CN103996162A - 一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置，包括对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据，以及将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据；进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。因此，本发明所述的基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置具有很强的纠错能力，并且可以保证嵌入容量。

Description

一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别是指一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置。

背景技术

目前，数字水印和密码学同为信息安全的两大工具，不同的是后者是对数据加密，加密之后数据无法使用，解密之后数据不再受到保护；而前者则是不但能隐藏信息的内容，而且能隐藏信息的“存在”，一旦水印加入被保护数据对象，将一直保持存在，且不影响对象的使用价值。数字水印的定义：数字水印是永久“镶嵌”在其他数据(宿主数据)中具有可鉴别性的的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。

数字水印在人民日常生活中应用非常广泛，主要包括：版权保护、图像认证、标题与注释、篡改提示、使用控制、交易跟踪、保密通信、多语言电影系统和电影分级、拷贝及盗版追踪等多个方面。图像水印是用于数字内容版权保护中一门常用技术。

在现有技术中，数字水印按照嵌入域的不同，可分为空域和变换域两类，LSB(最低有效位)算法是一种常见空域算法，即将水印bit嵌入在每个像素值的影响最小的位上；在变换域水印算法中，又可分为基于DFT的算法、基于DCT的算法、基于DWT的算法，实现思路相似，即通过变换得到变换域的数据，通过控制特定系数的相对关系来表示嵌入的水印值。但是，当前的水印算法在没有纠错能力；并且随着水印容量增加，图像质量会明显下降，对小分辨率图像的影响特别明显。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置具有很强的纠错能力，并且可以保证嵌入容量。

基于上述目的本发明提供的一种基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入方法，包括步骤：

对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据，以及将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；

将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；

将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据；

进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

可选地，所述从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据是选择频域的中低频数据，同时还选择将嵌入的内容向高频区域进行拓展。

进一步地，所述的将原始的水印信息进行混合编码，是原始的水印信息内容长度为nbit，采用(15,7,2)BCH编码模式：则n/7＝m，m表示进行BCH编码的组数；从7*mbit的原始信息码，经过BCH编码，通过BCH编码的类中的编码函数得到15×mbit的BCH编码；对于n％7＝k，k为剩余的水印信息内容，采用混合纠错编码：

A)当k<5时，采用重复2遍嵌入的水印内容的方式，对末尾的水印位生成纠错码；

B)当k>＝5时，采用BCH编码，对末尾的水印位生成纠错码。

进一步地，所述在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息，是在每个4×4数据块中用位于右上和左下对角线上两个2×2小块的能量关系，表示1bit水印值；采用左上-右下对角线上的两个2×2小块表示另1bit嵌入水印值，这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，即第i块4×4的频域数据，嵌入第(2×i-1)位水印信息W_2×i-1和第(2×i)位水印信息W_2×i；

然后，对第i块4×4的频域数据，用“O”表示右上小块的4个元素，右上小块的能量和记为E1i，求E1i的方法见公式(1)；用“X”表示左下小块的4个元素，左下小块的能量和记为E2i，求E2i的方法见公式(2)；用E1i和E2i的能量关系，表示第(2×i-1)位水印值W_2×i-1，水印嵌入规则见公式(3)：

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E1}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，用“Y”表示左上小块的4个元素，左上小块的能量和记为E3i，求E3i的方法见公式(4)；用“Z”表示右下小块的4个元素，右下小块的能量和记为E4i，求E4i的方法见公式(5)；用E3i和E4i的能量关系，第(2×i)位水印值W_2×i。水印嵌入规则见公式(6)：

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right).$

进一步地，所述在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息，还包括在右上和左下区域表示1bit水印值，先按照公式(1)、(2)计算右上小块和左下小块的能量，即计算E1i和E2i；

当W_2×i-1＝1时，保证E2_i≥E1_i+h，h表示水印嵌入的强度，这个值是与图像的分辨率，即抗攻击性能有关，h越大，鲁棒性越好，但是图像质量越差，反之亦然；如果满足E2_i≥E1_i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(7)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E1}_i-{E2}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(7\right)$

delta则是右上小块和左下小块进行修改的量，这个量分摊在2×2的4个点上，每个点需要调整为delta/4；delta是按照公式(7)中第1个公式计算得到，delta小于h；

同理，当W_2×i-1＝0，保证E1i≥E2i+h，如果满足E1i≥E2i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(8)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E2}_i-{E1}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(8\right)$

在左上和右下区域表示另1bit水印值，先按照公式(4)、(5)计算左上小块和右下小块的能量，即计算E3i和E4i，当W_2×i＝1时，保证E4i≥E3i+h，如果满足E4i≥E3i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(9)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E3}_i-{E4}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(9\right)$

同理，当W_2×i＝0，保证E3i≥E4i+h，如果满足E3i≥E4i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(10)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E4}_i-{E3}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(10\right).$

本发明还提供了一种基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入装置，基于权利要求1-5中任意一项所述嵌入方法的嵌入装置包括：

图像数据变换单元，用于对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

选择待嵌入水印的频域数据，与所述图像数据变换单元相连，用于从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据；

生成待嵌入的水印信息单元，与所述图像数据变换单元相连，用于将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；

嵌入单元，分别与所述选择待嵌入水印的频域数据、所述生成待嵌入的水印信息单元相连，将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；

生成嵌入水印后的图像数据单元，与所述生成嵌入水印后的频域图像数据单元相连，用于进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

另外，本发明还提供了一种基于人眼视频特征的柔性图像水印提取方法，包括步骤：

对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同；

将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值；

将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。

可选地，所述在每个4×4数据块中提取2bit水印值是在每个4×4数据块中，结合右上-左下对角线上的两个2×2小块，计算得到1bit水印值，结合左上-右下对角线上的两个2×2小块，计算得到另1bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以得到第(2×i-1)位水印值W_2×i-1和第(2×i)位水印值W_2×i；

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(1)、(2)计算小块1和小块2的能量，即计算E1i和E2i，再按照公式(3)，得到1bit水印值W_2×i-1；

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(4)、(5)计算小块1和小块2的能量，即计算E3i和E4i，再按照公式(6)，得到1bit水印值W_2×i；

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right).$

进一步地，所述将提取的水印进行混合纠错解码是原始水印长度为nbit，对n％7是否大于4进行分类处理：

如果n％7>4，则提取(n/7+1)*15bit水印信息，对这些水印信息都进行BCH解码处理；

如果n％7<4，则要提取n/7*15+(n％7)*3bit水印信息，对前n/7*15bit采用BCH解码处理，对后(n％7)*3bit采用重复2遍解码，这样得到解码后的二进制水印信息；

然后，再进行比特转字节处理，得到字符串型的水印信息。

本发明还提供了一种基于人眼视频特征的柔性图像水印提取装置，基于权利要求7-9中任意一项所述提取方法的提取装置包括：

水印提取的图像变换单元，用于对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

水印提取的选择待提取水印的频域数据单元，与所述水印提取的图像变换单元相连，用于从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同；

划分单元，与所述水印提取的选择待提取水印的频域数据单元相连，用于将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值；

水印信息生成单元，与所述划分单元相连，用于将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置，通过对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据，以及将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据；进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。从而，本发明所述的基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置在抵抗几何攻击时，有很好的鲁棒性；并且还具有纠错能力，保证嵌入容量，能够达到更好的视觉效果。

附图说明

图1为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入方法的流程示意图；

图2为本发明实施例4×4数据块分布图；

图3为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入装置的结构示意图；

图4为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印提取方法的流程示意图；

图5为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印提取装置的结构示意图。

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，为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入方法的流程示意图，所述的基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入方法包括步骤：

步骤101，对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据。

在本发明的实施例中，需要对图像进行DFT变换，而DFT变换需要对宽高均为2的整数次幂的图像数据进行变换。如果图像的宽高为2的整数次幂，如512×512，则可以直接进行DFT。如果图像的宽高不为2的整数次幂，则从原图像数据中，选择部分图像数据进行DFT变换，这部分数据为小于当前图像分辨率的最大的2的整数次幂的图像数据，如图像分辨率为352×288，则从图像中心选择256×256的图像数据进行DFT，对该图像的图像中心为(176,144)，选择256×256的图像数据。

步骤102，从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据。

在本发明的另一个实施例中，先将每帧图像整体进行二维DFT，得到频域数据。然后，选择频域的中低频数据，同时还选择将嵌入的内容向高频区域进行拓展。优选地，主要选择扩展区域：x:1/6×width-5/6×width,y:1/6×height-5/6×height，后面将这个区域简称为1/6-5/6区域。其中，x为图像的宽度，y为图像的高度。

步骤103，将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息。

在实施例中，将原始的水印信息采用基于BCH编码的混合编码方法，得到待嵌入的水印信息。BCH编码总的形式：(a,b,c)，即对b位信息码，输出码组为a位，纠错能力为c位，最常用的BCH编码形式为：(7,4,1)和(15,7,2)。(7,4,1):即输出码组为7bit，信息码组为4bit，纠错能力为1bit；(15,7,2):即输出码组为15bit，信息码组为7bit，纠错能力为2bit。

较佳地，原始的水印信息内容长度为nbit，如果采用(15,7,2)BCH编码模式：则n/7＝m，m表示进行BCH编码的组数；从7*mbit的原始信息码，经过BCH编码，通过BCH编码的类中的编码函数得到15×mbit的BCH编码；对于n％7＝k，k为剩余的水印信息内容，采用混合纠错编码：

A)当k<5时，采用重复2遍嵌入的水印内容的方式，对末尾的水印位生成纠错码。

在实施例中，将嵌入的水印内容，重复2遍，得到纠错编码后的水印信息，再进行嵌入。在提取时，可以结合3遍水印中，对应位置上的3个bit，来恢复一个水印bit，即如果3个bit中，有2-3个1，则表示当前水印bit为1；如果有0-1个1，则表示当前水印bit为0。举例说明：如果嵌入的水印内容为“12”，则转换为二进制码则为：00110001 00110010，再增加2遍重复后，得到的内容：00110001 00110010 00110001 00110010 0011000100110010。采用这样的内容进行嵌入，对嵌入后的图像进行攻击，再提取水印内容，对提取到的内容进行恢复，举例说明：如果提取到的内容为01110001 00110010 00110001 00110011 00110001 00110010，其中第2位和第16位为误码位。提取水印过程：三遍水印中，第1位分别为：0、0、0，则恢复水印值为：0。第2位水印分别为：1、0、0，则恢复水印为：0。第16位水印分别为：0、1、0，恢复水印为：0。可见，在误码位，通过纠错编码，可以纠正错误码位。

B)当k>＝5时，采用BCH编码，对末尾的水印位生成纠错码。

举例说明，若是对7位二进制编码组：0011000，采用(15,7,2)模式进行BCH编码，编码后的内容：110111110011000。在15位的BCH码中，后7位原始内容相同，前8位为添加的差错控制位。在15位中，只要错误位数不超过2位，通过BCH解码，都可以解码得到正确的内容：0011000。

例如：嵌入原始水印内容为64bit，采用(15,7,2)模式，则7×9bit水印进行BCH编码，得到15×9＝135bit，末尾剩余64％7＝1，这1bit采用2遍重复的方式，得到3bit，这样总的纠错码为：63/7×15+1×3＝138。

需要说明的是，步骤103可以在执行步骤102之后进行，也可以在执行步骤102之前进行，还可以步骤102和步骤103同时进行。

步骤104，将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息。

在每个4×4数据块中，见图2所示，用位于右上和左下对角线上两个2×2小块的能量关系，表示1bit水印值。采用左上-右下对角线上的两个2×2小块表示另1bit嵌入水印值，这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以嵌入第(2×i-1)位水印信息W_2×i-1和第(2×i)位水印信息W_2×i。

然后，对第i块4×4的频域数据，用“O”表示右上小块的4个元素，右上小块的能量和记为E1i，求E1i的方法见公式(1)；用“X”表示左下小块的4个元素，左下小块的能量和记为E2i，求E2i的方法见公式(2)；用E1i和E2i的能量关系，表示第(2×i-1)位水印值W_2×i-1，水印嵌入规则见公式(3)：其中，在图2对应的4*4块中，m表示水平方向序号，从1-4；n表示垂直方向序号，从1-4：

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，用“Y”表示左上小块的4个元素，左上小块的能量和记为E3i，求E3i的方法见公式(4)；用“Z”表示右下小块的4个元素，右下小块的能量和记为E4i，求E4i的方法见公式(5)；用E3i和E4i的能量关系，第(2×i)位水印值W_2×i。水印嵌入规则见公式(6)：

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，可以在相同的频域图像区域中，嵌入的水印容量增加为原来的2倍。

在本发明的一个实施例中，每个水印值嵌入的具体实现方式：在右上和左下区域表示1bit水印值，先按照公式(1)、(2)计算右上小块和左下小块的能量，即计算E1i和E2i。当W_2×i-1＝1时，保证E2_i≥E1_i+h，h表示水印嵌入的强度，这个值是与图像的分辨率，即抗攻击性能有关，h越大，鲁棒性越好，但是图像质量越差，反之亦然。在实际中，一般对512*512图像，取值范围30000-60000。另外，如果图像分辨率增加或减小，h的取值范围也会增加或减小。如果满足E2_i≥E1_i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(7)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E1}_i-{E2}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(7\right)$

delta则是右上小块和左下小块进行修改的量，这个量分摊在2×2的4个点上，每个点需要调整为delta/4，为改善图像质量，只修改2×1点。其中，delta是按照公式(7)中第1个公式计算得到，E1i、E2i、h都影响其取值范围，而E1i、E2i在图像中是变化的，所以无法明确其范围。但是，一般delta小于h。

同理，当W_2×i-1＝0，保证E1i≥E2i+h，如果满足E1i≥E2i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(8)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E2}_i-{E1}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(8\right)$

在左上和右下区域表示另1bit水印值，先按照公式(4)、(5)计算左上小块和右下小块的能量，即计算E3i和E4i，当W_2×i＝1时，保证E4i≥E3i+h，如果满足E4i≥E3i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(9)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E3}_i-{E4}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(9\right)$

同理，当W_2×i＝0，保证E3i≥E4i+h，如果满足E3i≥E4i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(10)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E4}_i-{E3}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(10\right)$

值得说明的是，按照上面的方法，可实现在PSNR相近的前提下，嵌入水印容量增加为现有算法的两倍。

步骤105，将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据。

步骤106，进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

在实施例中，如果图像的宽高为2的整数次幂，如512×512，则DFT逆变换后的数据取模后，就是嵌入水印后的图像数据。如果图像的宽高不为2的整数次幂，则进行DFT逆变换的数据取模后，要替换原图像中心范围的小于当前图像分辨率的最大的2的整数次幂的图像数据，得到嵌入水印后的图像数据。

参阅图3所示，为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入装置的结构示意图，所述的基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入装置包括：

图像数据变换单元301，对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据。

在本发明的实施例中，需要对图像进行DFT变换，而DFT变换需要对宽高均为2的整数次幂的图像数据进行变换。如果图像的宽高为2的整数次幂，如512×512，则可以直接进行DFT。如果图像的宽高不为2的整数次幂，则从原图像数据中，选择部分图像数据进行DFT变换，这部分数据为小于当前图像分辨率的最大的2的整数次幂的图像数据，如图像分辨率为352×288，则从图像中心选择256×256的图像数据进行DFT，对该图像的图像中心为(176,144)，选择256×256的图像数据。

选择待嵌入水印的频域数据302，与图像数据变换单元301相连，从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据。

在本发明的另一个实施例中，先将每帧图像整体进行二维DFT，得到频域数据。然后，选择频域的中低频数据，同时还选择将嵌入的内容向高频区域进行拓展。优选地，主要选择扩展区域：x:1/6×width-5/6×width,y:1/6×height-5/6×height，后面将这个区域简称为1/6-5/6区域。其中，x为图像的宽度，y为图像的高度。

生成待嵌入的水印信息单元303，与图像数据变换单元301相连，将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息。

在实施例中，将原始的水印信息采用基于BCH编码的混合编码方法，得到待嵌入的水印信息。BCH编码总的形式：(a,b,c)，即对b位信息码，输出码组为a位，纠错能力为c位，最常用的BCH编码形式为：(7,4,1)和(15,7,2)。(7,4,1):即输出码组为7bit，信息码组为4bit，纠错能力为1bit；(15,7,2):即输出码组为15bit，信息码组为7bit，纠错能力为2bit。

较佳地，原始的水印信息内容长度为nbit，如果采用(15,7,2)BCH编码模式：则n/7＝m，m表示进行BCH编码的组数；从7*mbit的原始信息码，经过BCH编码，通过BCH编码的类中的编码函数得到15×mbit的BCH编码；对于n％7＝k，k为剩余的水印信息内容，采用混合纠错编码：

A)当k<5时，采用重复2遍嵌入的水印内容的方式，对末尾的水印位生成纠错码。

在实施例中，将嵌入的水印内容，重复2遍，得到纠错编码后的水印信息，再进行嵌入。在提取时，可以结合3遍水印中，对应位置上的3个bit，来恢复一个水印bit，即如果3个bit中，有2-3个1，则表示当前水印bit为1；如果有0-1个1，则表示当前水印bit为0。举例说明：如果嵌入的水印内容为“12”，则转换为二进制码则为：00110001 00110010，再增加2遍重复后，得到的内容：00110001 00110010 00110001 00110010 0011000100110010。采用这样的内容进行嵌入，对嵌入后的图像进行攻击，再提取水印内容，对提取到的内容进行恢复，举例说明：如果提取到的内容为01110001 00110010 00110001 00110011 00110001 00110010，其中第2位和第16位为误码位。提取水印过程：三遍水印中，第1位分别为：0、0、0，则恢复水印值为：0。第2位水印分别为：1、0、0，则恢复水印为：0。第16位水印分别为：0、1、0，恢复水印为：0。可见，在误码位，通过纠错编码，可以纠正错误码位。

B)当k>＝5时，采用BCH编码，对末尾的水印位生成纠错码。

举例说明，若是对7位二进制编码组：0011000，采用(15,7,2)模式进行BCH编码，编码后的内容：110111110011000。在15位的BCH码中，后7位原始内容相同，前8位为添加的差错控制位。在15位中，只要错误位数不超过2位，通过BCH解码，都可以解码得到正确的内容：0011000。

例如：嵌入原始水印内容为64bit，采用(15,7,2)模式，则7×9bit水印进行BCH编码，得到15×9＝135bit，末尾剩余64％7＝1，这1bit采用2遍重复的方式，得到3bit，这样总的纠错码为：63/7×15+1×3＝138。

嵌入单元304，分别与选择待嵌入水印的频域数据302、生成待嵌入的水印信息单元303相连，将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息。

在每个4×4数据块中，见图2所示，用位于右上和左下对角线上两个2×2小块的能量关系，表示1bit水印值。采用左上-右下对角线上的两个2×2小块表示另1bit嵌入水印值，这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以嵌入第(2×i-1)位水印信息W_2×i-1和第(2×i)位水印信息W_2×i。

然后，对第i块4×4的频域数据，用“O”表示右上小块的4个元素，右上小块的能量和记为E1i，求E1i的方法见公式(1)；用“X”表示左下小块的4个元素，左下小块的能量和记为E2i，求E2i的方法见公式(2)；用E1i和E2i的能量关系，表示第(2×i-1)位水印值W_2×i-1，水印嵌入规则见公式(3)：其中，在图2对应的4*4块中，m表示水平方向序号，从1-4；n表示垂直方向序号，从1-4：

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，用“Y”表示左上小块的4个元素，左上小块的能量和记为E3i，求E3i的方法见公式(4)；用“Z”表示右下小块的4个元素，右下小块的能量和记为E4i，求E4i的方法见公式(5)；用E3i和E4i的能量关系，第(2×i)位水印值W_2×i。水印嵌入规则见公式(6)：

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，可以在相同的频域图像区域中，嵌入的水印容量增加为原来的2倍。

在本发明的一个实施例中，每个水印值嵌入的具体实现方式：在右上和左下区域表示1bit水印值，先按照公式(1)、(2)计算右上小块和左下小块的能量，即计算E1i和E2i。当W_2×i-1＝1时，保证E2_i≥E1_i+h，h表示水印嵌入的强度，这个值是与图像的分辨率，即抗攻击性能有关，h越大，鲁棒性越好，但是图像质量越差，反之亦然。在实际中，一般对512*512图像，取值范围30000-60000。另外，如果图像分辨率增加或减小，h的取值范围也会增加或减小。如果满足E2_i≥E1_i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(7)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E1}_i-{E2}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(7\right)$

delta则是右上小块和左下小块进行修改的量，这个量分摊在2×2的4个点上，每个点需要调整为delta/4，为改善图像质量，只修改2×1点。其中，delta是按照公式(7)中第1个公式计算得到，E1i、E2i、h都影响其取值范围，而E1i、E2i在图像中是变化的，所以无法明确其范围。但是，一般delta小于h。

同理，当W_2×i-1＝0，保证E1i≥E2i+h，如果满足E1i≥E2i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(8)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E2}_i-{E1}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(8\right)$

在左上和右下区域表示另1bit水印值，先按照公式(4)、(5)计算左上小块和右下小块的能量，即计算E3i和E4i，当W_2×i＝1时，保证E4i≥E3i+h，如果满足E4i≥E3i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(9)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E3}_i-{E4}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(9\right)$

同理，当W_2×i＝0，保证E3i≥E4i+h，如果满足E3i≥E4i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(10)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E4}_i-{E3}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(10\right)$

值得说明的是，按照上面的方法，可实现在PSNR相近的前提下，嵌入水印容量增加为现有算法的两倍。

生成嵌入水印后的频域图像数据单元305，与嵌入单元304相连，将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据。

生成嵌入水印后的图像数据单元306，与生成嵌入水印后的频域图像数据单元305相连，进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

在实施例中，如果图像的宽高为2的整数次幂，如512×512，则DFT逆变换后的数据取模后，就是嵌入水印后的图像数据。如果图像的宽高不为2的整数次幂，则进行DFT逆变换的数据取模后，要替换原图像中心范围的小于当前图像分辨率的最大的2的整数次幂的图像数据，得到嵌入水印后的图像数据。

还需要说明的是，如图4所示，为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印提取方法的流程示意图，包括步骤：

步骤401，对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据。其具体实施方式同步骤101。

步骤402，从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同。其具体实施方式同步骤102。

步骤403，将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值。

在每个4×4数据块中，结合右上-左下对角线上的两个2×2小块，计算得到1bit水印值，结合左上-右下对角线上的两个2×2小块，计算得到另1bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以得到第(2×i-1)位水印值W_{2× i-1}和第(2×i)位水印值W_2×i。

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(1)、(2)计算小块1和小块2的能量，即计算E1i和E2i，再按照公式(3)，得到1bit水印值W_2×i-1。

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(4)、(5)计算小块1和小块2的能量，即计算E3i和E4i，再按照公式(6)，得到1bit水印值W_2×i。

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

步骤404，将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。

在本发明的一个实施例中，如果原始水印长度为nbit，对n％7是否大于4进行分类处理：

如果n％7>4，则提取(n/7+1)*15bit水印信息，对这些水印信息都进行BCH解码处理；

如果n％7<4，则要提取n/7*15+(n％7)*3bit水印信息，对前n/7*15bit采用BCH解码处理，对后(n％7)*3bit采用重复2遍解码，这样得到解码后的二进制水印信息。

然后，再进行比特转字节处理，得到字符串型的水印信息。

如图5所示，为本发明实施例基于人眼视频特征的柔性图像水印提取装置的结构示意图，包括：

水印提取的图像变换单元501，对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据。其具体实施方式同步骤101。

水印提取的选择待提取水印的频域数据单元502，与水印提取的图像变换单元501相连，从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同。其具体实施方式同步骤102。

划分单元503，与水印提取的选择待提取水印的频域数据单元502相连，将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值。

在每个4×4数据块中，结合右上-左下对角线上的两个2×2小块，计算得到1bit水印值，结合左上-右下对角线上的两个2×2小块，计算得到另1bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以得到第(2×i-1)位水印值W_{2× i-1}和第(2×i)位水印值W_2×i。

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(1)、(2)计算小块1和小块2的能量，即计算E1i和E2i，再按照公式(3)，得到1bit水印值W_2×i-1。

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(4)、(5)计算小块1和小块2的能量，即计算E3i和E4i，再按照公式(6)，得到1bit水印值W_2×i。

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right)$

水印信息生成单元504，与划分单元503相连，将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。

在本发明的一个实施例中，如果原始水印长度为nbit，对n％7是否大于4进行分类处理：

如果n％7>4，则提取(n/7+1)*15bit水印信息，对这些水印信息都进行BCH解码处理；

如果n％7<4，则要提取n/7*15+(n％7)*3bit水印信息，对前n/7*15bit采用BCH解码处理，对后(n％7)*3bit采用重复2遍解码，这样得到解码后的二进制水印信息。

然后，再进行比特转字节处理，得到字符串型的水印信息。

由此可以看出，本发明实现的一种基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置，创造性的提出了基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入和提取方式；本发明通过对原始水印信息进行混合纠错编码，保证嵌入水印后的图像在承受攻击情况下，提取正确率达到100％；并且，针对每个4×4频域数据块改变嵌入水印方式，在PSNR基本相同的前提下，嵌入容量增加为原来2倍；与此同时，通过调整嵌入水印的范围，改善嵌入水印后的图像视觉效果；最后，整个所述基于人眼视频特征的柔性图像水印方法和装置简便、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)

1.一种基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入方法，其特征在于，包括步骤：

对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据，以及将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；

将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；

将嵌入水印后的频域数据，组合到原频域图像数据中，得到嵌入水印后的频域图像数据；

进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

2.根据权利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，所述从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据是选择频域的中低频数据，同时还选择将嵌入的内容向高频区域进行拓展。

3.根据权利要求2所述的嵌入方法，其特征在于，所述的将原始的水印信息进行混合编码，是原始的水印信息内容长度为nbit，采用(15,7,2)BCH编码模式：则n/7＝m，m表示进行BCH编码的组数；从7*mbit的原始信息码，经过BCH编码，通过BCH编码的类中的编码函数得到15×mbit的BCH编码；对于n％7＝k，k为剩余的水印信息内容，采用混合纠错编码：

A)当k<5时，采用重复2遍嵌入的水印内容的方式，对末尾的水印位生成纠错码；

B)当k>＝5时，采用BCH编码，对末尾的水印位生成纠错码。

4.根据权利要求3所述的嵌入方法，其特征在于，所述在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息，是在每个4×4数据块中用位于右上和左下对角线上两个2×2小块的能量关系，表示1bit水印值；采用左上-右下对角线上的两个2×2小块表示另1bit嵌入水印值，这样每个4×4数据块中可以嵌入2bit水印值，即第i块4×4的频域数据，嵌入第(2×i-1)位水印信息W_{2× i-1}和第(2×i)位水印信息W_2×i；

然后，对第i块4×4的频域数据，用“O”表示右上小块的4个元素，右上小块的能量和记为E1i，求E1i的方法见公式(1)；用“X”表示左下小块的4个元素，左下小块的能量和记为E2i，求E2i的方法见公式(2)；用E1i和E2i的能量关系，表示第(2×i-1)位水印值W_2×i-1，水印嵌入规则见公式(3)：

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，用“Y”表示左上小块的4个元素，左上小块的能量和记为E3i，求E3i的方法见公式(4)；用“Z”表示右下小块的4个元素，右下小块的能量和记为E4i，求E4i的方法见公式(5)；用E3i和E4i的能量关系，第(2×i)位水印值W_2×i。水印嵌入规则见公式(6)：

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right).$

5.根据权利要求4所述的嵌入方法，其特征在于，所述在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息，还包括在右上和左下区域表示1bit水印值，先按照公式(1)、(2)计算右上小块和左下小块的能量，即计算E1i和E2i；

当W_2×i-1＝1时，保证E2_i≥E1_i+h，h表示水印嵌入的强度，这个值是与图像的分辨率，即抗攻击性能有关，h越大，鲁棒性越好，但是图像质量越差，反之亦然；如果满足E2_i≥E1_i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(7)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E1}_i-{E2}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(7\right)$

delta则是右上小块和左下小块进行修改的量，这个量分摊在2×2的4个点上，每个点需要调整为delta/4；delta是按照公式(7)中第1个公式计算得到，delta小于h；

同理，当W_2×i-1＝0，保证E1i≥E2i+h，如果满足E1i≥E2i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(8)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E2}_i-{E1}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(8\right)$

在左上和右下区域表示另1bit水印值，先按照公式(4)、(5)计算左上小块和右下小块的能量，即计算E3i和E4i，当W_2×i＝1时，保证E4i≥E3i+h，如果满足E4i≥E3i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(9)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E3}_i-{E4}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(9\right)$

同理，当W_2×i＝0，保证E3i≥E4i+h，如果满足E3i≥E4i+h，则不进行处理，如果不满足，则通过公式(10)实现水印嵌入：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{delta}=(h+{E4}_i-{E3}_i)/2\\ \underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i-\mathrm{delta}/4\\ \underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=4}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e(m,n)}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i+\mathrm{delta}/4\end{array}\right.---\left(10\right).$

6.一种基于人眼视频特征的柔性图像水印嵌入装置，其特征在于，基于权利要求1-5中任意一项所述嵌入方法的嵌入装置包括：

图像数据变换单元，用于对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

选择待嵌入水印的频域数据，与所述图像数据变换单元相连，用于从频域图像数据中选择待嵌入水印的频域数据；

生成待嵌入的水印信息单元，与所述图像数据变换单元相连，用于将原始的水印信息进行混合编码，得到待嵌入的水印信息；

嵌入单元，分别与所述选择待嵌入水印的频域数据、所述生成待嵌入的水印信息单元相连，将选择好的待嵌入水印的频域数据再划分为4×4的数据块,在每块4×4的频域数据嵌入2bit水印信息；

生成嵌入水印后的图像数据单元，与所述生成嵌入水印后的频域图像数据单元相连，用于进行DFT逆变换，得到嵌入水印后的图像数据。

7.一种基于人眼视频特征的柔性图像水印提取方法，其特征在于，包括步骤：

对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同；

将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值；

将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。

8.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述在每个4×4数据块中提取2bit水印值是在每个4×4数据块中，结合右上-左下对角线上的两个2×2小块，计算得到1bit水印值，结合左上-右下对角线上的两个2×2小块，计算得到另1bit水印值，即第i块4×4的频域数据，可以得到第(2×i-1)位水印值W_2×i-1和第(2×i)位水印值W_2×i；

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(1)、(2)计算小块1和小块2的能量，即计算E1i和E2i，再按照公式(3)，得到1bit水印值W_2×i-1；

${E1}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(1\right)$

${E2}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(2\right)$

$W_{2\&times;i-1}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{2}_i\&GreaterEqual;{E1}_i\\ 0& {E2}_i<{E1}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

对第i块4×4的频域数据，先按照公式(4)、(5)计算小块1和小块2的能量，即计算E3i和E4i，再按照公式(6)，得到1bit水印值W_2×i；

${E3}_i=\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(4\right)$

${E4}_i=\underset{m=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=3}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}e{(m,n)}_i---\left(5\right)$

$W_{2\&times;i}=\left\{\begin{array}{cc}1& E{4}_i\&GreaterEqual;{E3}_i\\ 0& {E4}_i<{E3}_i\end{array}\right.---\left(6\right).$

9.根据权利要求8所述的提取方法，其特征在于，所述将提取的水印进行混合纠错解码是原始水印长度为nbit，对n％7是否大于4进行分类处理：

如果n％7>4，则提取(n/7+1)*15bit水印信息，对这些水印信息都进行BCH解码处理；

如果n％7<4，则要提取n/7*15+(n％7)*3bit水印信息，对前n/7*15bit采用BCH解码处理，对后(n％7)*3bit采用重复2遍解码，这样得到解码后的二进制水印信息；

然后，再进行比特转字节处理，得到字符串型的水印信息。

10.一种基于人眼视频特征的柔性图像水印提取装置，其特征在于，基于权利要求7-9中任意一项所述提取方法的提取装置包括：

水印提取的图像变换单元，用于对图像数据进行二维DFT变换，得到频域图像数据；

水印提取的选择待提取水印的频域数据单元，与所述水印提取的图像变换单元相连，用于从频域图像数据中选择待提取水印的频域数据，选择提取水印的区域必须与嵌入水印中的区域相同；

划分单元，与所述水印提取的选择待提取水印的频域数据单元相连，用于将频域数据再划分为4×4的数据块,在每个4×4数据块中提取2bit水印值；

水印信息生成单元，与所述划分单元相连，用于将提取的水印进行混合纠错解码，得到最终提取的水印信息。