CN111028123B - 一种抗打印的大容量文本数字水印方法 - Google Patents

一种抗打印的大容量文本数字水印方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗打印的大容量文本数字水印方法，水印嵌入过程、水印提取过程。嵌入过程包括：步骤一，文本信息转为图像信息；步骤二，图像去噪处理；步骤三，字符切分处理；步骤四，定义字符打印扫描常量；步骤五，根据所述打印扫描常量构造大容量水印量化函数，根据水印信息求取嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量；步骤六，重构所述有效字符。嵌入过程包括：步骤一，文本信息转为图像信息；步骤二，图像去噪处理；步骤三，字符切分处理；步骤四，定义字符打印扫描常量；步骤五，根据所述打印扫描常量求解大容量水印量化函数，根据所述量化函数取值范围按格雷码编码规则解码出水印信息。

Description

一种抗打印的大容量文本数字水印方法
技术领域
本发明涉及数字水印技术领域，尤其是涉及了一种抗打印的大容量文本数字水印方法。
背景技术
随着互联网的发展，数据和信息在生活中无处不在，而且交互越来越频繁。但是数字信息本身具有易于复制、易于转录的特点，使得人们能够很轻松的随意拷贝或者使用数字信息。因此，伴随着DT(Data Technology)时代的来临，数字信息的版权保护问题也越发的突出，而数字水印技术为解决上诉问题提供了一种思路。数字水印(Digitalwatermarking)是指向多媒体数据(如图像、视频、音频等)中添加特定的数字标识信息(水印)，但不能影响原始数据的品质和使用性，并且能够重新提取出来，从而达到保护版权目的的一种信息隐藏学方法。
目前，针对图像的数字水印技术已比较成熟，而文本由于其本身具有的冗余信息较少，如何有效的在文本中添加数字水印就显得相对困难。此外，文本文件不仅通过数字的形式存在，还会通过打印、复印等方式以纸质的状态出现，而打印扫描过程中对数字图像、文本的影响很大，不仅存在人为干扰，也存在设备的影响，普通的数字水印技术经过打印扫描后可能难以提取出嵌入的水印信息。另外，目前的已有的方案里水印的容量还不高，对纠错校验涉及不深。
发明内容
为解决现有技术的不足，实现水印容量大、抗打印扫描、纠错能力强的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种抗打印的大容量文本数字水印方法，包括水印嵌入过程、水印提取过程。
所述水印嵌入过程，包括如下步骤：
步骤一，文本信息转为图像信息；
步骤二，图像去噪处理，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符，并记录它们的位置，分别保存；
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M，定义剩余所述有用字符的像素点集合为X＝{x1，x2，…，xn}，定义T＝X/M＝{t1，t2，…，tn}为每个所述有效字符的打印扫描常量；
步骤五，根据所述T构造大容量水印量化函数，根据水印信息求取嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量；所述水印信息和所述量化函数之间采用格雷码编码，所述水印信息根据所述格雷码编码规则得到所述量化函数
Figure BDA0002267967850000011
的特定值Y，通过所述特定值Y和所述T计算所述量化函数
Figure BDA0002267967850000021
得到嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量集合
Figure BDA0002267967850000022
步骤六，重构所述有效字符，使之带有所述水印信息；
所述水印提取过程，包括如下步骤：
步骤一，文本信息转为图像信息；
步骤二，图像去噪处理，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符，并记录它们的位置，分别保存；
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M’，定义剩余所述有效字符的像素点集合为X’＝{x1’，x2’，…，xn’}，定义T’＝X’/M’＝{t1’，t2’，…，tn’}为每个所述有效字符的打印扫描常量；
步骤五，根据所述T’求解大容量水印量化函数，根据所述量化函数取值范围按格雷码编码规则解码出水印信息；根据所述T’求解所述量化函数Y＝F(T’)，得到所述量化函数的特定值Y，根据所述特定值Y的取值范围，按所述格雷码编码规则解码所述水印信息。
所述水印嵌入过程，所述量化函数是二次函数
Figure BDA0002267967850000023
c是所述二次函数的中点，由所述T构造，p是步长，t是所述新打印扫描常量；
所述水印提取过程，所述量化函数是二次函数Y＝F(T’)＝((t-c)×p)2，c是所述二次函数的中点，由所述T’构造，p是步长，t是所述打印扫描常量。
该量化函数的目的是使单个字符携带水印信息。
所述水印嵌入过程，对所述水印信息进行加密校验处理；
所述水印提取过程，对所述水印信息进行解密校验处理，重构出原始的水印信息。
所述水印嵌入过程，所述步骤六，计算字符的边界描述子，根据所述
Figure BDA0002267967850000024
与所述T之间的差距，通过边界描述子的高频分量来翻转字符边界像素点，使T接近
Figure BDA0002267967850000025
通过新边界重构新字符。
所述图像去噪处理，采用阈值分类方法，将面积小于一定阈值的字符为所述无效字符。
所述字符切分处理，采用连通域的方法来统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分。
本发明的优势和有益效果在于：
本发明用文本作为数字水印的载体，通过抗打印的大容量文本数字水印方法，实现了数字水印抗打印扫描、大容量、抗噪声、鲁棒性高、纠错能力强、支持盲提取、抗缩放的效果。
附图说明
图1是本发明中数字水印嵌入流程图。
图2是本发明中数字水印提取流程图。
图3是本发明中加密校验流程图。
图4是本发明中边界像素翻转重构新字符的示意图。
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。
一种抗打印的大容量文本数字水印方法，包括水印嵌入过程、水印提取过程。
如图1所示，所述水印嵌入过程，包括如下步骤：
步骤一，文本信息转为图像信息。
步骤二，图像滤波处理，采用阈值分类方法，将面积小于一定阈值的字符为所述无效字符，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符后记录它们的位置，并分别保存；例如标点符号可当做无用字符。
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，采用连通域的方法来统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；例如“印”可以被切分为左右两个有效字符。
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M，定义剩余所述有用字符的像素点集合为X＝{x1，x2，…，xn}，定义T＝X/M＝{t1，t2，…，tn}为每个所述有效字符的打印扫描常量。
步骤五，根据所述T构造大容量水印量化函数，根据水印信息求取嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量。
如图3所示，对所述水印信息进行加密校验处理。由于嵌入到文本中的水印信息是用二进制0或者1来描述的，因此为了增强0或者1抗干扰的能力，故对其进行加密和校验处理，以实现在一定提取误码率的情况下仍能解码出水印信息。加密、校验方案可采用二维码、ECC等加密、校验方案。
所述水印信息和所述量化函数之间采用格雷码编码，所述水印信息根据所述格雷码编码规则得到所述量化函数
Figure BDA0002267967850000031
的特定值Y，通过所述特定值Y和所述T计算所述量化函数
Figure BDA0002267967850000032
得到嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量集合
Figure BDA0002267967850000033
该量化函数的目的是使单个字符携带多bit水印信息,以达到大容量的目的。
所述量化函数是二次函数
Figure BDA0002267967850000034
c是所述二次函数的中点，由所述T构造，p是步长，t是所述新打印扫描常量。
在水印嵌入过程中，若水印信息为2’b00，则Y＝3600；若水印信息为2’b01，则Y＝1600；若水印信息为2’b11，则Y＝400；若水印信息为2’b10，则Y＝0。若T的取值范围在0.4～2.0之间，通过均分T的取值范围构造二次函数的中点c，构造如下：
Figure BDA0002267967850000035
步长p可选，这里以p＝300为例，根据得到的Y、c、p、解量化函数
Figure BDA0002267967850000036
得到t的集合
Figure BDA0002267967850000041
即嵌入水印信息后字符的新打印扫描常量集合。该量化函数的目的是使单个字符携带2bits以上的水印信息。
步骤六，重构所述有效字符，使之带有所述水印信息。计算字符的边界描述子，根据所述
Figure BDA0002267967850000042
与所述T之间的差距，通过边界描述子的高频分量来翻转字符边界像素点，使T接近
Figure BDA0002267967850000043
通过新边界重构新字符。如图4所示，左上方是原字符，右上方是原字符边界，左下方是边界像素翻转后的字符边界，右下方是重构的新字符。
如图2所示，所述水印提取过程，包括如下步骤：
步骤一，将带有水印信息的文本信息转为图像信息；
步骤二，图像滤波处理，采用阈值分类方法，将面积小于一定阈值的字符为所述无效字符，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符后记录它们的位置，并分别保存；例如标点符号可当做无用字符。
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，采用连通域的方法来统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；例如“印”可以被切分为左右两个有效字符。
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M’，定义剩余所述有效字符的像素点集合为X’＝{x1’，x2’，…，xn’}，定义T’＝X’/M’＝{t1’，t2’，…，tn’}为每个所述有效字符的打印扫描常量；
步骤五，根据所述T’求解大容量水印量化函数，根据所述量化函数取值范围按格雷码编码规则解码出水印信息；
根据所述T’求解所述量化函数Y＝F(T’)，得到所述量化函数的特定值Y，根据所述特定值Y的取值范围，按所述格雷码编码规则解码所述水印信息。
所述量化函数是二次函数Y＝F(T’)＝((t-c)×p)2，c是所述二次函数的中点，由所述T’构造，p是步长，t是所述打印扫描常量。
根据水印嵌入过程中Y的取值范围确定函数的取值范围，例如Y取值范围在0～3600之间时，在水印提取过程中，将提取过程中的T’，代入量化函数Y＝F(T’)＝((t-c)×p)2，若0≤Y＜100，则得到水印信息2’b10，若100≤Y＜900，则得到水印信息2’b11，若900≤Y＜2500，则得到水印信息2’b01，若2500≤Y＜3600，则得到水印信息2’b00。
对所述水印信息进行对解密校验处理，重构出原始的水印信息。对解码的所述水印信息按照解密规则进行解密，按纠错规则进行校验，使得提取的水印即使有误差也能获得原始的水印信息。

Claims (5)

1.一种抗打印的大容量文本数字水印方法，包括水印嵌入过程、水印提取过程，其特征在于，所述水印嵌入过程，包括如下步骤：
步骤一，文本信息转为图像信息；
步骤二，图像去噪处理，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符，并记录它们的位置，分别保存；
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M，定义剩余所述有效 字符的像素点集合为X＝{x1，x2，…，xn}，定义T＝X/M＝{t1，t2，…，tn}为每个所述有效字符的打印扫描常量；
步骤五，根据所述T构造大容量水印量化函数，根据水印信息求取嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量；所述水印信息和所述量化函数之间采用格雷码编码，所述水印信息根据所述格雷码编码规则得到所述量化函数
Figure FDA0003461986520000011
的特定值Y，通过所述特定值Y和所述T计算所述量化函数
Figure FDA0003461986520000012
得到嵌入所述水印信息后字符的新打印扫描常量集合
Figure FDA0003461986520000013
所述量化函数是二次函数
Figure FDA0003461986520000014
c是所述二次函数的中点，由所述T构造，通过均分T的取值范围构造二次函数的中点c，p是步长，t是所述新打印扫描常量；
步骤六，重构所述有效字符，使之带有所述水印信息；
所述水印提取过程，包括如下步骤：
步骤一，文本信息转为图像信息；
步骤二，图像去噪处理，筛选出所述图像中的有效字符和无效字符，并记录它们的位置，分别保存；
步骤三，字符切分处理，对所述有效字符以行为单位，统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分；
步骤四，定义字符打印扫描常量，定义第一行所述有效字符的平均像素点数为M’，定义剩余所述有效字符的像素点集合为X’＝{x1’，x2’，…，xn’}，定义T’＝X’/M’＝{t1’，t2’，…，tn’}为每个所述有效字符的打印扫描常量；
步骤五，根据所述T’求解大容量水印量化函数，根据所述量化函数取值范围按格雷码编码规则解码出水印信息；根据所述T’求解所述量化函数Y＝F(T’)，得到所述量化函数的特定值Y，根据所述特定值Y的取值范围，按所述格雷码编码规则解码所述水印信息；所述量化函数是二次函数Y＝F(T’)＝((t-c)×p)2，c是所述二次函数的中点，由所述T’构造，p是步长，t是所述打印扫描常量。
2.根据权利要求1所述的一种抗打印的大容量文本数字水印方法，其特征在于，所述水印嵌入过程，对所述水印信息进行加密校验处理；
所述水印提取过程，对所述水印信息进行解密校验处理，重构出原始的水印信息。
3.根据权利要求1所述的一种抗打印的大容量文本数字水印方法，其特征在于，所述水印嵌入过程，所述步骤六，计算字符的边界描述子，根据所述
Figure FDA0003461986520000021
与所述T之间的差距，通过边界描述子的高频分量来翻转字符边界像素点，使T接近
Figure FDA0003461986520000022
通过新边界重构新字符。
4.根据权利要求1所述的一种抗打印的大容量文本数字水印方法，其特征在于，所述图像去噪处理，采用阈值分类方法，将面积小于一定阈值的字符为所述无效字符。
5.根据权利要求1所述的一种抗打印的大容量文本数字水印方法，其特征在于，所述字符切分处理，采用连通域的方法来统计每行内部的有效字符特征并对其进行切分。
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