要满足三个中低频系数间的相对大小关系不变即可，这样系数两两之间的距离调整可以在一个相对很大的范围内进行调整，导致其水印嵌入的鲁棒性很高；本发明系数调整的限制条件少、简单；并且，本发明创造性地能够实现既保证水印嵌入的透明性效果的同时，还能够做到高鲁棒性，在水印嵌入技术上取得了很大程度上地进步；最后，整个所述的在数字媒体上水印嵌入方法和装置简便、紧凑，易于实现。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在数字媒体上水印嵌入的方法，其特征在于，包括步骤：

第一步：对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；

第二步：根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；

第三步：将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；

第四步：对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述第一步的过程中是将大小为M^*N的原始图像或视频I分成大小为P^*P的图像块或视频块,得到

个小块，记为D_i(x,y)，x,y=1,2,3,...,P，i=1,2,3...,L；然后对每个图像块或视频块D_i(x,y)进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵C_i(u,v)，u,v=1,2,3,...,P，i=1,2,3...,L。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二步是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的第三步包括以下步骤：

在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；

每个系数矩阵C_i在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵C_i'；

对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整排序后的系数两两之间的距离是计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离；

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对调整后的每个系数矩阵C_i'嵌入水印信号是将水印信号嵌入到C_i'中得到C_i''，按如下方法进行嵌入：

若水印信号为0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

若水印信号为1，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}-\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

8.一种在数字媒体上水印嵌入的装置，其特征在于，包括：

数字图像或视频分解处理模块，用于对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；

水印信息处理模块，与所述数字图像或视频分解处理模块相连，用于根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；

嵌入模块，分别与所述数字图像或视频分解处理模块和所述水印信息处理模块相连，用于将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；

生成模块，与所述嵌入模块相连，用于对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的嵌入模块在进行水印信号嵌入到每个系数矩阵的过程中是首先分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；

然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵；

最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的嵌入模块在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right；

然后，在保持Coef_left≤Coef_mid≤Coef_right不变的情况下，计算Coef_right和Coef_left之间的距离D_total=Coef_right-Coef_left，设置一个阈值Threshold，表示Coef_left和Coef_right的最小距离；

若D_total<Threshold，则调整Coef_left和Coef_right的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{left}}-\frac{\mathrm{Theshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}={\mathrm{Coef}}_{\mathrm{right}}+\frac{\mathrm{Threshold}-D_{\mathrm{total}}}{2}$

若D_total≥Threshold，则对Coef_left和Coef_right不做任何修改，即：

Coef'_left=Coef_left

Coef'_right=Coef_right；

最后，按如下方法将水印信号嵌入到调整后的每个系数矩阵中：

若水印信号为0，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{left}}+\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

若水印信号为1，则 ${\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{mid}}={\mathrm{Coef}\text{'}}_{\mathrm{right}}-\frac{D_{\mathrm{total}}}{\mathrm{Scale}};$

其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点

的程度，它的值越大，表示嵌入的强度越大。

Images