CN109255748B - 基于双树复小波的数字水印处理方法及系统 - Google Patents

基于双树复小波的数字水印处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双树复小波的数字水印处理方法及系统。其中，数字水印处理方法又包括数字水印嵌入方法，数字水印嵌入方法包括：对水印图像进行频域变换；选择载体图像的嵌入通道；利用灰度共生矩阵确定嵌入通道的纹理方向；根据嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；对嵌入通道进行双树复小波变换，得到嵌入通道的三级高频分解子图；选择与嵌入方向相应的嵌入通道的三级高频分解子图；将经频域变换的水印图像嵌入选择的嵌入通道的三级高频分解子图；对经嵌入的载体图像的嵌入通道进行双树复小波变换的逆变换。本发明根据载体图像通道的纹理方向适应性地选择水印的嵌入方向，能够提高水印的隐蔽性。

Description

基于双树复小波的数字水印处理方法及系统
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种基于双树复小波的数字水印处理方法及系统。
背景技术
近年来，数字水印技术因具有良好的加密效果，在版权标识、产品防伪等方面得到了广泛运用。当前网络时代在数字水印技术产品的应用过程中，对水印技术的隐蔽性、抗逆性、鲁棒性提出了更高的要求。
目前数字水印技术通常采用频域变换的方式将水印嵌入载体图像，进而将水印信息的能量分布到载体图像的各个部分，这利用了人眼的视觉特性来隐蔽信息，使水印具有较好的隐蔽性。
具体地，研究人员普遍采用的频域变换方式有两大类：一类是分别对水印和载体图像进行傅里叶变换(FFT)，在变换域中将水印嵌入载体图像，而傅里叶变换因其自身具有的共轭对称性，使变换后的水印图像生成共轭像，从而影响提取水印图像的视觉质量；另一类是对水印进行离散小波变换(DWT)，此类方法对载体图像影响较小，但提取水印脆弱，不具有很好的识别性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中水印技术的隐蔽性欠佳的缺陷，提供一种基于双树复小波的数字水印处理方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种基于双树复小波的数字水印处理方法，其特点在于，所述数字水印处理方法包括数字水印嵌入方法，所述数字水印嵌入方法包括：
对水印图像进行频域变换；
选择载体图像的嵌入通道；
利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向；
根据所述嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，所述嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；
对所述嵌入通道进行双树复小波变换，得到所述嵌入通道的三级高频分解子图；
选择与所述嵌入方向相应的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
将经频域变换的所述水印图像嵌入选择的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
对经嵌入的所述载体图像的所述嵌入通道进行所述双树复小波变换的逆变换。
较佳地，在对水印图像进行频域变换的步骤之前，所述数字水印嵌入方法还包括：
对所述水印图像进行加密；
则对水印图像进行频域变换的步骤具体包括：
对经加密的所述水印图像进行频域变换。
较佳地，所述加密包括混沌置乱。
较佳地，选择载体图像的嵌入通道的步骤具体包括：
判断所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
若所述载体图像包括一个通道，则选择所述通道为所述嵌入通道；
若所述载体图像包括多个通道，则：
分别计算每个通道的灰度的标准差；
比较每个通道的所述标准差；
选择所述标准差最小的通道为所述嵌入通道。
较佳地，利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向的步骤具体包括：
以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述嵌入通道的纹理方向。
较佳地，如上述任一种基于双树复小波的数字水印处理方法，在所述数字水印嵌入方法之后，所述数字水印处理方法还包括数字水印提取方法，所述数字水印提取方法包括：
选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道；
利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向；
根据所述提取通道的纹理方向选择提取方向，所述提取方向包括±15°、±45°、±75°；
对所述提取通道进行所述双树复小波变换，得到所述提取通道的三级高频分解子图；
选择与所述提取方向相应的所述提取通道的三级高频分解子图；
提取所选择的所述提取通道的三级高频分解子图；
对经提取的所述提取通道的三级高频分解子图进行所述频域变换的逆变换。
较佳地，当所述数字水印嵌入方法包括对所述水印图像进行加密的步骤时，所述数字水印提取方法还包括：
对经所述频域变换的逆变换的所述提取通道的三级高频分解子图进行解密。
较佳地，当在所述数字水印嵌入方法中，所述加密包括混沌置乱时，所述解密包括混沌置乱的逆置乱。
较佳地，选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道的步骤具体包括：
判断已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
若已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道，则选择所述通道为所述提取通道；
若已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括多个通道，则：
分别计算每个通道的灰度的标准差；
比较每个通道的所述标准差；
选择所述标准差最小的通道为所述提取通道。
较佳地，利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向的步骤具体包括：
以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述提取通道的纹理方向。
一种基于双树复小波的数字水印处理系统，其特点在于，所述数字水印处理系统包括数字水印嵌入系统，所述数字水印嵌入系统包括：
频域变换模块，用于对水印图像进行频域变换；
嵌入通道选择模块，用于选择载体图像的嵌入通道；
第一纹理方向确定模块，用于利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向；
嵌入方向选择模块，用于根据所述嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，所述嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；
第一双树复小波变换模块，用于对所述嵌入通道进行双树复小波变换，得到所述嵌入通道的三级高频分解子图；
第一子图选择模块，用于选择与所述嵌入方向相应的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
嵌入模块，用于将经频域变换的所述水印图像嵌入选择的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
双树复小波逆变换模块，用于对经嵌入的所述载体图像的所述嵌入通道进行所述双树复小波变换的逆变换。
较佳地，所述数字水印嵌入系统还包括：
加密模块，用于对所述水印图像进行加密。
较佳地，所述加密包括混沌置乱。
较佳地，所述嵌入通道选择模块包括：
第一通道数量判断单元，用于判断所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
第一标准差计算单元，用于在所述载体图像包括多个通道时，分别计算每个通道的灰度的标准差；
第一标准差比较单元，用于比较每个通道的所述标准差；
嵌入通道选择单元，用于在所述载体图像包括一个通道时，选择所述通道为所述嵌入通道；用于在所述载体图像包括多个通道时，选择所述标准差最小的通道为所述嵌入通道。
较佳地，所述第一纹理方向确定模块具体用于以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述嵌入通道的纹理方向。
较佳地，如上述任一种基于双树复小波的数字水印处理系统，所述数字水印处理系统还包括数字水印提取系统，所述数字水印提取系统包括：
提取通道选择模块，用于选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道；
第二纹理方向确定模块，用于利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向；
提取方向选择模块，用于根据所述提取通道的纹理方向选择提取方向，所述提取方向包括±15°、±45°、±75°；
第二双树复小波变换模块，用于对所述提取通道进行所述双树复小波变换，得到所述提取通道的三级高频分解子图；
第二子图选择模块，用于选择与所述提取方向相应的所述提取通道的三级高频分解子图；
提取模块，用于提取所选择的所述提取通道的三级高频分解子图；
频域逆变换模块，用于对经提取的所述提取通道的三级高频分解子图进行所述频域变换的逆变换。
较佳地，当所述数字水印嵌入系统包括加密模块时，所述数字水印提取系统还包括：
解密模块，用于对经所述频域变换的逆变换的所述提取通道的三级高频分解子图进行解密。
较佳地，当在所述数字水印嵌入系统中，加密包括混沌置乱时，所述解密包括混沌置乱的逆置乱。
较佳地，所述提取通道选择模块包括：
第二通道数量判断单元，用于判断已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
第二标准差计算单元，用于在已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括多个通道时，分别计算每个通道的灰度的标准差；
第二标准差比较单元，用于比较每个通道的所述标准差；
提取通道选择单元，用于在已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道时，选择所述通道为所述提取通道；用于在所述载体图像包括多个通道时，选择所述标准差最小的通道为所述提取通道。
较佳地，所述第二纹理方向确定模块具体用于以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述提取通道的纹理方向。
本发明的积极进步效果在于：本发明基于双树复小波变换，利用其平移不变形以及方向选择性，根据载体图像通道的纹理方向适应性地选择水印的嵌入方向，克服了现有技术中水印的嵌入缺乏方向选择性的缺陷，能够提高水印的隐蔽性，也即增强了水印在视觉上的不可见性。
附图说明
图1为根据本发明实施例1基于双树复小波的数字水印处理方法中的数字水印嵌入方法的流程图。
图2根据本发明实施例1基于双树复小波的数字水印处理方法中的数字水印嵌入方法的部分流程图。
图3为根据本发明实施例2基于双树复小波的数字水印处理方法中的数字水印提取方法的流程图。
图4根据本发明实施例2基于双树复小波的数字水印处理方法中的数字水印提取方法的部分流程图。
图5根据本发明实施例3基于双树复小波的数字水印处理系统中的数字水印嵌入系统的模块示意图。
图6根据本发明实施例4基于双树复小波的数字水印处理系统中的数字水印提取系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种基于双树复小波的数字水印处理方法，其中所述数字水印处理方法包括数字水印嵌入方法，图1示出了数字水印嵌入方法的流程图。参见图1，在本实施例中，数字水印处理方法包括：
S101、对水印图像进行加密；
S102、对经加密的水印图像进行频域变换；
S103、选择载体图像的嵌入通道；
S104、利用灰度共生矩阵确定嵌入通道的纹理方向；
S105、根据嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向；
S106、对嵌入通道进行双树复小波变换，得到嵌入通道的三级高频分解子图；
S107、选择与嵌入方向相应的嵌入通道的三级高频分解子图；
S108、将经频域变换的水印图像嵌入选择的嵌入通道的三级高频分解子图；
S109、对经嵌入的载体图像的嵌入通道进行双树复小波变换的逆变换。
首先，步骤S101至步骤S102是对水印图像进行处理。
在步骤S101中，包括但不限于对水印图像进行混沌置乱，以实现对水印图像的加密。
具体地，对水印图像进行混沌置乱可以包括：根据水印图像T(m,n)(其中，m和n为自然数)的尺寸大小，以及线性迭代方程为xk+1＝L*xk*(1-xk)(其中，k为自然数)，生成包含m*n个元素的混沌序列，其中，线性迭代方程的初值x1＝key，k表示水印图像T(m,n)中每一像素点的位置(例如k＝1时，可以表示水印图像T(m,n)中第一行第一列的像素点；k＝m*n时，可以表示水印图像T(m,n)中第m行第n列的像素点)，并且key以及L的取值可以根据需要自定义进行设置；根据大小对生成的x1,x2,x3…xk进行排序，得到位置序列Hk；根据位置序列Hk对水印图像T(m,n)进行排序，即，将由位置k表示的像素点放置在位置序列Hk中相应的位置，恢复到二维矩阵后，得到置乱后的水印图像T’(m’,n’)。由于key以及L的设置，增强了对水印图像的保密性。
在步骤S102中，频域变换包括但不限于傅里叶变换、余弦变换。
应当理解，即使不对水印图像进行加密，也不影响本实施例将水印图像嵌入载体图像中，只是水印图像的保密性较弱。
步骤S103至步骤S105，用于选取嵌入水印图像的三级高频分解子图。
在步骤S103中，参见图2，选择载体图像的嵌入通道的步骤具体包括：
S1031、判断载体图像包括一个通道还是多个通道；
若载体图像包括一个通道，则转至步骤S1032；
若载体图像包括多个通道，则转至步骤S1033；
S1032、选择通道为嵌入通道；
S1033、分别计算每个通道的灰度的标准差；
S1034、比较每个通道的标准差；
S1035、选择标准差最小的通道为嵌入通道。
具体地，在步骤S1033中，各通道的标准差可以根据下式来计算：
Figure BDA0001688594360000081
其中，M*N为载体图像的大小，aij为载体图像各通道中每个像素的灰度级的原始值，
Figure BDA0001688594360000094
为载体图像各通道中像素的灰度级的平均值。
在步骤S1035中选择标准差最小的通道作为嵌入通道，原因在于，嵌入通道的标准差越小，像素值分布越集中，经双树复小波变换后高频分量越少，对视觉影响越小，在进行水印嵌入后对载体图像影响也越小。
在步骤S104中，载体图像大小为M*N，灰度级为Ng，则满足一定空间关系的Ng*Ng阶灰度共生矩阵为：
p(i,j)＝#{(x1,y1),(x2,y2)∈M*N|f(x1,y1)＝i,f(x2,y2)＝j}
用以表示满足固定位置关系(d,θ)，灰度分别为i和j的像素对出现的次数，其中，#表示集合中满足公式条件的元素个数，(x1,y1)与(x2,y2)分别表示像素的位置，
Figure BDA0001688594360000091
表示像素间距离，
Figure BDA0001688594360000092
表示像素间夹角。
通过对像素间距离d与像素间夹角θ赋予不同的取值，可以得到不同的灰度共生矩阵p(i,j)，分别求解每一灰度共生矩阵p(i,j)的灰度矩阵能量ASM，其中：
Figure BDA0001688594360000093
灰度矩阵能量ASM最大时，该方向的像素对出现的频率最大，可以认为在此情况下θ的取值即为嵌入通道的纹理方向。
具体地，可以以±15°、±45°、±75°作为灰度共生矩阵中的像素间夹角θ来确定嵌入通道的纹理方向，原因在于，载体图像经双树复小波分解后，能够得到分解方向分别为±15°、±45°、±75°的6个三级高频分解子图，也即嵌入方向包括±15°、±45°、±75°，如此，直接根据分解方向来确定嵌入通道的纹理方向，进而确定嵌入水印图像的三级高频分解子图，可以简化步骤S105根据嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向。
此外，像素间距离d一般在数值范围{1,2,3,4}中取值，对于纹理较细的图像，一般选择较小的d，诸如d∈{1,2}，对于纹理较粗的图像，一般选择较大的d，诸如d∈{3,4}。
步骤S106是对载体图像中所选取的嵌入通道进行频域处理。
步骤S107和步骤S108则完成了将水印图像嵌入载体图像中，也即完成了将经频域变换的水印图像嵌入所选择的嵌入通道的三级高频分解子图中，其中，经频域变换的水印图像既可以替换所选择的嵌入通道的三级高频分解子图，也可以与所选择的嵌入通道的三级高频分解子图相加或者相乘。
步骤S109则实现了载体图像的还原。
在本实施例中，基于双树复小波变换的平移不变形以及方向选择性，根据载体图像通道的纹理方向适应性地选择水印图像的嵌入方向，克服了现有技术中水印的嵌入缺乏方向选择性的缺陷，提高了水印图像的隐蔽性。此外，选择标准差最小的通道作为嵌入通道，能够进一步提高水印图像的隐蔽性，增强水印图像在视觉上的不可见性。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供的数字水印处理方法还包括一种在数字水印嵌入方法之后的数字水印提取方法，图3示出了数字水印提取方法的流程图。参见图3，数字水印提取方法包括：
S201、选择已嵌入水印图像的载体图像的提取通道；
S202、利用灰度共生矩阵确定提取通道的纹理方向；
S203、根据提取通道的纹理方向选择提取方向；
S204、对提取通道进行双树复小波变换，得到提取通道的三级高频分解子图；
S205、选择与提取方向相应的提取通道的三级高频分解子图；
S206、提取所选择的提取通道的三级高频分解子图；
S207、对经提取的提取通道的三级高频分解子图进行频域变换的逆变换；
S208、对经频域变换的逆变换的提取通道的三级高频分解子图进行解密。
对于采用实施例1提供的数字水印嵌入方法将水印图像嵌入载体图像的，可以采用本实施例提供的数字水印提取方法实现水印图像的提取。
在步骤S201中，参见图4，选择已嵌入水印图像的载体图像的提取通道的步骤具体包括：
S2011、判断已嵌入水印图像的载体图像包括一个通道还是多个通道；
若已嵌入水印图像的载体图像包括一个通道，则转至步骤S2012；
若已嵌入水印图像的载体图像包括多个通道，则转至步骤S2013；
S2012、选择通道为提取通道；
S2013、分别计算每个通道的灰度的标准差；
S2014、比较每个通道的标准差；
S2015、选择标准差最小的通道为提取通道。
具体地，如何根据标准差选择通道，实施例1中已详述，本实施例不加以赘述。
在步骤S202中，也可以将±15°、±45°、±75°作为灰度共生矩阵中的像素间夹角θ来确定嵌入通道的纹理方向，原因在于，在实施例1中，水印图像被嵌入经双树复小波变换的载体图像的三级分解子图，其中三级分解子图的分解方向，也即水印图像的提取方向为±15°、±45°、±75°，如此，直接根据分解方向来确定提取通道的纹理方向，进而确定提取水印图像的三级高频分解子图，可以简化步骤S203根据提取通道的纹理方向选择提取方向。
具体地，如何利用灰度共生矩阵确定通道的纹理方向，实施例1中已详述，本实施例不加以赘述。
在步骤S206中，如何提取所选择的三级高频分解子图，取决于在实施例1中水印图像是如何嵌入载体图像的，若经频域变换的水印图像直接替换了嵌入通道中的三级高频分解子图，则在本实施例中直接提取所选择的三级高频分解子图；若经频域变换的水印图像以与三级高频分解子图相加或相乘的方式嵌入载体图像，则在本实施例中，需与所选择的三级高频分解子图进行相应的运算后，才能获得经频域变换的水印图像。
在步骤S207中，若实施例1中采用傅里叶变换，则在本实施例中，采用傅里叶变换的逆变换以还原水印图像；若实施例1中采用余弦变换，则在本实施例中，采用余弦变换的逆变换以还原水印图像。
若实施例1中未对水印图像进行加密，则步骤S207即完成了数字水印的提取；若实施例1对水印图像进行了加密，则在步骤S208中对步骤S207获得水印图像进行解密，若实施例1中采用线性迭代方程为xk+1＝L*xk*(1-xk)对原始水印图像进行加密，则在本实施例中根据实施例1中设置的初值key和系数L，实现实施例1中混沌置乱的逆置乱。
本实施例的数字水印提取方法，能够从采用实施例1提供的数字水印嵌入方法嵌入水印图像的载体图像中，提取水印图像，提供了一种与实施例1的数字水印嵌入方法相匹配的数字水印提取方法。
实施例3
本实施例提供一种基于双树复小波的数字水印处理系统，其中所述数字水印处理系统包括数字水印嵌入系统，图5示出了数字水印嵌入系统的模块示意图。参见图5，在本实施例中，数字水印处理系统包括：
频域变换模块11，用于对水印图像进行频域变换；
嵌入通道选择模块12，用于选择载体图像的嵌入通道；
第一纹理方向确定模块13，用于利用灰度共生矩阵确定嵌入通道的纹理方向；
嵌入方向选择模块14，用于根据嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；
第一双树复小波变换模块15，用于对嵌入通道进行双树复小波变换，得到嵌入通道的三级高频分解子图；
第一子图选择模块16，用于选择与嵌入方向相应的嵌入通道的三级高频分解子图；
嵌入模块17，用于将经频域变换的水印图像嵌入选择的嵌入通道的三级高频分解子图；
双树复小波逆变换模块18，用于对经嵌入的载体图像的嵌入通道进行双树复小波变换的逆变换。
本实施例的数字水印嵌入系统还可以包括加密模块10，用于对水印图像进行加密，在此情形下，频域变换模块11则用于对经加密的水印图像进行频域变换。其中，加密模块10包括但不限于对水印图像进行混沌置乱，以实现对水印图像的加密。
具体地，对水印图像进行混沌置乱可以包括：根据水印图像T(m,n)(其中，m和n为自然数)的尺寸大小，以及线性迭代方程为xk+1＝L*xk*(1-xk)(其中，k为自然数)，生成包含m*n个元素的混沌序列，其中，线性迭代方程的初值x1＝key，k表示水印图像T(m,n)中每一像素点的位置(例如k＝1时，可以表示水印图像T(m,n)中第一行第一列的像素点；k＝m*n时，可以表示水印图像T(m,n)中第m行第n列的像素点)，并且key以及L的取值可以根据需要自定义进行设置；根据大小对生成的x1,x2,x3…xk进行排序，得到位置序列Hk；根据位置序列Hk对水印图像T(m,n)进行排序，即，将由位置k表示的像素点放置在位置序列Hk中相应的位置，恢复到二维矩阵后，得到置乱后的水印图像T’(m’,n’)。由于key以及L的设置，增强了对水印图像的保密性。
当然，本实施例的数字水印嵌入系统也可以不包括加密模块10，这不影响将水印图像嵌入载体图像中，只是水印图像的保密性较弱。
频域变换模块11对水印图像进行的频域变换包括但不限于傅里叶变换、余弦变换。
参见图5，嵌入通道选择模块12包括：
第一通道数量判断单元121，用于判断载体图像包括一个通道还是多个通道；
若载体图像包括一个通道，则直接调用嵌入通道选择单元124；
若载体图像包括多个通道，则调用第一标准差计算单元122；
第一标准差计算单元122，用于分别计算每个通道的灰度的标准差；
第一标准差比较单元123，用于比较每个通道的标准差；
嵌入通道选择单元124，用于在载体图像包括一个通道时，选择该通道为嵌入通道；用于在载体图像包括多个通道时，选择标准差最小的通道为嵌入通道。
具体地，第一标准差计算单元122可以根据下式来计算各通道的标准差：
Figure BDA0001688594360000141
其中，M*N为载体图像的大小，aij为载体图像各通道中每个像素的灰度级的原始值，
Figure BDA0001688594360000145
为载体图像各通道中像素的灰度级的平均值。
在载体图像包括多个通道时，嵌入通道选择单元124选择标准差最小的通道为嵌入通道，原因在于，嵌入通道的标准差越小，像素值分布越集中，经双树复小波变换后高频分量越少，对视觉影响越小，在进行水印嵌入后对载体图像影响也越小。
若载体图像大小为M*N，灰度级为Ng，则满足一定空间关系的Ng*Ng阶灰度共生矩阵为：
p(i,j)＝#{(x1,y1),(x2,y2)∈M*N|f(x1,y1)＝i,f(x2,y2)＝j}
用以表示满足固定位置关系(d,θ)，灰度分别为i和j的像素对出现的次数，其中，#表示集合中满足公式条件的元素个数，(x1,y1)与(x2,y2)分别表示像素的位置，
Figure BDA0001688594360000142
表示像素间距离，
Figure BDA0001688594360000143
表示像素间夹角。
通过对像素间距离d与像素间夹角θ赋予不同的取值，第一纹理方向确定模块13可以得到不同的灰度共生矩阵p(i,j)，分别求解每一灰度共生矩阵p(i,j)的灰度矩阵能量ASM，其中：
Figure BDA0001688594360000144
灰度矩阵能量ASM最大时，该方向的像素对出现的频率最大，第一纹理方向确定模块13可以认为在此情况下θ的取值即为嵌入通道的纹理方向。
具体地，第一纹理方向确定模块13可以以±15°、±45°、±75°作为灰度共生矩阵中的像素间夹角θ来确定嵌入通道的纹理方向，原因在于，载体图像经双树复小波分解后，能够得到分解方向分别为±15°、±45°、±75°的6个三级高频分解子图，也即嵌入方向包括±15°、±45°、±75°，如此，直接根据分解方向来确定嵌入通道的纹理方向，进而确定嵌入水印图像的三级高频分解子图，可以简化嵌入方向选择模块14的操作。
此外，像素间距离d一般在数值范围{1,2,3,4}中取值，对于纹理较细的图像，一般选择较小的d，诸如d∈{1,2}，对于纹理较粗的图像，一般选择较大的d，诸如d∈{3,4}。
第一双树复小波变换模块15对载体图像中所选取的嵌入通道进行频域处理。
第一子图选择模块16和嵌入模块17则完成了将水印图像嵌入载体图像中，也即完成了将经频域变换的水印图像嵌入所选择的嵌入通道的三级高频分解子图中，其中，经频域变换的水印图像既可以替换所选择的嵌入通道的三级高频分解子图，也可以与所选择的嵌入通道的三级高频分解子图相加或者相乘。
双树复小波逆变换模块18则实现了载体图像的还原。
在本实施例中，基于双树复小波变换的平移不变形以及方向选择性，根据载体图像通道的纹理方向适应性地选择水印图像的嵌入方向，克服了现有技术中水印的嵌入缺乏方向选择性的缺陷，提高了水印图像的隐蔽性。此外，选择标准差最小的通道作为嵌入通道，能够进一步提高水印图像的隐蔽性，增强水印图像在视觉上的不可见性。
实施例4
在实施例3的基础上，本实施例提供的数字水印处理系统还包括一种数字水印提取系统，图6示出了数字水印提取系统的模块示意图。参见图6，数字水印提取系统包括：
提取通道选择模块21，用于选择已嵌入水印图像的载体图像的提取通道；
第二纹理方向确定模块22，用于利用灰度共生矩阵确定提取通道的纹理方向；
提取方向选择模块23，用于根据提取通道的纹理方向选择提取方向，提取方向包括±15°、±45°、±75°；
第二双树复小波变换模块24，用于对提取通道进行双树复小波变换，得到提取通道的三级高频分解子图；
第二子图选择模块25，用于选择与提取方向相应的提取通道的三级高频分解子图；
提取模块26，用于提取所选择的提取通道的三级高频分解子图；
频域逆变换模块27，用于对经提取的提取通道的三级高频分解子图进行频域变换的逆变换。
对于采用实施例3提供的数字水印嵌入系统将水印图像嵌入载体图像的，可以采用本实施例提供的数字水印提取系统实现水印图像的提取。
参见图6，提取通道选择模块21具体包括：
第二通道数量判断单元211，用于判断已嵌入水印图像的载体图像包括一个通道还是多个通道；
若已嵌入水印图像的载体图像包括一个通道，则调用提取通道选择单元214；
若已嵌入水印图像的载体图像包括多个通道，则调用第二标准差计算单元212；
第二标准差计算单元212，用于分别计算每个通道的灰度的标准差；
第二标准差比较单元213，用于比较每个通道的标准差；
提取通道选择单元214，用于在已嵌入水印图像的载体图像包括一个通道时，选择该通道为提取通道；用于在载体图像包括多个通道时，选择标准差最小的通道为提取通道。
具体地，提取通道选择模块21根据标准差选择通道的原理，与实施例3中嵌入通道选择模块12根据标准差选择通道的原理相同，本实施例不加以赘述。
第二纹理方向确定模块22也可以将±15°、±45°、±75°作为灰度共生矩阵中的像素间夹角θ来确定嵌入通道的纹理方向，原因在于，在实施例3中，水印图像被嵌入经双树复小波变换的载体图像的三级分解子图，其中三级分解子图的分解方向，也即水印图像的提取方向为±15°、±45°、±75°，如此，直接根据分解方向来确定提取通道的纹理方向，进而确定提取水印图像的三级高频分解子图，可以简化提取方向选择模块23的操作。
具体地，提取通道选择模块21根据标准差选择通道的原理，与实施例3中嵌入通道选择模块12根据标准差选择通道的原理相同，
第二纹理方向确定模块22利用灰度共生矩阵确定通道的纹理方向的原理，与实施例3中第一纹理方向确定模块13利用灰度共生矩阵确定通道的纹理方向的原理相同，本实施例不加以赘述。
提取模块26如何提取所选择的三级高频分解子图，取决于在实施例3中水印图像是如何嵌入载体图像的，若经频域变换的水印图像直接替换了嵌入通道中的三级高频分解子图，则在本实施例中直接提取所选择的三级高频分解子图；若经频域变换的水印图像以与三级高频分解子图相加或相乘的方式嵌入载体图像，则在本实施例中，需与所选择的三级高频分解子图进行相应的运算后，才能获得经频域变换的水印图像。
若实施例3中采用傅里叶变换对水印图像进行频域变换，则在本实施例中，频域逆变换模块27采用傅里叶变换的逆变换以还原水印图像；若实施例3中采用余弦变换对水印图像进行频域变换，则在本实施例中，频域逆变换模块27采用余弦变换的逆变换以还原水印图像。
若实施例3中不包括加密模块10，未对水印图像进行加密，则本实施例的数字水印提取系统不包括解密模块20，即频域逆变换模块27最终完成了数字水印的提取；若实施例3中包括加密模块10，对水印图像进行了加密，则本实施例的数字水印提取系统还包括解密模块20，解密模块20用于对频域逆变换模块27获得的水印图像进行解密，若实施例3中采用线性迭代方程为xk+1＝L*xk*(1-xk)对原始水印图像进行加密，则在本实施例中根据实施例3中设置的初值key和系数L，实现实施例3中混沌置乱的逆置乱。
本实施例的数字水印提取系统，能够从采用实施例3提供的数字水印嵌入系统嵌入水印图像的载体图像中，提取水印图像，提供了一种与实施例3的数字水印嵌入系统相匹配的数字水印提取系统。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，所述数字水印处理方法包括数字水印嵌入方法，所述数字水印嵌入方法包括：
对水印图像进行频域变换；
选择载体图像的嵌入通道；
利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向；
根据所述嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，所述嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；
对所述嵌入通道进行双树复小波变换，得到所述嵌入通道的三级高频分解子图；
选择与所述嵌入方向相应的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
将经频域变换的所述水印图像嵌入选择的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
对经嵌入的所述载体图像的所述嵌入通道进行所述双树复小波变换的逆变换；
选择载体图像的嵌入通道的步骤具体包括：
判断所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
若所述载体图像包括一个通道，则选择所述通道为所述嵌入通道；
若所述载体图像包括多个通道，则：
分别计算每个通道的灰度的标准差；
比较每个通道的所述标准差；
选择所述标准差最小的通道为所述嵌入通道；
利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向的步骤具体包括：
以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述嵌入通道的纹理方向。
2.如权利要求1所述的基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，在对水印图像进行频域变换的步骤之前，所述数字水印嵌入方法还包括：
对所述水印图像进行加密；
则对水印图像进行频域变换的步骤具体包括：
对经加密的所述水印图像进行频域变换。
3.如权利要求2所述的基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，所述加密包括混沌置乱。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，在所述数字水印嵌入方法之后，所述数字水印处理方法还包括数字水印提取方法，所述数字水印提取方法包括：
选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道；
利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向；
根据所述提取通道的纹理方向选择提取方向，所述提取方向包括±15°、±45°、±75°；
对所述提取通道进行所述双树复小波变换，得到所述提取通道的三级高频分解子图；
选择与所述提取方向相应的所述提取通道的三级高频分解子图；
提取所选择的所述提取通道的三级高频分解子图；
对经提取的所述提取通道的三级高频分解子图进行所述频域变换的逆变换；
选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道的步骤具体包括：
判断已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
若已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道，则选择所述通道为所述提取通道；
若已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括多个通道，则：
分别计算每个通道的灰度的标准差；
比较每个通道的所述标准差；
选择所述标准差最小的通道为所述提取通道；
利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向的步骤具体包括：
以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述提取通道的纹理方向。
5.如权利要求4所述的基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，当所述数字水印嵌入方法包括对所述水印图像进行加密的步骤时，所述数字水印提取方法还包括：
对经所述频域变换的逆变换的所述提取通道的三级高频分解子图进行解密。
6.如权利要求5所述的基于双树复小波的数字水印处理方法，其特征在于，当在所述数字水印嵌入方法中，所述加密包括混沌置乱时，所述解密包括混沌置乱的逆置乱。
7.一种基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，所述数字水印处理系统包括数字水印嵌入系统，所述数字水印嵌入系统包括：
频域变换模块，用于对水印图像进行频域变换；
嵌入通道选择模块，用于选择载体图像的嵌入通道；
第一纹理方向确定模块，用于利用灰度共生矩阵确定所述嵌入通道的纹理方向；
嵌入方向选择模块，用于根据所述嵌入通道的纹理方向选择嵌入方向，所述嵌入方向包括±15°、±45°、±75°；
第一双树复小波变换模块，用于对所述嵌入通道进行双树复小波变换，得到所述嵌入通道的三级高频分解子图；
第一子图选择模块，用于选择与所述嵌入方向相应的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
嵌入模块，用于将经频域变换的所述水印图像嵌入选择的所述嵌入通道的三级高频分解子图；
双树复小波逆变换模块，用于对经嵌入的所述载体图像的所述嵌入通道进行所述双树复小波变换的逆变换；
所述嵌入通道选择模块包括：
第一通道数量判断单元，用于判断所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
第一标准差计算单元，用于在所述载体图像包括多个通道时，分别计算每个通道的灰度的标准差；
第一标准差比较单元，用于比较每个通道的所述标准差；
嵌入通道选择单元，用于在所述载体图像包括一个通道时，选择所述通道为所述嵌入通道；用于在所述载体图像包括多个通道时，选择所述标准差最小的通道为所述嵌入通道；
所述第一纹理方向确定模块具体用于以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述嵌入通道的纹理方向。
8.如权利要求7所述的基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，所述数字水印嵌入系统还包括：
加密模块，用于对所述水印图像进行加密。
9.如权利要求8所述的基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，所述加密包括混沌置乱。
10.如权利要求7-9中任意一项所述的基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，所述数字水印处理系统还包括数字水印提取系统，所述数字水印提取系统包括：
提取通道选择模块，用于选择已嵌入所述水印图像的所述载体图像的提取通道；
第二纹理方向确定模块，用于利用所述灰度共生矩阵确定所述提取通道的纹理方向；
提取方向选择模块，用于根据所述提取通道的纹理方向选择提取方向，所述提取方向包括±15°、±45°、±75°；
第二双树复小波变换模块，用于对所述提取通道进行所述双树复小波变换，得到所述提取通道的三级高频分解子图；
第二子图选择模块，用于选择与所述提取方向相应的所述提取通道的三级高频分解子图；
提取模块，用于提取所选择的所述提取通道的三级高频分解子图；
频域逆变换模块，用于对经提取的所述提取通道的三级高频分解子图进行所述频域变换的逆变换；
所述提取通道选择模块包括：
第二通道数量判断单元，用于判断已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道还是多个通道；
第二标准差计算单元，用于在已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括多个通道时，分别计算每个通道的灰度的标准差；
第二标准差比较单元，用于比较每个通道的所述标准差；
提取通道选择单元，用于在已嵌入所述水印图像的所述载体图像包括一个通道时，选择所述通道为所述提取通道；用于在所述载体图像包括多个通道时，选择所述标准差最小的通道为所述提取通道；
所述第二纹理方向确定模块具体用于以±15°、±45°、±75°作为所述灰度共生矩阵中的像素间夹角来确定所述提取通道的纹理方向。
11.如权利要求10所述的基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，当所述数字水印嵌入系统包括加密模块时，所述数字水印提取系统还包括：
解密模块，用于对经所述频域变换的逆变换的所述提取通道的三级高频分解子图进行解密。
12.如权利要求11所述的基于双树复小波的数字水印处理系统，其特征在于，当在所述数字水印嵌入系统中，加密包括混沌置乱时，所述解密包括混沌置乱的逆置乱。
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