CN109064378A - 基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法，涉及图像处理技术领域，基于傅里叶逆变换算法，生成数字水印，基于傅里叶变换算法，对数字水印进行提取，提高了数字水印的鲁棒性、增强了数字水印的抗攻击能力，对图像的改变程度较小，解决了现有技术存在的数字水印的鲁棒性低、抗攻击能力弱，对图像的改变程度较大的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法。
背景技术
随着信息技术的高速发展，数字信息的传播达到了前所未有的速度，各种传统的信息都被数字化。数字信息有着交流方便的天然优势，但其在方便传播的同时，伪造篡改图像的方式也日益多样，给图像的产权保护和内容认证提出了更高的考验。数字作品的所有权问题，防篡改问题等等都是网络时代值得关注的热点问题。在充分享受传播便捷的同时，如何利用技术手段对数字作品的版权进行更好的保护，已经成为一个广泛研究的课题。数字水印即是该课题研究的核心技术。
传统的加密技术对数字作品有一定的保护作用，但一旦遭到解密，原创者将很难再追踪自己的作品并对其拥有合法的版权。而数字水印技术是将附加信息镶嵌在原始资料(宿主资料)中而不影响宿主资料可用性的一种信息加密技术，其中的具有可鉴别性的附加信息称为数字水印，其形式多种多样，如：文字信息、音频资料、图像等。数字水印通过信息隐藏技术，可谓为宿主资料打上了一个永久的版权烙印，不论如何传播，数字水印信息都不会消失，并且可随时提取。除此之外，利用这种技术，在传统媒体如杂志广告、书籍海报等信息中嵌入不可见的数字水印，当用户利用移动智能终端或多媒体电脑作为媒介时，可将数字水印通过互联网展现在用户面前。这种方式可以使出版商、广告商和图像应用者增加其产品的附加值，如同一把钥匙，为手机市场、网络行销以及电子商务带来新的市场与机会，开启了网络电信业无限商机。
目前国内外已有不少数字水印方面的专利，如，一种基于DWT域的数字水印方法及系统(申请号：2011104009618)、一种流媒体数字水印系统(申请号：2007101798841)、超复数频域的有意义数字水印算法(申请号：2008100340277)、数字水印的嵌入方法、提取方法及其装置(申请号：200810240311X)等。这些方法产生的数字水印的鲁棒性和隐蔽性是成反比的，水印隐蔽性越好，抗攻击的能力则越差。现较为常见的攻击类型包括裁剪、旋转、尺度放缩、仿射变换、透视变换、增加噪声、打印及拍照等。其中拍照攻击对加密后的图像影响最大，是各种噪声、尺度变化混合的攻击类型，现有的数字水印尚不能抵抗这类攻击。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法，以解决现有技术存在的上述缺陷。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法，包括以下步骤：
Step1、将宿主图像I从RGB格式转换至YCbCr格式，生成YCbCr格式图像，其中，所述YCbCr格式图像包括Y、Cb及Cr三个通道的图像；
Step2、将所述Y通道图像从所述YCbCr格式图像中分离出来，生成第一单通道图像；
Step3、将所述第一单通道图像分成N个尺寸相同的子图像Ii，其中N为整数且N>1，i＝1、2、3…N；
Step4、分别对所述N个尺寸相同的子图像Ii进行傅立叶变换，生成N个频域图像Fi；
Step5、将水印分多次叠加至所述N个频域图像Fi的不同位置上，生成N个携带水印的频域图像Fi *；
Step6、分别对N个携带水印的频域图像Fi *进行离散傅里叶逆变换，生成N个子图像Mi；
Step7、将N个子图像Mi按第一单通道图像在所述Y通道图中的组成顺序进行拼接，生成第二单通道图像，将第二通道图像与所述宿主图像I的Cb、Cr通道的图像合并，生成图像J；
Step8、将图像J由YCbCr转换至RGB格式，生成加密图像I*；
Step9、从加密图像I*中，随机抽取一个区域图像R；
Step10、针对区域图像R，重复步骤Step1-Step4，提取加密图像I*中的数字水印。
优选地，区域图像R的面积大于子图像Ii的面积。
本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法能够产生的有益效果为：
基于傅立叶变换及傅立叶逆变换算法，通过将水印分多次叠加至频域图像的不同位置上，提高数字水印的鲁棒性，同时增强了数字水印的抗攻击能力；
在数字水印的面积小于等于宿主图像I的面积的十分之一时，便可解析得到清晰的水印图像，对图像的改变程度较小。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法生成的一个嵌入有数字水印的加密图像；
图3为本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法从加密图像中提取的数字水印。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
图1为本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
Step1、将宿主图像I从RGB格式转换至YCbCr格式，生成YCbCr格式图像，其中，所述YCbCr格式图像包括Y、Cb及Cr三个通道的图像。
其中，RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一；在YCbCr格式中，Y为光的浓度，而Cb及Cr则分别为蓝色和红色的浓度偏移量成份。
Step2、将所述Y通道图像从所述YCbCr格式图像中分离出来，生成第一单通道图像。
Step3、将所述第一单通道图像分成N个尺寸相同的子图像Ii，其中N为整数且N>1，i＝1、2、3…N。
Step4、分别对所述N个尺寸相同的子图像Ii进行傅立叶变换，生成N个频域图像Fi。
其中，傅立叶变换的公式为F(ω)为f(t)的像函数，f(t)为F(ω)的像原函数，i、w及t为不同的参数。傅立叶变换为一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号。许多波形可作为信号的成分，比如正弦波、方波、锯齿波等，傅立叶变换用正弦波作为信号的成分。
傅里叶变换在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用。例如，在信号处理领域中，傅里叶变换的典型用途是将信号分解成频率谱，显示与频率谱对应的幅值。
Step5、将水印分多次叠加至所述N个频域图像Fi的不同位置上，生成N个携带水印的频域图像Fi *。
Step6、分别对所述N个携带水印的频域图像Fi *进行傅里叶逆变换，生成N个子图像Mi。
其中，傅里叶逆变换的公式为
Step7、将所述N个子图像Mi按所述第一单通道图像在所述Y通道图中的组成顺序进行拼接，生成第二单通道图像，将所述第二通道图像与所述宿主图像I的Cb、Cr通道的图像合并，生成图像J。
Step8、将所述图像J由YCbCr转换至RGB格式，生成加密图像I*。
在一个示例中，图2为嵌入数字水印后的加密图像，如图2所示，用肉眼并看不出来嵌入在该图像中的含有字母R的数字水印。
Step9、从所述加密图像I*中，随机抽取一个区域图像R。
Step10、针对所述区域图像R，重复步骤Step1-Step4，提取加密图像I*中的数字水印。
在一个示例中，图3为提取后的数字水印，如图3所示，可以看到该数字水印中存在多个字母R。
本发明实施例提供的基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法，通过将宿主图像I从RGB格式转换至YCbCr格式，生成YCbCr格式图像，其中，所述YCbCr格式图像包括Y、Cb及Cr三个通道的图像，将所述Y通道图像从所述YCbCr格式图像中分离出来，生成第一单通道图像，将所述第一单通道图像分成N个尺寸相同的子图像Ii，其中N为整数且N>1，i＝1、2、3…N，分别对所述N个尺寸相同的子图像Ii进行傅立叶变换，生成N个频域图像Fi，将水印分多次叠加至所述N个频域图像Fi的不同位置上，生成N个携带水印的频域图像Fi *，分别对N个携带水印的频域图像Fi *进行离散傅里叶逆变换，生成N个子图像Mi，将N个子图像Mi按第一单通道图像在所述Y通道图中的组成顺序进行拼接，生成第二单通道图像，将第二通道图像与所述宿主图像I的Cb、Cr通道的图像合并，生成图像J，将图像J由YCbCr转换至RGB格式，生成加密图像I*，从加密图像I*中，随机抽取一个区域图像R，针对区域图像R，重复步骤Step1-Step4，提取加密图像I*中的数字水印，提高了数字水印的鲁棒性、增强了数字水印的抗攻击能力，对图像的改变程度较小。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
此外，存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (2)
1.一种基于傅立叶变换的数字水印嵌入及提取方法，其特征在于，包括：
Step1、将宿主图像I从RGB格式转换至YCbCr格式，生成YCbCr格式图像，其中，所述YCbCr格式图像包括Y、Cb及Cr三个通道的图像；
Step2、将所述Y通道图像从所述YCbCr格式图像中分离出来，生成第一单通道图像；
Step3、将所述第一单通道图像分成N个尺寸相同的子图像Ii，其中N为整数且N>1，i＝1、2、3…N；
Step4、分别对所述N个尺寸相同的子图像Ii进行傅立叶变换，生成N个频域图像Fi；
Step5、将水印分多次叠加至所述N个频域图像Fi的不同位置上，生成N个携带水印的频域图像Fi *；
Step6、分别对所述N个携带水印的频域图像Fi *进行离散傅里叶逆变换，生成N个子图像Mi；
Step7、将所述N个子图像Mi按所述第一单通道图像在所述Y通道图中的组成顺序进行拼接，生成第二单通道图像，将所述第二通道图像与所述宿主图像I的Cb、Cr通道的图像合并，生成图像J；
Step8、将所述图像J由YCbCr转换至RGB格式，生成加密宿主图像I*；
Step9、从所述加密宿主图像I*中，随机抽取一个区域图像R；
Step10、针对所述区域图像R，重复步骤Step1-Step4，提取加密图像I*中的数字水印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区域图像R的面积大于所述子图像Ii的面积。
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