CN111292219A - 一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，通过对目标图片或视频数据叠加或植入隐性水印(即一种人类肉眼不易察觉的可见水印，水印植入到目标图片或视频中，不影响正常观看，但一旦拍照或录像拷贝后，又方便提取和识别的水印)信息，当使用拍照或录像手段对目标进行拷贝复制时，在拍照或录像获得的图片或视频文件中包含水印信息，通过本发明提供的方法进行水印提取，可实现信息的溯源。此方法具有不影响屏幕阅读、不易察觉、隐蔽性好、识别率高、纠错能力强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，通过对目标图片或视频数据叠加或植入隐性水印信息，当使用拍照或录像手段对目标进行拷贝复制时，在拍照或录像获得的图片或视频文件中包含水印信息，通过本发明提供的方法进行水印提取，可实现信息的溯源。涉及到图形图像处理、信息编解码等领域。
背景技术
随着拍照手机、具备摄录像功能的移动设备越来越普及，使用对显示屏幕进行拍照、录像的方式进行信息转移、泄密的案例越来越多。拍照、录像的方式导致原有的信息系统的安全和防泄密功能无法发挥其作用。而传统的用于数字版权的数字水印技术，由于容易被破坏和伪造，已逐步被各大音视频发行方所摒弃。目前学院派们热衷的在图形图像的变换域、压缩域植入水印的方式，在面临拍照和录像拷贝时，也是很难提取，失去了植入水印的目的。还有一种方式针对拍照和录像进行防护的方法，即通过在屏幕旁架设一个电磁波发射器，能够影响拍摄过程中的光谱，直接导致拍照和录像出的图片或视频有很大干扰，无法达到拷贝的目的。但此种方法成本过高且不间断的电磁波发射对人体的影响也很大。
因此，本发明涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，提供了一种隐性水印，即一种人类肉眼不易察觉的可见水印(如图1所示)，水印植入到目标图片或视频中，不影响正常观看，但一旦拍照或录像拷贝后，又方便提取和识别的水印。
发明内容
本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，由两个过程组成：隐性水印构造和水印提取识别。其中：
1.隐性水印构造
1.1.定义
隐性水印构造是指，将信息进行编码，以点阵方式表示。其中，信息可以是各类可标识的数据，例如计算机的MAC地址“00-50-56-C0-00-08”、IP地址“192.168.3.151”、文字信息要转换成UNICODE(“请勿拍照”的UNICODE为“8BF752FF62CD7167”)，这些可标识的数据可用于标识原始图片或视频数据的源头信息，如发行方信息、当前播放的计算机信息、当前播放的用户信息、或授权的用户或计算机信息等。有了可标识的数据，接下来就是根据码表将可标识的数据进行编码，转换成点阵表示，类似于二维码编码。如图2所示，左侧为一示例的标识数字的十六进制码表，右侧为将一个IP地址“10.25.19.217”按照左侧码表编码的结果。
1.2.码表设计
码表是一种编码设计，用来存储数据信息的，因此能存储多少信息量和支持存储什么类型的数据，都取决于码表的设计。另一方面，码表的设计应受水印提取识别方法的限制，为了提高识别率，码表在设计时应尽量降低二义性。
本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，采用的是点阵方式的水印，因此原则上可采用各类进制的码表来标识点阵。但由于信息量的原因，导致信息量大就需要使用更高进制的码表。
本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，对于水印提取识别的算法中，识别算法使用的是汉明距离决策相似度的，因此码表在设计时需要尽可能保证采用的编码在整个场景中距离唯一性。
因此，按照上述的两个原则，本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法采用十六进制码表(如图3所示)。每个编码由两部分组成，第一部分(由编码的左上、右上和左下依次组成)是使用三个点表示十六进制的一位，此处采用三进制设计点的位置，因此三位三进制最大表示26位，最接近十六进制的16个数；第二部分(是编码的右下)是前三位的校验和，这样在水印提取时，如果丢掉任意一个点，都可以有剩下的三个点来补齐，同时，因为对于三进制来说校验和最大为4，所以可以通过校验和的空间位置信息来判别三进制的第二位和第三位的取值。例如数值5，采用三进制编码为“012”，其校验和为3。对于本码表的汉明距离验证，由图3可见，每位编码实际是在一个6*6的表格中的，因此可转化为一个36位的二进制数值，36位中任意选取4位的可能组合数为58905种，因为58905＞＞16*16*16，因此编码的汉明距离是近似唯一的。
1.3.定位符设计
定位符是用于确定坐标系的标识，如图1中所示的图片四角的四个点。因为在拍照过程中难免会出现相机和屏幕夹角的情况，无论是垂直夹角还是水平夹角均会导致坐标系的拉伸，影响最终的水印识别的效果。
定位符的位置可自行根据水印提取算法定义。比如，水印在叠加时是根据图像分辨率(像素)进行计算，分布到图像中的，那么定位符的四个点可以取值为像素坐标系在屏幕四个角的坐标位置。通过这样的设定，可以确定第一个水印码出现的位置和定位符之间的空间距离，便于在水印提取时，提高找到第一个水印码的位置，从而计算后续的水印码的位置。
1.4.冗余设计
数据信息通过码表进行编码后，形成一组编码点阵。那么完整的隐性水印是由多组这样的编码组成的，如图1所示是在整个图像中植入了四组(左上、右上、左下、右下)相同的编码。
冗余设计的目的是为了提高水印提取识别的正确率的。因为在水印提取时会有大量的噪音的引入，过滤噪音时会存在把正确的点误过滤的可能，一旦有正确的点被过滤掉，一方面可通过码表的校验和设计进行补点，另一方面可以通过水印的冗余设计来实现补点。
1.5.色彩设计
色彩设计，是指在原图上植入或叠加“点”时，“点”的颜色、亮度、以及透明度的设置。隐性水印之所以对人眼不敏感，一方面是因为“点”的大小很小，最小时可为一个像素点大小；另一方面就是因为色彩的设计。“点”的颜色可以是一个固定值，比如颜色RGB取值为“127，127，127”(灰色)，这样的取值会存在两个问题，一是在黑色背景下会很明显，一是在灰色背景下无法辨识。因此本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法采用的是根据原位置背景色进行变换的方法，同时增加“点”的亮度；对于叠加方式打水印的情况，还需要调整“点”的透明度，为了隐性的效果，建议透明度应在40-80(取值范围0-255)。
2.水印提取识别
2.1.水印提取
水印提取是指从含有水印信息的图片中将水印(点阵)剥离出来。本发明所述的涉及一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，水印提取分为五步执行。
第一步，正图。通过水印中的定位符调整图片坐标。此过程中需要对图像进行必要的拉伸和补偿。
第二步，通过边缘抠图算法，将符合水印色彩设计和水印大小设计的“点”标记出来。此时会出现大量的噪音以及会漏掉正确的“点”。
第三步，通过定位符的坐标确定第一个编码的位置，以及后续编码的位置；再通过编码校验和进行补点和过滤。
第四步，通过汉明距离相似度算法，进一步进行补点和过滤。
第五步，利用水印的冗余设计，采用投票方式最终决定水印编码。
2.2.水印识别
水印识别是指将提取出来的水印编码，按照码表进行翻译，最终还原出水印中所存储的数据信息。
具体实施方式
先通过隐性水印构造部分将信息编码形成水印并植入目标图片或视频中；然后在播放目标图片或视频时，进行拍照或录像，形成新的照片文件或录像视频；最后通过水印提取识别对新的照片文件或录像视频进行处理，提取出信息。
隐性水印构造可作为一个独立工具软件运行，配置水印内容信息、水印色彩信息、冗余度信息，生成点阵编码，将编码植入或叠加到原始图片或视频中。
水印提取识别可作为一个独立工具软件运行，输入含有水印的图片，输出水印信息内容。
附图说明
图1为含有隐性水印的照片；
图2为码表及一组编码示例；
图3为本发明中码表设计示意图。
Claims (8)
1.一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于由两个过程组成，即隐性水印构造和水印提取识别；实现通过对目标图片或视频数据叠加或植入隐性水印信息，当使用拍照或录像手段对目标进行拷贝复制时，在拍照或录像获得的图片或视频文件中包含水印信息，通过本发明提供的方法进行水印提取，可实现信息的溯源，其中：
隐性水印构造是指，将信息进行编码，以点阵方式表示，具体包括码表设计、定位符设计、冗余设计和色彩设计；
水印提取识别是指，从拍摄的含有水印的屏幕照片或视频中提取出水印图形，并对水印图形进行解码，获得编码前信息，具体包括水印提取和水印识别。
2.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，隐性水印构造过程中的码表设计，是一种编码设计，通过点阵方式来存储数据信息的；隐性水印存储多少信息量和支持存储什么类型的数据，以及水印提取识别方法，都限制了码表的设计。
3.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，隐性水印构造过程中的定位符设计，是用于确定坐标系的标识，根据水印提取算法定义，确定第一个水印码出现的位置和定位符之间的空间距离。
4.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，隐性水印构造过程中的冗余设计，是指隐性水印是由多组相同的编码组成的，其目的是为了提高水印提取识别的正确率。
5.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，隐性水印构造过程中的色彩设计，是指对隐性水印的颜色、亮度、以及透明度的设置。
6.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，水印提取识别过程中的水印提取，是指从含有水印信息的图片中将水印剥离出来，具体有如下五个步骤：
步骤一，是通过水印中的定位符调整图片坐标，并对图像进行必要的拉伸和补偿；
步骤二，是通过边缘抠图算法，将符合水印色彩设计和水印大小设计的水印标记出来；
步骤三，是通过定位符的坐标确定第一个编码的位置，以及后续编码的位置；再通过编码校验和进行补点和过滤；
步骤四，是通过汉明距离相似度算法，进一步进行补点和过滤；
步骤五，是利用水印的冗余设计，采用投票方式最终决定水印编码。
7.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，水印提取识别过程中的水印识别，是指将提取出来的水印编码，按照码表进行翻译，最终还原出水印中所存储的数据信息。
8.如权利要求1所述的一种针对图片图像数据隐性水印的实现方法，其特征在于，先通过隐性水印构造部分将信息编码形成水印并植入目标图片或视频中；然后在播放目标图片或视频时，进行拍照或录像，形成新的照片文件或录像视频；最后通过水印提取识别对新的照片文件或录像视频进行处理，提取出信息。
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