CN109035122A - 水印图像的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了水印图像的处理方法，属于数字图像领域，包括：将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域；对非感兴趣区域分块后经离散余弦变换得到低频带系数；令二进制流序列经卷积编码器和M‑ary调制器处理后嵌入到低频带系数中进行离散余弦逆变换得到水印区域图像。通过卷积编码器对由水印信息转换成的二进制流序列进行编码得到码字序列，降低了水印恢复时的误码率，提高了水印的鲁棒性，再通过M‑ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，得到的十六进制流序列能降低码间串扰的影响，进而增强了水印对外界的抗攻击能力，使得多媒体产品中水印不易受损，起到了版权保护的效果。

Description

水印图像的处理方法
技术领域
本发明属于数字图像领域，特别涉及水印图像的处理方法。
背景技术
随着数字多媒体技术以及因特网技术的飞速发展，多媒体信息的存储、复制与传播变得非常方便，数字化产品的版权保护成为急需解决的问题，数字水印技术是实现数字化产品版权保护的有效方法。所谓数字水印技术是将多媒体产品相关或不相关的一些标示信息作为水印直接嵌入多媒体产品中，这些作为水印的标示信息嵌入到多媒体产品后是不容易被觉察或注意。
但是由于现有技术的限制，现有多媒体产品中水印的抗攻击能力较弱以及鲁棒性差，导致多媒体产品中水印容易受损使得水印信息缺失，无法起到版权保护的效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了水印图像的处理方法，将由水印信息转换成的二进制流序列先通过卷积编码器编码，降低了水印恢复时的误码率，提高了水印的鲁棒性，再通过M-ary调制器对编码后的二进制流序列进行调制，得到的十六进制流序列能降低码间串扰的影响，增强了水印的抗攻击能力，进而起到了版权保护的效果。
为了达到上述技术目的，本发明提供了水印图像的处理方法，所述处理方法，包括：
通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域；
对非感兴趣区域分割成N块×N块的图像块，再对N块×N块的图像块进行离散余弦变换，得到离散余弦变换区域的低频带系数；
将水印信息转换成二进制流序列，令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列；
将十六进制流序列嵌入到离散余弦变换区域的低频带系数中，并对嵌有十六进制流序列的低频带系数进行离散余弦逆变换，得到载体图像中的水印区域图像。
可选的，所述处理方法，还包括：
对水印区域图像进行离散余弦变换，提取嵌入到低频带系数中的十六进制流序列；
通过16-psk解调器对提取到的十六进制流序列进行解调，得到码字序列，并通过Viterbi译码器对码字序列进行解码得到二进制流序列；
将二进制流序列恢复到水印信息。
可选的，所述通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域，包括：
步骤一，通过FCM算法将载体图像的像素点分割处理得到C个模糊组；
步骤二，确定初始化隶属度矩阵U，初始化隶属度矩阵中任意元素uij的取值范围为[0，1]，使任意元素uij满足公式一的约束条件，
其中，uij表示初始化隶属度矩阵U的任意元素，的取值范围为[1，a]；
步骤三，获取第j个像素点，将公式一得到uij和第j个像素点代入公式二，得到C组聚类中心ci，
其中，ci表示第i组聚类中心，xj表示第j个像素点，m∈[1,∞)是一个模糊加权系数；
步骤四，根据公式二得到第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离dij，将初始化隶属度矩阵U的全部元素和欧式距离dij代入公式三，得到目标函数值，
其中，J表示目标函数，n表示总体像素点的个数，dij表示第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离；
步骤五，如果目标函数值小于预设阀值，说明目标函数值达到最优解，FCM聚类完成载体图像的区分，或
如果目标函数值大于等于预设阈值，则继续执行步骤六；
步骤六，根据公式四得到由更新后的元素uij'组成隶属度矩阵U'，并重新执行步骤二至步骤五；
其中，dkj表示第k组的聚类中心和第j个像素点的欧式距离，k∈[1，C]。
可选的，所述令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，包括：
将二进制流序列分成M段二进制流子序列，并将每段二进制流子序列按储存的先后顺序输入到卷积编码器中的移位寄存器进行储存；
移位寄存器将存储后的全部二进制流子序列传输至卷积编码器中的模2加法器，模2加法器对接收到的全部二进制流子序列进行代数运算得到K比特，将K比特组合得到码字序列。
可选的，所述并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，包括：
M-ary调制器以h比特为单位对将码字序列进行分割，得到g组码字子序列，根据载波相位的变化将每组码字子序列转成十六进制流子序列；
将十六进制流子序列组合得到十六进制流序列。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过卷积编码器对由水印信息转换成的二进制流序列进行编码得到码字序列，降低了水印恢复时的误码率，提高了水印的鲁棒性，再通过M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，得到的十六进制流序列能降低码间串扰的影响，进而增强了水印对外界的抗攻击能力，使得多媒体产品中水印不易受损，起到了版权保护的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的水印图像的处理方法的流程图一；
图2是本发明提供的水印图像的处理方法的流程图二。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了水印图像的处理方法，如图1所示，所述处理方法，包括：
11，通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域；
12，对非感兴趣区域分割成N块×N块的图像块，再对N块×N块的图像块进行离散余弦变换，得到离散余弦变换区域的低频带系数；
13，将水印信息转换成二进制流序列，令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列；
14，将十六进制流序列嵌入到离散余弦变换区域的低频带系数中，并对嵌有十六进制流序列的低频带系数进行离散余弦逆变换，得到载体图像中的水印区域图像。
在实施中，为了解决现有水印的抗攻击能力较弱以及鲁棒性差的问题，本实施例提出水印图像的处理方法，其具体步骤如下：
首先，通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域，用于防止水印信息嵌入到载体图像的感兴趣区域中，导致原本会受到较高关注的载体图像失真，降低载体图像的可读性；
其次，由于非感兴趣区域上各部分细节的丰富程度不同，对整个非感兴趣区域进行离散余弦变换的效果不佳，故对非感兴趣区域分成N块×N块的图像块，由于载体图像的低频带系数包含载体图像的绝大部分信息，当载体图像受到攻击时，水印仍然存在载体图像中，使得水印具有较强的鲁棒性，因而再对N块×N块的图像块进行离散余弦变换，得到离散余弦变换区域的低频带系数，根据实际情况需求，本实施例是将非感兴趣区域分为8块×8块的图像块；
然后，为了方便将水印信息嵌入到低频带系数，首先将水印信息转换成二进制流序列，为了降低水印恢复水印信息的错误率，以及降低水印的失真效果，通过卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，由于在传输过程中存在噪声、信道损落等因素干扰，会使传输的二进制流序列发生错误，产生误码。卷积编码器可以将原来的二进制流序列打乱，这时尽管出现大面积突发性错误，这些可以通过卷积编码器来进行分散，从而将大面积的错误较为平均地分散到不同的码段，利于信道纠错的实现，进而提高了嵌入到载体图像中水印的鲁棒性，再通过M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，M-ary调制器又称多进制调制器，这里的M-ary调制器就是16-psk调制器，16-psk调制器与低进制调制器相比，在信息速率相同的条件下，16-psk调制器调制可以增大码元速度，降低码元速率，增加每个码元的能量，提高传输的可靠性，并能减少码间串扰的影响，从而增强了水印对噪声、滤波、几何剪切等各种攻击的抗攻击能力，使得多媒体产品中水印不易受损，起到了版权保护的效果；
最后，为了保证嵌入到载体图像中水印具有较强的鲁棒性，将十六进制流序列嵌入到离散余弦变换区域的低频带系数中，并对嵌有十六进制流序列的低频带系数进行离散余弦逆变换，得到载体图像中的水印区域图像。
可选的，如图2所示，所述处理方法，还包括：
21，对水印区域图像进行离散余弦变换，提取嵌入到低频带系数中的十六进制流序列；
22，通过16-psk解调器对提取到的十六进制流序列进行解调，得到码字序列，并通过Viterbi译码器对码字序列进行解码得到二进制流序列；
23，将二进制流序列恢复到水印信息。
在实施中，根据上述可知，上述水印图像的处理方法是将水印信息嵌入载体图像中得到水印区域图像，此外，水印图像的处理方法还可以将水印信息从水印区域图像中提取出并恢复到水印信息，需要进行如下步骤：
首先，为了能将水印区域图像提取水印信息，故对水印区域图像进行离散余弦变换，提取低频带系数中的十六进制流序列；
其次，根据上述可知，为了将水印信息嵌入到低频带系数中得到水印区域图像，先经卷积编码器编码再经M-ary调制器调制才能嵌入低频带系数中。故将水印信息从低频带系数提取要先通过16-psk解调器对提取到的十六进制流序列进行解调，得到码字序列，再通过Viterbi译码器对码字序列进行解码得到二进制流序列；
最后，将二进制流序列恢复到水印信息，从而完成水印信息的提取操作。
可选的，所述通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域，包括：
步骤一，通过FCM算法将载体图像的像素点分割处理得到C个模糊组；
步骤二，确定初始化隶属度矩阵U，初始化隶属度矩阵中任意元素uij的取值范围为[0，1]，使任意元素uij满足公式一的约束条件，
其中，uij表示初始化隶属度矩阵U的任意元素，的取值范围为[1，a]；
步骤三，获取第j个像素点，将公式一得到uij和第j个像素点代入公式二，得到C组聚类中心ci，
其中，ci表示第i组聚类中心，xj表示第j个像素点，m∈[1,∞)是一个模糊加权系数；
步骤四，根据公式二得到第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离dij，将初始化隶属度矩阵U的全部元素和欧式距离dij代入公式三，得到目标函数值，
其中，J表示目标函数，n表示总体像素点的个数，dij表示第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离；
步骤五，如果目标函数值小于预设阀值，说明目标函数值达到最优解，FCM聚类完成载体图像的区分，或
如果目标函数值大于等于预设阈值，则继续执行步骤六；
步骤六，根据公式四得到由更新后的元素uij'组成隶属度矩阵U'，并重新执行步骤二至步骤五；
其中，dkj表示第k组的聚类中心和第j个像素点的欧式距离，k∈[1，C]。
在实施中，目前主流的聚类算法是FCM聚类算法和K-means聚类算法，FCM聚类算法与K-means聚类算法相比，FCM聚类算法的中心迭代更加合理，因而，本实施例是通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域，其计算过程上述已有详细说明，此处不再赘述。
可选的，所述令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，包括：
将二进制流序列分成M段二进制流子序列，并将每段二进制流子序列按储存的先后顺序输入到卷积编码器中的移位寄存器进行储存；
移位寄存器将存储后的全部二进制流子序列传输至卷积编码器中的模2加法器，模2加法器对接收到的全部二进制流子序列进行代数运算得到K比特，将K比特组合得到码字序列。
在实施中，卷积编码器包括移位寄存器和模2加法器，移位寄存器由若干个寄存器组成的，且每个寄存器的初始状态均设为零。将二进制流序列分为M段二进制流子序列，每段二进制流子序列均存储在寄存器中，移位寄存器并按照储存的先后顺序将全部二进制流子序列传输至模2加法器，模2加法器进行代数运算得到K比特，并将K比特组合得到码字序列。
可选的，所述并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，包括：
M-ary调制器以h比特为单位对将码字序列进行分割，得到g组码字子序列，根据载波相位的变化将每组码字子序列转成十六进制流子序列；
将十六进制流子序列组合得到十六进制流序列。
在实施中，M-ary调制器是利用载波的相位变化来传递数字信息，以由12比特组成的码字序列为例，M-ary调制器将码字序列以每4比特为单位划分一组码字子序列，得到3组码字子序列，并根据载波相位的变化将每组码字子序列均转成十六进制流子序列，最后将每组十六进制流子序列组合得到十六进制流序列。
本发明提供了水印图像的处理方法，包括：将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域；对非感兴趣区域分块后经离散余弦变换得到低频带系数；令二进制流序列经卷积编码器和M-ary调制器处理后嵌入到低频带系数中进行离散余弦逆变换得到水印区域图像。通过卷积编码器对由水印信息转换成的二进制流序列进行编码得到码字序列，降低了水印恢复时的误码率，提高了水印的鲁棒性，再通过M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，得到的十六进制流序列能降低码间串扰的影响，进而增强了水印对外界的抗攻击能力，使得多媒体产品中水印不易受损，起到了版权保护的效果。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.水印图像的处理方法，其特征在于，所述处理方法，包括：
通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域；
对非感兴趣区域分割成N块×N块的图像块，再对N块×N块的图像块进行离散余弦变换，得到离散余弦变换区域的低频带系数；
将水印信息转换成二进制流序列，令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列；
将十六进制流序列嵌入到离散余弦变换区域的低频带系数中，并对嵌有十六进制流序列的低频带系数进行离散余弦逆变换，得到载体图像中的水印区域图像。
2.根据权利要求1所述的水印图像的处理方法，其特征在于，所述处理方法，还包括：
对水印区域图像进行离散余弦变换，提取嵌入到低频带系数中的十六进制流序列；
通过16-psk解调器对提取到的十六进制流序列进行解调，得到码字序列，并通过Viterbi译码器对码字序列进行解码得到二进制流序列；
将二进制流序列恢复到水印信息。
3.根据权利要求1所述的水印图像的处理方法，其特征在于，所述通过FCM聚类算法将载体图像区分为感兴趣区域与非感兴趣区域，包括：
步骤一，通过FCM算法将载体图像的像素点分割处理得到C个模糊组；
步骤二，确定初始化隶属度矩阵U，初始化隶属度矩阵中任意元素uij的取值范围为[0，1]，使任意元素uij满足公式一的约束条件，
其中，uij表示初始化隶属度矩阵U的任意元素，的取值范围为[1，a]；
步骤三，获取第j个像素点，将公式一得到uij和第j个像素点代入公式二，得到C组聚类中心ci，
其中，ci表示第i组聚类中心，xj表示第j个像素点，m∈[1,∞)是一个模糊加权系数；
步骤四，根据公式二得到第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离dij，将初始化隶属度矩阵U的全部元素和欧式距离dij代入公式三，得到目标函数值，
其中，J表示目标函数，n表示总体像素点的个数，dij表示第i组聚类中心和第j个像素点的欧式距离；
步骤五，如果目标函数值小于预设阀值，说明目标函数值达到最优解，FCM聚类完成载体图像的区分，或
如果目标函数值大于等于预设阈值，则继续执行步骤六；
步骤六，根据公式四得到由更新后的元素uij'组成隶属度矩阵U'，并重新执行步骤二至步骤五；
其中，dkj表示第k组的聚类中心和第j个像素点的欧式距离，k∈[1，C]。
4.根据权利要求1所述的水印图像的处理方法，其特征在于，所述令卷积编码器对二进制流序列进行编码得到码字序列，包括：
将二进制流序列分成M段二进制流子序列，并将每段二进制流子序列按储存的先后顺序输入到卷积编码器中的移位寄存器进行储存；
移位寄存器将存储后的全部二进制流子序列传输至卷积编码器中的模2加法器，模2加法器对接收到的全部二进制流子序列进行代数运算得到K比特，将K比特组合得到码字序列。
5.根据权利要求1所述的水印图像的处理方法，其特征在于，所述并令M-ary调制器对码字序列进行调制得到十六进制流序列，包括：
M-ary调制器以h比特为单位对将码字序列进行分割，得到g组码字子序列，根据载波相位的变化将每组码字子序列转成十六进制流子序列；
将十六进制流子序列组合得到十六进制流序列。
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