CN109993679B

CN109993679B - 一种基于向量参数的数字水印加密方法

Info

Publication number: CN109993679B
Application number: CN201910254125.XA
Authority: CN
Inventors: 王龙
Original assignee: Shenzhen Etop Information Co ltd
Current assignee: SHENZHEN ETOP INFORMATION Co.,Ltd.
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2019-03-30
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2039-03-30
Also published as: CN109993679A

Abstract

本发明涉及一种基于向量参数的数字水印加密方法，用于对图像文件添加数字水印，具体包括以下步骤：图像拆分步骤，将所述图像文件拆分为红色分量图层、绿色分量图层和蓝色分量图层；加密步骤，包括第一加密步骤、第二加密步骤和第三加密步骤；放大步骤，包括第一放大步骤、第二放大步骤以及第三放大步骤；标记步骤，包括第一标记步骤、第二标记步骤以及第三标记步骤；叠合步骤，包括第一叠合步骤、第二叠合步骤以及第三叠合步骤；合成步骤，将叠合步骤输出的红色分量图层、绿色分量图层以及蓝色分量图层合成为新的图像文件。处理较为可靠，加密安全，同时使水印不能轻易被移出，而加密算法较为简单，处理效率较高。

Description

一种基于向量参数的数字水印加密方法

技术领域

本发明涉及水印加密技术领域,更具体地说，涉及一种基于向量参数的数字水印加密方法。

背景技术

数字水印技术是一种信息隐藏技术，可以将版权信息、标识信息、图像等信息以可见或者不可见的方式嵌入进视频、音频、图片、文本等载体图像之中。嵌入不可见水印信息时，由于嵌入的水印信息低于人类视觉系统所能承受的最小粒度发现范围，所以，它一方面可以用于证明作品的来源，作为侵权起诉的证据，另一方面还可以通过对数字作品的水印进行检测、分析，实现对作品的完整性保护。1、灰度值加密：图像的灰度值直方图本质上是一种表示数字图像各级灰度值及其出现频数关系的函数，他描述的是图像中具有的该灰度值的像素的个数。像素灰度值加密是利用混沌映射产生的灰度值扰乱向量（矩阵），对原始图像像素值进行扰乱，达到隐藏图像信息的目的。灰度值加密使用两个矩阵进行异或后得到。2、位置加密：位置加密主要是利用混沌行为的不可重复、不可预测和初始条件极端敏感的特性，经过对混沌序列进行处理，产生混沌位置扰乱向量或者说混沌位置置乱矩阵，来改变像素在原始图像矩阵中的位置，达到图像不可读，掩盖图像信息的目的。3、双因子加密方法：由于位置加密的实现原理比较简单，虽然经过位置加密后的水印图像在视觉效果上已经达到了置乱，但是并不能改变原图像直方图。这样很容易泄漏水印图像的统计信息，因此，为了增强安全性，采用位置加密和灰度值加密相结合（双因子加密）的方法对水印图像进行加密。这种加密方法可降低在水印图像遭受提取时水印被破译的概率，确保水印的安全保密性。从水印加密的角度来看，双因子加密机制加密数字水印时产生两个混沌矩阵，一个用来做位置加密，一个用来做灰度加密，将二者结合起来，混沌序列便不可预测，故即使知道了水印序列，在没有混沌加密的密钥矩阵的情况下也是无法对水印信息进行破解。以此达到水印安全性方面的要求，从而起到了对版权较好的保护。

但是目前的加密技术都是通过对二维图像特征进行加密，而这样一来，由于加密方式较为简单，所以存在被破译的可能，而一旦隐藏数字水印被破译，就可以通过重混合算法对文件进行重新编译而获得未加水印的文件，从而可以对著作人造成较大的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于向量参数的数字水印加密方法，以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于向量参数的数字水印加密方法，用于对图像文件添加数字水印，具体包括以下步骤：

图像拆分步骤，将所述图像文件拆分为红色分量图层、绿色分量图层和蓝色分量图层；

加密步骤，包括第一加密步骤、第二加密步骤和第三加密步骤；第一加密步骤包括通过灰度加密算法对数字水印进行加密以得到第一混沌矩阵以及对应的第一密钥；第二加密步骤包括通过位置加密算法对数字水印进行加密以得到第二混沌矩阵以及对应的第二密钥；第三加密步骤包括通过双因子加密算法对数字水印进行加密以得到第三混沌矩阵以及对应的第三密钥；

放大步骤，包括第一放大步骤、第二放大步骤以及第三放大步骤；第一放大步骤包括通过第一矩阵放大算法处理第一混沌矩阵以得到第一中间矩阵，所述第一中间矩阵的大小与红色分量图层的预设加密图区的大小相同；第二放大步骤包括通过第二矩阵放大算法处理第二混沌矩阵以得到第二中间矩阵，所述第二中间矩阵的大小与绿色分量图层的预设加密图区的大小相同；第三放大步骤包括通过第三矩阵放大算法处理第三混沌矩阵以得到第二中间矩阵，所述第三中间矩阵的大小与蓝色分量图层的预设加密图区的大小相同；

标记步骤，包括第一标记步骤、第二标记步骤以及第三标记步骤；第一标记步骤包括在所述红色分量图层的预设加密图区中标记第一加密像点的位置，每一第一加密像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为1的数值在第一中间矩阵中的位置一一对应；第二标记步骤包括在所述绿色分量图层的预设加密图区中标记第二加密像点的位置，每一第二加密像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为1的数值在第二中间矩阵中的位置一一对应；第三标记步骤包括在所述蓝色分量图层的预设加密图区中标记第三加密像点的位置，每一第三加密像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为1的数值在第三中间矩阵中的位置一一对应；

叠合步骤，包括第一叠合步骤、第二叠合步骤以及第三叠合步骤；所述第一叠合步骤包括将被标记的第一加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第二叠合步骤包括将被标记的第二加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第三叠合步骤包括将被标记的第三加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；

合成步骤，将叠合步骤输出的红色分量图层、绿色分量图层以及蓝色分量图层合成为新的图像文件。

进一步地：所述红色分量图层的预设加密图区与对应的红色分量图层的大小相同；所述绿色分量图层的预设加密图区与对应的绿色分量图层的大小相同；所述蓝色分量图层的预设加密图区与对应的蓝色分量图层的大小相同。

进一步地：所述矩阵放大算法包括根据预设加密图区的大小，根据混沌矩阵中逻辑1的数值的位置通过逻辑0对应的数值放大混沌矩阵以得到所述中间矩阵，以使在中间矩阵中逻辑1的数值不相邻。

进一步地：所述矩阵放大算法的放大倍数至少为10倍。

进一步地：所述第一标记步骤还包括将所述红色分量图层的预设加密图区中标记第一占空像点的位置，每一所述第一占空像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为0的数值在第一中间矩阵中一一对应；所述第二标记步骤还包括将所述红色分量图层的预设加密图区中标记第二占空像点的位置，每一所述第二占空像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为0的数值在第二中间矩阵中一一对应；所述第三标记步骤还包括将所述红色分量图层的预设加密图区中标记第三占空像点的位置，每一所述第三占空像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为0的数值在第三中间矩阵中一一对应；所述第一叠合步骤包括筛选出被标记的第一占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第一占空像点，并修改该被筛选得到的所述第一占空像点的像素值，以使所有的第一占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第二叠合步骤包括筛选出被标记的第二占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第二占空像点，并修改该被筛选得到的所述第二占空像点的像素值，以使所有的第二占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第三叠合步骤包括筛选出被标记的第三占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第三占空像点，并修改该被筛选得到的所述第三占空像点的像素值，以使所有的第三占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值。

进一步地：所述数字水印的长值的取值范围为100-1024个像素。

进一步地：所述数字水印的宽值的取值范围为100-1024个像素。

进一步地：所述加密步骤包括将第一密钥、第二密钥以及第三密钥进行加密处理得到加密密文以及对应的解密密钥。

进一步地：所述加密步骤通过哈希加密算法加密所述第一密钥、第二密钥以及第三密钥。

进一步地：所述图像拆分步骤包括备份并加密所述图像文件。

本发明技术效果主要体现在以下方面：通过对图像文件的加密，处理较为可靠，加密安全，同时使水印不能轻易被移出，而加密算法较为简单，处理效率较高。

附图说明

图1：本发明的基于向量参数的数字水印加密方法的流程示意图一；

图2：本发明的基于向量参数的数字水印加密方法的流程示意图二。

附图标记：1、图像拆分步骤；11、红色分量图层；12、绿色分量图层；13、蓝色分量图层；2、加密步骤；21、第一加密步骤；22、第二加密步骤；23、第三加密步骤；3、放大步骤；31、第一放大步骤；32、第二放大步骤；33、第三放大步骤；4、标记步骤；41、第一标记步骤；42、第二标记步骤；43、第三标记步骤；5、叠合步骤；51、第一叠合步骤；52、第二叠合步骤；53、第三叠合步骤；6、合成步骤。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

参照图1和图2所示，一种基于向量参数的数字水印加密方法，用于对图像文件添加数字水印，需要说明的是，目的是用于在不改变图片的前提下，添加隐藏水印。具体包括以下步骤：

图像拆分步骤1，将所述图像文件拆分为红色分量图层11、绿色分量图层12和蓝色分量图层13；由于每个图片都具有R,G,B三个值，所以每个值分别构成一个分量图层，然后就可以获得三个分量图层。

加密步骤，包括第一加密步骤12、第二加密步骤22和第三加密步骤32；第一加密步骤12包括通过灰度加密算法对数字水印进行加密以得到第一混沌矩阵以及对应的第一密钥；第二加密步骤22包括通过位置加密算法对数字水印进行加密以得到第二混沌矩阵以及对应的第二密钥；第三加密步骤32包括通过双因子加密算法对数字水印进行加密以得到第三混沌矩阵以及对应的第三密钥；这样一来就可以得到三个密钥以及对应的三个混沌矩阵，而三个加密步骤的加密方法不同，这样一来就可以得到多个不同的加密矩阵。

放大步骤，包括第一放大步骤13、第二放大步骤23以及第三放大步骤33；第一放大步骤13包括通过第一矩阵放大算法处理第一混沌矩阵以得到第一中间矩阵，所述第一中间矩阵的大小与红色分量图层11的预设加密图区的大小相同；第二放大步骤23包括通过第二矩阵放大算法处理第二混沌矩阵以得到第二中间矩阵，所述第二中间矩阵的大小与绿色分量图层12的预设加密图区的大小相同；第三放大步骤33包括通过第三矩阵放大算法处理第三混沌矩阵以得到第二中间矩阵，所述第三中间矩阵的大小与蓝色分量图层13的预设加密图区的大小相同；通过三个放大步骤得到对应的中间矩阵这样一来，每个像点就有对应的矩阵的数值。

标记步骤，包括第一标记步骤14、第二标记步骤24以及第三标记步骤34；第一标记步骤14包括在所述红色分量图层11的预设加密图区中标记第一加密像点的位置，每一第一加密像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为1的数值在第一中间矩阵中的位置一一对应；第二标记步骤24包括在所述绿色分量图层12的预设加密图区中标记第二加密像点的位置，每一第二加密像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为1的数值在第二中间矩阵中的位置一一对应；第三标记步骤34包括在所述蓝色分量图层13的预设加密图区中标记第三加密像点的位置，每一第三加密像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为1的数值在第三中间矩阵中的位置一一对应；由于标记步骤中间矩阵逻辑1的数值就可以在对应的分量图层中找到的对应的位置。

叠合步骤，包括第一叠合步骤15、第二叠合步骤25以及第三叠合步骤35；所述第一叠合步骤15包括将被标记的第一加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第二叠合步骤25包括将被标记的第二加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第三叠合步骤35包括将被标记的第三加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；需要说明的是，将RPD图像的三层都进行修改，才能得到对应的像素值。需要验证时，首先可以通过对应的帧的图像，获取到所有其像素值等于相邻的四个像点的像素值的平均值的像点的位置，这样就可以获得中间矩阵，然后对中间矩阵进行缩小处理，就可以得到混沌矩阵，然后对混沌矩阵通过密钥进行解密，就可以获得待处理水印。而这样的方式，对图像的修改更加平和，不会对画面产生较大的影响，同时效率较高。

合成步骤6，将叠合步骤输出的红色分量图层11、绿色分量图层12以及蓝色分量图层13合成为新的图像文件。合成步骤6就将三个分量图层重新结合为新的图像文件则完成了水印加密。

所述红色分量图层11的预设加密图区与对应的红色分量图层11的大小相同；所述绿色分量图层12的预设加密图区与对应的绿色分量图层12的大小相同；所述蓝色分量图层13的预设加密图区与对应的蓝色分量图层13的大小相同。

所述矩阵放大算法包括根据预设加密图区的大小，根据混沌矩阵中逻辑1的数值的位置通过逻辑0对应的数值放大混沌矩阵以得到所述中间矩阵，以使在中间矩阵中逻辑1的数值不相邻。

所述矩阵放大算法的放大倍数至少为10倍。所述第一标记步骤14还包括将所述红色分量图层11的预设加密图区中标记第一占空像点的位置，每一所述第一占空像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为0的数值在第一中间矩阵中一一对应；所述第二标记步骤24还包括将所述红色分量图层11的预设加密图区中标记第二占空像点的位置，每一所述第二占空像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为0的数值在第二中间矩阵中一一对应；所述第三标记步骤34还包括将所述红色分量图层11的预设加密图区中标记第三占空像点的位置，每一所述第三占空像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为0的数值在第三中间矩阵中一一对应；所述第一叠合步骤15包括筛选出被标记的第一占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第一占空像点，并修改该被筛选得到的所述第一占空像点的像素值，以使所有的第一占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第二叠合步骤25包括筛选出被标记的第二占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第二占空像点，并修改该被筛选得到的所述第二占空像点的像素值，以使所有的第二占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第三叠合步骤35包括筛选出被标记的第三占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第三占空像点，并修改该被筛选得到的所述第三占空像点的像素值，以使所有的第三占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值。提高准确性。

所述数字水印的长值的取值范围为100-1024个像素。所述数字水印的宽值的取值范围为100-1024个像素。所述加密步骤包括将第一密钥、第二密钥以及第三密钥进行加密处理得到加密密文以及对应的解密密钥。所述加密步骤通过哈希加密算法加密所述第一密钥、第二密钥以及第三密钥。提高数据的安全性。所述图像拆分步骤1包括备份并加密所述图像文件。这样就可以保存原来的图像文件用于获取对应的水印。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种基于向量参数的数字水印加密方法，用于对图像文件添加数字水印，其特征在于：

具体包括以下步骤：

加密步骤，包括第一加密步骤、第二加密步骤和第三加密步骤；

第一加密步骤包括通过灰度加密算法对数字水印进行加密以得到第一混沌矩阵以及对应的第一密钥；

第二加密步骤包括通过位置加密算法对数字水印进行加密以得到第二混沌矩阵以及对应的第二密钥；

第三加密步骤包括通过双因子加密算法对数字水印进行加密以得到第三混沌矩阵以及对应的第三密钥；

放大步骤，包括第一放大步骤、第二放大步骤以及第三放大步骤；

第一放大步骤包括通过矩阵放大算法处理第一混沌矩阵以得到第一中间矩阵，所述第一中间矩阵的大小与红色分量图层的预设加密图区的大小相同；

第二放大步骤包括通过矩阵放大算法处理第二混沌矩阵以得到第二中间矩阵，所述第二中间矩阵的大小与绿色分量图层的预设加密图区的大小相同；

第三放大步骤包括通过矩阵放大算法处理第三混沌矩阵以得到第三中间矩阵，所述第三中间矩阵的大小与蓝色分量图层的预设加密图区的大小相同；

标记步骤，包括第一标记步骤、第二标记步骤以及第三标记步骤；

第一标记步骤包括在所述红色分量图层的预设加密图区中标记第一加密像点的位置，每一第一加密像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为1的数值在第一中间矩阵中的位置一一对应；

第二标记步骤包括在所述绿色分量图层的预设加密图区中标记第二加密像点的位置，每一第二加密像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为1的数值在第二中间矩阵中的位置一一对应；

第三标记步骤包括在所述蓝色分量图层的预设加密图区中标记第三加密像点的位置，每一第三加密像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为1的数值在第三中间矩阵中的位置一一对应；

叠合步骤，包括第一叠合步骤、第二叠合步骤以及第三叠合步骤；

所述第一叠合步骤包括将被标记的第一加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；

所述第二叠合步骤包括将被标记的第二加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；

所述第三叠合步骤包括将被标记的第三加密像点的像素值修改为其相邻的四个像点的像素值的平均值；

合成步骤，将叠合步骤输出的红色分量图层、绿色分量图层以及蓝色分量图层合成为新的图像文件；

所述红色分量图层的预设加密图区与对应的红色分量图层的大小相同；所述绿色分量图层的预设加密图区与对应的绿色分量图层的大小相同；所述蓝色分量图层的预设加密图区与对应的蓝色分量图层的大小相同；

所述矩阵放大算法包括根据预设加密图区的大小，根据混沌矩阵中逻辑1的数值的位置通过逻辑0对应的数值放大混沌矩阵以得到所述中间矩阵，以使在中间矩阵中逻辑1的数值不相邻；

所述矩阵放大算法的放大倍数至少为10倍；

所述第一标记步骤还包括在所述红色分量图层的预设加密图区中标记第一占空像点的位置，每一所述第一占空像点的位置与所述第一中间矩阵中逻辑为0的数值在第一中间矩阵中一一对应；所述第二标记步骤还包括在所述绿色分量图层的预设加密图区中标记第二占空像点的位置，每一所述第二占空像点的位置与所述第二中间矩阵中逻辑为0的数值在第二中间矩阵中一一对应；所述第三标记步骤还包括在所述蓝色分量图层的预设加密图区中标记第三占空像点的位置，每一所述第三占空像点的位置与所述第三中间矩阵中逻辑为0的数值在第三中间矩阵中一一对应；所述第一叠合步骤包括筛选出被标记的第一占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第一占空像点，并修改被筛选得到的所述第一占空像点的像素值，以使所有的第一占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第二叠合步骤包括筛选出被标记的第二占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第二占空像点，并修改被筛选得到的所述第二占空像点的像素值，以使所有的第二占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值；所述第三叠合步骤包括筛选出被标记的第三占空像点中，像素值为其相邻的四个像点的像素值的平均值的第三占空像点，并修改被筛选得到的所述第三占空像点的像素值，以使所有的第三占空像点的像素值不等于其相邻的四个像点的像素值的平均值。

2.如权利要求1所述的一种基于向量参数的数字水印加密方法，其特征在于：所述数字水印的长值的取值范围为100-1024个像素。

3.如权利要求2所述的一种基于向量参数的数字水印加密方法，其特征在于：所述数字水印的宽值的取值范围为100-1024个像素。

4.如权利要求1所述的一种基于向量参数的数字水印加密方法，其特征在于：所述加密步骤包括将第一密钥、第二密钥以及第三密钥进行加密处理得到加密密文以及对应的解密密钥。

5.如权利要求4所述的一种基于向量参数的数字水印加密方法，其特征在于：所述加密步骤通过哈希加密算法加密所述第一密钥、第二密钥以及第三密钥。

6.如权利要求1所述的一种基于向量参数的数字水印加密方法，其特征在于：所述图像拆分步骤包括备份并加密所述图像文件。