CN111415288A - 数字水印嵌入、检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种数字水印嵌入、检测方法和装置。该方法包括：根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印；根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像。本公开可以增加图像被篡改的难度，进而有效提高图像的安全性。

Description

数字水印嵌入、检测方法和装置

技术领域

本公开涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种数字水印嵌入、检测方法和装置。

背景技术

随着数字图像处理技术的飞速发展，利用图像篡改技术篡改一张数字图像骗过人类的眼睛已是一件相当容易的事情。另外，专业的图像处理软件(例如，Photoshop)正变得越来越大众化，篡改图片不再是专业人员才具备的能力，使得网络上充斥着大量被篡改过的图像。图像篡改操作传递错误的信息，对社会造成非常恶劣的影响。通过在图像中嵌入数字水印的方法可以增加图像被篡改的难度，进而可以提高图像的安全性。但是，基于目前的数字水印嵌入方法得到的图像的安全性仍然较低。因此，亟需一种有效的数字水印嵌入方法。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种数字水印嵌入方法、检测方法和装置，使得可以增加图像被篡改的难度，进而有效提高图像的安全性。

根据本公开的第一方面，提供了一种数字水印嵌入方法，包括：根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印；根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：根据所述密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；根据所述第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，所述第一映射矩阵V中的元素与所述目标图像中的像素点一一对应；根据所述第一映射矩阵V，确定所述水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定目标图像对应的第一初始水印，包括：根据所述密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；根据所述第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，所述第二映射矩阵V'中的元素与所述目标图像中的像素点一一对应；根据所述第一映射矩阵V和所述第二映射矩阵V'，确定所述第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，所述目标水印为脆弱水印；根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印，包括：确定所述目标图像对应的第一认证信息；根据所述第一初始水印和所述第一认证信息，确定所述脆弱水印。

在一种可能的实现方式中，确定所述目标图像对应的第一认证信息，包括：将所述目标图像划分为多个图像块，并将所述多个图像块划分为多个图像块组；以图像块为单位对所述目标图像进行置乱操作，得到置乱后的目标图像；根据所述置乱后的目标图像，确定所述第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据所述置乱后的目标图像，确定所述第一认证信息，包括：针对所述置乱后的目标图像，确定任一图像块的第一块认证信息；确定任一图像块组的第一组认证信息；根据任一图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定所述第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，确定任一图像块的第一块认证信息，包括：针对任一图像块，通过对所述图像块进行奇异值分解，确定所述图像块对应的奇异值矩阵S；将所述奇异值矩阵S的迹t_b确定为所述图像块的第一块认证信息。

在一种可能的实现方式中，确定任一图像块组的第一组认证信息，包括：针对任一图像块组，将所述图像块组中包含的图像块的第一块认证信息的平均值，确定为所述图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据任一图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定所述第一认证信息，包括：针对任一图像块，确定所述图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；根据所述平均值μ和所述标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，所述第三伪随机序列中包含的元素的数目与所述图像块中包含的像素点的数目相同；根据所述第三伪随机序列、所述第一块认证信息和所述第一组认证信息，确定所述图像块对应的认证信息；根据任一图像块对应的认证信息，确定所述第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像，包括：根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述脆弱水印嵌入所述置乱后的目标图像，得到包含脆弱水印的置乱后的目标图像；以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为所述目标图像中的初始位置，得到包含脆弱水印的目标图像。

在一种可能的实现方式中，以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，包括：以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对所述目标图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

根据本公开的第二方面，提供了一种数字水印检测方法，包括：根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；根据所述水印嵌入比特位矩阵，提取所述待检测图像中嵌入的目标水印；根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：根据所述密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；根据所述第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，所述第一映射矩阵V中的元素与所述待检测图像中的像素点一一对应；根据所述第一映射矩阵V，确定所述水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定待检测图像对应的第一初始水印，包括：根据所述密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；根据所述第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，所述第二映射矩阵V'中的元素与所述待检测图像中的像素点一一对应；根据所述第一映射矩阵V和所述第二映射矩阵V'，确定所述第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，所述目标水印为脆弱水印；根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改，包括：根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第二初始水印；根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域。

在一种可能的实现方式中，根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第二初始水印，包括：根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第一认证信息；确定所述待检测图像对应的第二认证信息；根据所述第一认证信息、所述第二认证信息和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印。

在一种可能的实现方式中，根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第一认证信息，包括：将所述待检测图像划分为多个图像块，并将所述多个图像块划分为多个图像块组；以图像块为单位对所述待检测图像进行置乱操作，得到置乱后的待检测图像；根据所述置乱后的待检测图像和所述脆弱水印，确定所述第一认证信息，所述第一认证信息中包括任一图像块的第一块认证信息和任一图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据所述置乱后的待检测图像和所述脆弱水印，确定所述第一认证信息，包括：针对任一图像块，确定所述图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；根据所述平均值μ和所述标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，所述第三伪随机序列中包含的元素的数目与所述图像块中包含的像素点的数目相同；根据所述第三伪随机序列和所述脆弱水印，确定所述图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，所述第二认证信息中包括任一图像块的第二块认证信息和任一图像块组的第人组认证信息；确定所述待检测图像对应的第二认证信息，包括：针对任一图像块，通过对所述图像块进行奇异值分解，确定所述图像块对应的奇异值矩阵S；将所述奇异值矩阵S的迹t_b确定为所述图像块的第二块认证信息；针对任一图像块组，将所述图像块组中包含的图像块的第二块认证信息的平均值，确定为所述图像块组的第二组认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据所述第一认证信息、所述第二认证信息和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印，包括：针对任一图像块，根据所述图像块的第一块认证信息、第二块认证信息，以及所述图像块所在图像块组的第一组认证信息、第二组认证信息，判断所述图像块是否被篡改；根据判断结果和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印。

在一种可能的实现方式中，根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域，包括：以图像块为单位对所述置乱后的待检测目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为所述待检测图像中的初始位置；根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域。

在一种可能的实现方式中，以图像块为单位对所述置乱后的待检测图像再次进行置乱操作，包括：以图像块为单位对所述置乱后的待检测图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对所述待检测图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

根据本公开的第三方面，提供了一种水印嵌入装置，包括：第一确定模块，用于根据根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；第二确定模块，用于根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印；水印嵌入模块，用于根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像。

根据本公开的第四方面，提供了一种数字水印嵌入装置，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述第一方面所述的数字水印嵌入方法。

根据本公开的第五方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述第一方面所述的数字水印嵌入方法。

根据本公开的第六方面，提供了一种数字水印检测装置，包括：第一确定模块，用于根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；水印提取模块，用于根据所述水印嵌入比特位矩阵，提取所述待检测图像中嵌入的目标水印；检测模块，用于根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改。

根据本公开的第七方面，提供了一种数字水印检测装置，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述第二方面所述的数字水印检测方法。

根据本公开的第八方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述第二方面所述的数字水印检测方法。

根据密钥确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位，进而根据水印嵌入比特位矩阵，将根据第一初始水印确定的目标水印嵌入目标图像。根据密钥来控制水印嵌入比特位，使得可以增加图像被篡改的难度，进而有效提高图像的安全性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出本公开一实施例的数字水印嵌入方法的流程示意图；

图2示出本公开一实施例的数字水印检测方法的流程示意图；

图3示出本公开一实施例的数字水印嵌入装置的结构示意图；

图4示出本公开一实施例的数字水印检测装置的结构示意图；

图5示出本公开一实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。所属领域技术人员可以理解，和/或表示所连接对象的至少其中之一。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出本公开一实施例的数字水印嵌入方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括：

步骤S11，根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位。

步骤S12，根据第一初始水印，确定目标图像对应的目标水印。

步骤S13，根据水印嵌入比特位矩阵，将目标水印嵌入目标图像。

实际应用中，图像中任一像素点可以用8比特位的二进制数来记录。相对于现有技术中仅在固定比特位(例如，第8位低比特位)上嵌入目标水印来说，通过密钥确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵，即确定目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位，可以使得未知密钥的篡改者难于破解水印嵌入比特位，进而可以增加图像被篡改的难度，有效提高图像的安全性。

在一种可能的实现方式中，在根据密钥确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印之前，还包括：对目标图像的尺寸进行扩展。

由于后续图像处理过程中需要对目标图像进行分块，因此，为了确保有效实现图像分块，可以通过添加全0行和/或全0列，对目标图像进行尺寸扩展。

例如，后续需要对目标图像划分为3×3的图像块时，可以通过添加全0行和/或全0列，将目标图像的尺寸扩展为3的倍数。

当目标图像的自身尺寸可以有效实现图像分块时，也可以不进行尺寸扩展操作，本公开对此不作具体限定。下文提及的目标图像可以确保有效实现图像分块，但是否经过尺寸扩展本公开不作具体限定。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：根据密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；根据第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，第一映射矩阵V中的元素与目标图像中的像素点一一对应；根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，密钥包括：第一logistic映射初值x₀和第一logistic映射参数λ，其中，第一logistic映射初值x₀∈[0,1]，第一logistic映射参数λ∈(3.5699456,4]；logistic映射公式为：x_n+1＝λx_n(1-x_n)。

根据第一logistic映射初值x₀和第一logistic映射参数λ，通过上述logistic映射公式，确定第一伪随机序列，其中，第一伪随机序列的序列长为目标图像中像素点的数目，进而将第一伪随机序列转换为第一映射矩阵V，其中，第一映射矩阵V中的元素与目标图像中的像素点一一对应。

例如，目标图像尺寸为512×512，即目标图像中像素点行数为512，像素点列数为512，则根据第一logistic映射初值x₀和第一logistic映射参数λ，确定序列长度为512×512的第一伪随机序列，进而转化为512×512的第一映射矩阵V。

根据logistic映射性质，映射初值x₀∈[0,1]时映射产生的序列为非周期、不收敛的，其余映射初值会导致序列收敛于某个值；同时，当映射参数3.5699456＜λ≤4时映射产生的序列为伪随机分布状态。因此，第一logistic映射初值x₀∈[0,1]，第一logistic映射参数λ∈(3.5699456,4]。

在一种可能的实现方式中，根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵，包括：根据第一映射矩阵V，通过下述公式，确定水印嵌入比特位矩阵，

其中，p_i,j为像素点(i,j)对应的水印嵌入比特位，v为第一映射矩阵V中与像素点(i,j)对应的元素的大小。

在视觉影响上，在第5位比特位嵌入水印对图像质量影响较大，在第6-8位比特位嵌入水印对图像质量影响较小。因此，根据logistic映射产生伪随机序列分布特性，通过第一映射矩阵V确定的水印嵌入比特位矩阵中，水印嵌入比特位大部分分布在第6-8位比特位，极少分布于第5位比特位。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定目标图像对应的第一初始水印，包括：根据密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；根据第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，第二映射矩阵V'中的元素与目标图像中的像素点一一对应；根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，密钥包括：第二logistic映射初值x₀'，其中，第二logistic映射初值x₀'与第一logistic映射初值x₀不同，第二logistic映射初值x₀'∈[0,1]。

根据第二logistic映射初值x₀'和第一logistic映射参数λ，通过上述logistic映射公式，确定第二伪随机序列，其中，第二伪随机序列的序列长为目标图像中像素点的数目，将第二伪随机序列转换为第二映射矩阵V'，其中，第二映射矩阵V'中的元素与目标图像中的像素点一一对应，进而根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，根据第一映射矩阵V和所述第二映射矩阵V'，确定第一初始水印，包括：根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，通过下述公式，确定第一初始水印，

其中，w_i,j为第一初始水印中与像素点(i,j)对应的水印值，v为第一映射矩阵V中与像素点(i,j)对应的元素的大小，v'为第二映射矩阵V'中与像素点(i,j)对应的元素的大小。

通过密钥控制产生无具体含义的第一初始水印(二值图像)，可以使得未知密钥的篡改者难于破解第一初始水印，进而可以增加图像被篡改的难度，有效提高图像的安全性。

在一种可能的实现方式中，第二logistic映射初值x₀'为第一logistic映射初值x₀的三分之一。

第二logistic映射初值x₀'除了可以为第一logistic映射初值x₀的三分之一以外，还可以取其它符合条件的值，本公开对此不作具体限定。

在一种可能的实现方式中，目标水印为脆弱水印；根据第一初始水印，确定目标图像对应的目标水印，包括：确定目标图像对应的第一认证信息；根据第一初始水印和第一认证信息，确定脆弱水印。

脆弱水印是数字水印的一种，在保证图像可视质量的前提下，将与图像中内容不相关的标志信息作为脆弱水印嵌入图像中，以用于图像完整性保护和认证。

由于脆弱水印的敏感性较高，当图像中内容发生微小改变时，嵌入图像中的脆弱水印也会发生相应的改变，从而可以通过提取脆弱水印并鉴定，以认证图像是否被篡改。

在一种可能的实现方式中，确定目标图像对应的第一认证信息，包括：将目标图像划分为多个图像块，并将多个图像块划分为多个图像块组；以图像块为单位对目标图像进行置乱操作，得到置乱后的目标图像；根据置乱后的目标图像，确定第一认证信息。

将目标图像划分为多个图像块，进而将多个图像块划分为多个图像块组，从而可以有效打破图像块之间的独立性，增加图像被篡改的难度，有效提高图像的安全性。

图像块的尺寸越小，后续进行篡改区域的定位越精确。例如，图像块为3×3。

在一种可能的实现方式中，同一图像块组中包含的多个图像块为目标图像中的不连续图像块，从而可以有效避免若同一图像块组中包含的多个图像块为目标图像中的连续图像块，且篡改者对目标图像进行大面积篡改时，导致同一图像块组内的所有图像块均被篡改导致的篡改检测困难的问题。

在一示例中，将多个图像块划分为多个图像块组时，可以按照预设规则提取目标图像中的多个图像块划分为一个图像块组，其中，同一图像块组中包含的多个图像块为目标图像中的不连续图像块。

在一示例中，将目标图像划分为多个图像块之后，可以先以图像块为单位对目标图像进行置乱操作，进而针对置乱之后的图像，提取多个连续图像块划分为一个图像块组，从而也可以实现同一个图像块组中包含的多个图像块为目标图像中的不连续图像块。

图像块组中包含的图像块的数目可以根据实际情况设定，本公开对此不作具体限定。例如，每个图像块组中包含5个图像块，最后剩余不足5个图像块时，将最后剩余的图像块确定为一个图像块组。

在一种可能的实现方式中，以图像块为单位对目标图像进行置乱操作，包括：以图像块为单位对目标图像进行k次Arnold变换。

由于Arnold变换具有周期性，即经过周期性变换之后可以恢复原状，因此，可以以图像块为单位对目标图像进行k次Arnold变换，以便后续嵌入水印之后再次通过Arnold变换恢复目标图像。

以图像块为单位对目标图像进行置乱操作除了可以采用Arnold变换之外，还可以采用其它混沌置乱操作(即具有周期性的置乱操作)，本公开对此不作具体限定。

在一种可能的实现方式中，根据所述置乱后的目标图像，确定第一认证信息，包括：针对置乱后的目标图像，确定任一图像块的第一块认证信息；确定任一图像块组的第一组认证信息；根据任一图像块的第一块认证信息和该图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，确定任一图像块的第一块认证信息，包括：针对任一图像块，通过对图像块进行奇异值分解，确定图像块对应的奇异值矩阵S；根据奇异值矩阵S的迹t_b，确定图像块的第一块认证信息。

在针对任一图像块进行奇异值分解之前，根据水印嵌入比特位，将置乱后的目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位上的值清零，避免这些比特位上的值对后续奇异值分解产生影响。

针对任一图像块，对图像块进行奇异值分解，确定图像块对应的奇异值矩阵，进而求得奇异值矩阵S的迹t_b，将奇异值矩阵S的迹t_b转化为m位二进制数T_b，其中，m小于图像块中像素点的数目，将m位二进制数T_b确定为该图像块的第一块认证信息。

在一种可能的实现方式中，确定任一图像块组的第一组认证信息，包括：针对任一图像块组，根据该图像块组中包含的图像块的第一块认证信息的平均值，确定该图像块组的第一组认证信息。

针对任一图像块组，确定该图像块组中包含的图像块的第一块认证信息的平均值m_t。其中，m_t为该图像块组中包含的任一图像块对应的奇异值矩阵S的迹t_b的平均值，或，m_t为该图像块组中包含的任一图像块的第一块认证信息T_b的平均值。将平均值m_t转化为n位二进制数G_t，其中，n小于图像块中像素点的数目，m+n等于图像块中像素点的数目。将n位二进制数G_t确定为该图像块组的第一组认证信息。

例如，将目标图像划分为多个3×3的图像块时，图像块中包含9个像素点，则m+n＝9。此时，可以通过公式T_b＝(t_b)mod(32)，将图像块对应的奇异值矩阵S的迹t_b转化为5位二进制数T_b，即m＝5；可以通过公式G_t＝(m_t)mod(16)，将图像块组对应的平均值m_t转化为4位二进制数G_t，即m＝5。

在一种可能的实现方式中，根据任一图像块的第一块认证信息和图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定第一认证信息，包括：针对任一图像块，确定图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列中包含的元素的数目与图像块中包含的像素点的数目相同；根据第三伪随机序列、第一块认证信息和第一组认证信息，确定图像块对应的认证信息；根据任一图像块对应的认证信息，确定第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，包括：根据平均值μ确定第三logistic映射初值x₀”，以及根据标准差σ确定第二logistic映射参数λ'，其中，第三logistic映射初值x₀”∈[0,1]，第二logistic映射参数λ'∈(3.5699456,4]；根据第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'，通过logistic映射，确定第三伪随机序列。

针对任一图像块，图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ，可以有效反映该图像块的属性，因此，根据平均值μ确定的第三logistic映射初值x₀”，以及根据标准差σ确定的第二logistic映射参数λ'，进行logistic映射，可以得到反映该图像块属性的第三伪随机序列。

在一种可能的实现方式中，为了确保第三logistic映射初值x₀”∈[0,1]，以及第二logistic映射参数λ'∈(3.5699456,4]，根据平均值μ和标准差σ，通过下述公式确定第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'：x”＝(μ+1)/256，

根据第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'，通过logistic映射公式，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列的序列长为图像块中像素点的数目。

例如，目标图像划分为多个3×3的图像块时，图像块中包含9个像素点，则针对任一图像块，确定序列长为9的第三伪随机序列。

根据任一图像块确定的第三伪随机序列中元素的大小，依次将该图像块的第一块认证信息，以及该图像块所在图像块组的第一组认证信息，嵌入一个与该图像块大小相同的矩阵，得到该图像块对应的认证信息块。

例如，图像块为3×3大小，图像块的第一块认证信息为5位二进制数，图像块所在图像块组的第一组认证信息为4位二进制数，根据图像块确定的长度为9的第三伪随机序列为561234789，则首先，将第一块认证信息(5位二进制数)依次嵌入3×3矩阵的第2行第2列(5)、第2行第3列(6)、第1行第1列(1)、第1行第2列(2)、第1行第3列(3)，然后，将第一组认证信息(4位二进制数)依次嵌入3×3矩阵的第2行第1列(4)、第3行第1列(7)、第3行第2列(8)、第3行第3列(9)。

将所有图像块对应的认证信息块组合成一个与置乱后的目标图像大小对应的二值图像，即置乱后的目标图像对应的第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，由于置乱后的目标图像对应的第一认证信息，以及第一初始水印均为二值图像，因此，可以将第一认证信息与第一初始水印进行异或运算，得到脆弱水印。

在一种可能的实现方式中，根据水印嵌入比特位矩阵，将目标水印嵌入目标图像，包括：根据水印嵌入比特位矩阵，将脆弱水印嵌入置乱后的目标图像，得到包含脆弱水印的置乱后的目标图像；以图像块为单位对包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为目标图像中的初始位置，得到包含脆弱水印的目标图像。

在一种可能的实现方式中，以图像块为单位对包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，包括：以图像块为单位对包含脆弱水印的置乱后的目标图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对目标图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

Arnold变换的公式为：

其中，(x,y)是原图像中像素点，(x',y')是置乱后的图像中的像素点，N为图像的阶数。

由于Arnold变换的周期为T，即经过T次Arnold变换后可以恢复初始状态，因此，以图像块为单位对目标图像进行k次Arnold变换得到置乱后的目标图像，根据水印嵌入比特位矩阵将脆弱水印嵌入置乱后的目标图像之后，再次以图像块为单位对包含水印的置乱后的目标图像进行(T-k)次Arnold变换，可以恢复任一图像块的初始位置，得到包含水印的目标图像，即在目标图像中嵌入了数字水印。

根据密钥确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位，进而根据水印嵌入比特位矩阵，将根据第一初始水印确定的目标水印嵌入目标图像。根据密钥来控制水印嵌入比特位，使得可以增加图像被篡改的难度，进而有效提高图像的安全性。

图2示出本公开一实施例的水印检测方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：

步骤S21，根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位。

步骤S22，根据水印嵌入比特位矩阵，提取待检测图像中嵌入的目标水印。

步骤S23，根据第一初始水印和目标水印，检测待检测图像是否被篡改。

通过密钥控制产生的无具体含义的第一初始水印(二值图像)，可以作为检测标准，与根据待检测图像中提取的目标水印确定的第二初始水印进行对比，从而可以有效定位待检测图像中的被篡改区域，提高被篡改区域的定位精度。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：根据密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；根据第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，第一映射矩阵V中的元素与待检测图像中的像素点一一对应；根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，密钥包括：第一logistic映射初值x₀和第一logistic映射参数λ，其中，第一logistic映射初值x₀∈[0,1]，第一logistic映射参数λ∈(3.5699456,4]；logistic映射公式为：x_n+1＝λx_n(1-x_n)。

在一种可能的实现方式中，根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵，包括：根据第一映射矩阵V，通过下述公式，确定水印嵌入比特位矩阵，

其中，p_i,j为像素点(i,j)对应的水印嵌入比特位，v为第一映射矩阵V中与所述像素点(i,j)对应的元素的大小。

水印嵌入比特位矩阵的确定方法与图1所示实施例中的水印嵌入比特位矩阵的确定方法相同，这里不再赘述。

根据水印嵌入比特位矩阵，提取待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位的值，确定目标水印，并将提取之后的该水印嵌入比特位的值清零，以免后续对奇异值分解产生影响。

在一种可能的实现方式中，根据密钥，确定待检测图像对应的第一初始水印，包括：根据密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；根据第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，第二映射矩阵V'中的元素与待检测图像中的像素点一一对应；根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，密钥包括：第二logistic映射初值x₀'，其中，二logistic映射初值x₀'与第一logistic映射初值x₀不同，第二logistic映射初值x₀'∈[0,1]。

在一种可能的实现方式中，根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印，包括：根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，通过下述公式，确定第一初始水印，

其中，w_i,j为第一初始水印中与像素点(i,j)对应的水印值，v为第一映射矩阵V中与像素点(i,j)对应的元素的大小，v'为第二映射矩阵V'中与像素点(i,j)对应的元素的大小。

第一初始水印的确定方法与图1所示实施例中的第一初始水印的确定方法相同，这里不再赘述。

在一种可能的实现方式中，目标水印为脆弱水印；根据第一初始水印和目标水印，检测待检测图像是否被篡改，包括：根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第二初始水印；根据第一初始水印和第二初始水印的差值，确定待检测图像中被篡改的区域。

在一种可能的实现方式中，根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第二初始水印，包括：根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第一认证信息；确定待检测图像对应的第二认证信息；根据第一认证信息、第二认证信息和脆弱水印，确定第二初始水印。

在一种可能的实现方式中，根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第一认证信息，包括：将待检测图像划分为多个图像块，并将多个图像块划分为多个图像块组；以图像块为单位对待检测图像进行置乱操作，得到置乱后的待检测图像；根据置乱后的待检测图像和脆弱水印，确定第一认证信息，第一认证信息中包括任一图像块的第一块认证信息和任一图像块组的第一组认证信息。

将待检测图像划分为多个图像块，以及将多个图像块划分为多个图像块组的方式与图1所示实施例中的将目标图像划分为多个图像块，以及将多个图像块划分为多个图像块组的方式相同，这里不再赘述。

由于在嵌入水印过程中，脆弱水印是根据第一初始水印和图像对应的第一认证信息进行异或运算之后得到的，因此，在水印检测过程中，将提取的脆弱水印与第一初始水印进行异或运算，可以确定待检测图像对应的第一认证信息，即由所有图像块对应的认证信息块组合成的一个与置乱后的待检测图像大小对应的二值图像。

在一种可能的实现方式中，根据置乱后的待检测图像和脆弱水印，确定第一认证信息，包括：针对任一图像块，确定图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列中包含的元素的数目与图像块中包含的像素点的数目相同；根据第三伪随机序列和脆弱水印，确定图像块的第一块认证信息和图像块所在图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，包括：根据平均值μ确定第三logistic映射初值x₀”，以及根据标准差σ确定第二logistic映射参数λ'，其中，第三logistic映射初值x₀”∈[0,1]，第二logistic映射参数λ'∈(3.5699456,4]；根据第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'，通过logistic映射，确定第三伪随机序列。

针对任一图像块，图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ，可以有效反映该图像块的属性，因此，根据平均值μ确定的第三logistic映射初值x₀”，以及根据标准差σ确定的第二logistic映射参数λ'，进行logistic映射，可以得到反映该图像块属性的第三伪随机序列。

在一种可能的实现方式中，为了确保第三logistic映射初值x₀”∈[0,1]，以及第二logistic映射参数λ'∈(3.5699456,4]，根据平均值μ和标准差σ，通过下述公式确定第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'：x”＝(μ+1)/256，

根据第三logistic映射初值x₀”和第二logistic映射参数λ'，通过logistic映射公式，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列的序列长为图像块中像素点的数目。

例如，目标图像划分为多个3×3的图像块时，图像块中包含9个像素点，则针对任一图像块，确定序列长为9的第三伪随机序列。

根据任一图像块确定的第三伪随机序列中元素的大小，依次从该图像块对应的认证信息块中提取该图像块的第一块认证信息，以及该图像块所在图像块组的第一组认证信息。

例如，图像块为3×3大小，图像块的第一块认证信息为5位二进制数，图像块所在图像块组的第一组认证信息为4位二进制数，根据图像块确定的长度为9的第三伪随机序列为561234789，则首先，依次提取该图像块对应的认证信息块(3×3大小)中的第2行第2列(5)、第2行第3列(6)、第1行第1列(1)、第1行第2列(2)、第1行第3列(3)的值，得到该图像块的第一块认证信息(5位二进制数)，然后，依次提取该图像块对应的认证信息块(3×3大小)中的第2行第1列(4)、第3行第1列(7)、第3行第2列(8)、第3行第3列(9)的值，得到该图像块所在图像块组的第一组认证信息(4位二进制数)。

针对任一图像块组，将该图像块组中提取得到的出现次数最多的第一组认证信息，确定该图像块组的真正的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，第二认证信息中包括任一图像块的第二块认证信息和任一图像块组的第二组认证信息；确定待检测图像对应的第二认证信息，包括：针对任一图像块，通过对图像块进行奇异值分解，确定图像块对应的奇异值矩阵S；将奇异值矩阵S的迹t_b确定为图像块的第二块认证信息；针对任一图像块组，将图像块组中包含的图像块的第二块认证信息的平均值，确定为图像块组的第二组认证信息。

图像块的第二块认证信息的确定方法与图1所示实施例中图像块的第一块认证信息的确定方法相同，图像块组的第二组认证信息的确定方法与图1所示实施例中图像块的第一组认证信息的确定方法相同，这里不再赘述。

在一种可能的实现方式中，根据第一认证信息、第二认证信息和脆弱水印，确定第二初始水印，包括：针对任一图像块，根据图像块的第一块认证信息、第二块认证信息，以及图像块所在图像块组的第一组认证信息、第二组认证信息，判断图像块是否被篡改；根据判断结果和脆弱水印，确定第二初始水印。

针对任一图像块，判断该图像块的第一块认证信息与第二块认证信息是否相同，若不同，则确定该图像块被篡改；若相同，则确定该图像块所在图像块组的第一组认证信息与第二组认证信息是否相同，若不同，则确定该图像块被篡改。

待检测图像对应的第一认证信息，是由所有图像块对应的认证信息块组合成的一个与置乱后的待检测图像大小对应的二值图像，根据下述公式，对第一认证信息进行处理，得到与第一认证信息对应的矩阵EW，

其中，M为一图像块的认证信息块，即将第一认证信息中被篡改的图像块的认证信息块中的值取反(0变成1，或，1变成0)。

将第一认证信息对应的矩阵EW与脆弱水印进行异或运算，确定第二初始水印。

由于第一认证信息与脆弱水印进行异或运算可以确定第一初始水印，而第一认证信息对应的矩阵EW中被篡改的图像块的认证信息块中的值取反，因此，第一初始水印与第二初始水印中，差值不为0的区域即为被篡改区域。

在一种可能的实现方式中，根据第一初始水印和第二初始水印的差值，确定待检测图像中被篡改的区域，包括：以图像块为单位对置乱后的待检测目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为待检测图像中的初始位置；根据第一初始水印和第二初始水印的差值，确定待检测图像中被篡改的区域。

以图像块为单位对置乱后的待检测目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为待检测图像中的初始位置，恢复待检测目标图像，进而根据上述确定的第一初始水印与第二初始水印的差值不为0的区域，确定待检测目标图像中的被篡改区域。

在一种可能的实现方式中，以图像块为单位对置乱后的待检测图像再次进行置乱操作，包括：以图像块为单位对置乱后的待检测图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对待检测图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

Arnold变换的公式为：

其中，(x,y)是原图像中像素点，(x',y')是置乱后的图像中的像素点，N为图像的阶数。

由于Arnold变换的周期为T，即经过T次Arnold变换后可以恢复初始状态，因此，以图像块为单位对待检测图像进行k次Arnold变换得到置乱后的待检测图像，根据第一初始水印和脆弱水印确定被篡改区域之后，再次以图像块为单位对置乱后的待检测图像进行(T-k)次Arnold变换，可以恢复待检测图像，进而确定待检测图像中的被篡改区域。

根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位，根据水印嵌入比特位矩阵，提取待检测图像中嵌入的目标水印，进而根据第一初始水印和目标水印，检测待检测图像是否被篡改。通过密钥控制产生的无具体含义的第一初始水印可以作为检测标准，与根据待检测图像中嵌入的目标水印确定的第二初始水印进行对比，从而可以有效定位待检测图像中的被篡改区域，提高被篡改区域的定位精度。

图3示出本公开一实施例的数字水印嵌入装置的结构示意图。图3所示的装置30可以用于实现上述图1所示方法实施例的步骤，装置30包括：

第一确定模块31，用于根据根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

第二确定模块32，用于根据第一初始水印，确定目标图像对应的目标水印；

水印嵌入模块33，用于根据水印嵌入比特位矩阵，将目标水印嵌入目标图像。

在一种可能的实现方式中，第一确定模块31，包括：

第一确定子模块，用于根据密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；

第二确定子模块，用于根据第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，第一映射矩阵V中的元素与目标图像中的像素点一一对应；

第三确定子模块，用于根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，第一确定模块31，还包括：

第四确定子模块，用于根据密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；

第五确定子模块，用于根据第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，第二映射矩阵V'中的元素与目标图像中的像素点一一对应；

第六确定子模块，用于根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，目标水印为脆弱水印；

第二确定模块32，包括：

第七确定子模块，用于确定目标图像对应的第一认证信息；

第八确定子模块，用于根据第一初始水印和第一认证信息，确定脆弱水印。

在一种可能的实现方式中，第七确定子模块，包括：

划分单元，用于将目标图像划分为多个图像块，并将多个图像块划分为多个图像块组；

置乱单元，用于以图像块为单位对目标图像进行置乱操作，得到置乱后的目标图像；

第一确定单元，用于根据置乱后的目标图像，确定第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，第一确定单元，包括：

第一确定子单元，用于针对置乱后的目标图像，确定任一图像块的第一块认证信息；

第二确定子单元，用于确定任一图像块组的第一组认证信息；

第三确定子单元，用于根据任一图像块的第一块认证信息和该图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，第一确定子单元，具体用于：

针对任一图像块，通过对该图像块进行奇异值分解，确定该图像块对应的奇异值矩阵S；

根据奇异值矩阵S的迹t_b，确定该图像块的第一块认证信息。

在一种可能的实现方式中，第二确定子单元，具体用于：

针对任一图像块组，根据该图像块组中包含的图像块的第一块认证信息的平均值，确定该图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，第三确定子单元，具体用于：

针对任一图像块，确定该图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；

根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列中包含的元素的数目与图像块中包含的像素点的数目相同；

根据第三伪随机序列、第一块认证信息和第一组认证信息，确定图像块对应的认证信息；

根据任一图像块对应的认证信息，确定第一认证信息。

在一种可能的实现方式中，水印嵌入模块33，包括：

水印嵌入子模块，根据水印嵌入比特位矩阵，将脆弱水印嵌入置乱后的目标图像，得到包含脆弱水印的置乱后的目标图像；

置乱单元，还用于以图像块为单位对包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为目标图像中的初始位置，得到包含脆弱水印的目标图像。

在一种可能的实现方式中，置乱单元，具体用于：

以图像块为单位对包含脆弱水印的置乱后的目标图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对目标图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

本公开提供的装置30能够实现图1所示方法实施例中的各个步骤，并实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

图4为本公开一实施例的数字水印检测装置的结构示意图。图4所示的装置40可以用于实现上述图2所示方法实施例的步骤，装置40包括：

确定模块41，用于根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，水印嵌入比特位矩阵中包含待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

水印提取模块42，用于根据水印嵌入比特位矩阵，提取待检测图像中嵌入的目标水印；

检测模块43，用于根据第一初始水印和目标水印，检测待检测图像是否被篡改。

在一种可能的实现方式中，确定模块41，包括：

第一确定子模块，用于根据密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；

第二确定子模块，用于根据第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，第一映射矩阵V中的元素与待检测图像中的像素点一一对应；

第三确定子模块，用于根据第一映射矩阵V，确定水印嵌入比特位矩阵。

在一种可能的实现方式中，确定模块41，还包括：

第四确定子模块，用于根据密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；

第五确定子模块，用于根据第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，第二映射矩阵V'中的元素与待检测图像中的像素点一一对应；

第六确定子模块，用于根据第一映射矩阵V和第二映射矩阵V'，确定第一初始水印。

在一种可能的实现方式中，目标水印为脆弱水印；

检测模块，包括：

第七确定子模块，用于根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第二初始水印；

第八确定子模块，用于根据第一初始水印和第二初始水印的差值，确定待检测图像中被篡改的区域。

在一种可能的实现方式中，第七确定子模块，包括：

第一确定单元，用于根据脆弱水印，确定待检测图像对应的第一认证信息；

第二确定单元，用于确定待检测图像对应的第二认证信息；

第三确定单元，用于根据第一认证信息、第二认证信息和脆弱水印，确定第二初始水印。

在一种可能的实现方式中，第一确定单元，包括：

划分子单元，用于将待检测图像划分为多个图像块，并将多个图像块划分为多个图像块组；

置乱子单元，用于以图像块为单位对待检测图像进行置乱操作，得到置乱后的待检测图像；

第一确定子单元，用于根据置乱后的待检测图像和脆弱水印，确定第一认证信息，第一认证信息中包括任一图像块的第一块认证信息和任一图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，确定子单元，具体用于：

针对任一图像块，确定图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；

根据平均值μ和标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，第三伪随机序列中包含的元素的数目与图像块中包含的像素点的数目相同；

根据第三伪随机序列和脆弱水印，确定图像块的第一块认证信息和图像块所在图像块组的第一组认证信息。

在一种可能的实现方式中，第二认证信息中包括任一图像块的第二块认证信息和任一图像块组的第二组认证信息；

第二确定单元，包括：

第二确定子单元，用于针对任一图像块，通过对该图像块进行奇异值分解，确定该图像块对应的奇异值矩阵S；

第三确定子单元，将奇异值矩阵S的迹t_b确定为该图像块的第二块认证信息；

第三确定子单元，用于针对任一图像块组，将该图像块组中包含的图像块的第二块认证信息的平均值，确定为该图像块组的第二组认证信息。

在一种可能的实现方式中，第三确定单元，包括：

判断子单元，用于针对任一图像块，根据该图像块的第一块认证信息、第二块认证信息，以及该图像块所在图像块组的第一组认证信息、第二组认证信息，判断该图像块是否被篡改；

第四确定子单元，用于根据判断结果和脆弱水印，确定第二初始水印。

在一种可能的实现方式中，置乱子单元，还用于以图像块为单位对置乱后的待检测目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为待检测图像中的初始位置；

第六确定子模块，具体用于：

根据第一初始水印和第二初始水印的差值，确定待检测图像中被篡改的区域。

在一种可能的实现方式中，置乱子单元，具体用于：

以图像块为单位对置乱后的待检测图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对待检测图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

本公开提供的装置40能够实现图2所示方法实施例中的各个步骤，并实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

图5示出本公开一实施例的电子设备的结构示意图。如图5所示，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。

处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成数字水印嵌入/检测装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体执行图1和/或图2所示方法实施例的步骤。

上述如图1和/或图2所示方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本说明书实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本说明书实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

该电子设备可执行图1和/或图2所示方法实施例执行的方法，并实现上述图1和/或图2所示方法实施例的功能，本说明书实施例在此不再赘述。

本说明书实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的电子设备执行时，能够使该电子设备执行图1所示实施例中的数字水印嵌入方法，并具体执行图1所示方法实施例的步骤；或执行图2所示实施例中的数字水印检测方法，并具体执行图2所示方法实施例的步骤。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (28)

1.一种数字水印嵌入方法，其特征在于，包括：

根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印；

根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：

根据所述密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；

根据所述第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，所述第一映射矩阵V中的元素与所述目标图像中的像素点一一对应；

根据所述第一映射矩阵V，确定所述水印嵌入比特位矩阵。

3.根据权利2所述的方法，其特征在于，根据密钥，确定目标图像对应的第一初始水印，包括：

根据所述密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；

根据所述第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，所述第二映射矩阵V'中的元素与所述目标图像中的像素点一一对应；

根据所述第一映射矩阵V和所述第二映射矩阵V'，确定所述第一初始水印。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标水印为脆弱水印；

根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印，包括：

确定所述目标图像对应的第一认证信息；

根据所述第一初始水印和所述第一认证信息，确定所述脆弱水印。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述目标图像对应的第一认证信息，包括：

将所述目标图像划分为多个图像块，并将所述多个图像块划分为多个图像块组；

以图像块为单位对所述目标图像进行置乱操作，得到置乱后的目标图像；

根据所述置乱后的目标图像，确定所述第一认证信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述置乱后的目标图像，确定所述第一认证信息，包括：

针对所述置乱后的目标图像，确定任一图像块的第一块认证信息；

确定任一图像块组的第一组认证信息；

根据任一图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定所述第一认证信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定任一图像块的第一块认证信息，包括：

针对任一图像块，通过对所述图像块进行奇异值分解，确定所述图像块对应的奇异值矩阵S；

根据所述奇异值矩阵S的迹t_b，确定所述图像块的第一块认证信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定任一图像块组的第一组认证信息，包括：

针对任一图像块组，根据所述图像块组中包含的图像块的第一块认证信息的平均值，确定所述图像块组的第一组认证信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据任一图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息，确定所述第一认证信息，包括：

针对任一图像块，确定所述图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；

根据所述平均值μ和所述标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，所述第三伪随机序列中包含的元素的数目与所述图像块中包含的像素点的数目相同；

根据所述第三伪随机序列、所述第一块认证信息和所述第一组认证信息，确定所述图像块对应的认证信息；

根据任一图像块对应的认证信息，确定所述第一认证信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像，包括：

根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述脆弱水印嵌入所述置乱后的目标图像，得到包含脆弱水印的置乱后的目标图像；

以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为所述目标图像中的初始位置，得到包含脆弱水印的目标图像。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像再次进行置乱操作，包括：

以图像块为单位对所述包含脆弱水印的置乱后的目标图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对所述目标图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

12.一种数字水印检测方法，其特征在于，包括：

根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

根据所述水印嵌入比特位矩阵，提取所述待检测图像中嵌入的目标水印；

根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵，包括：

根据所述密钥，通过logistic映射，确定第一伪随机序列；

根据所述第一伪随机序列，确定第一映射矩阵V，其中，所述第一映射矩阵V中的元素与所述待检测图像中的像素点一一对应；

根据所述第一映射矩阵V，确定所述水印嵌入比特位矩阵。

14.根据权利13所述的方法，其特征在于，根据密钥，确定待检测图像对应的第一初始水印，包括：

根据所述密钥，通过logistic映射，确定第二伪随机序列；

根据所述第二伪随机序列，确定第二映射矩阵V'，其中，所述第二映射矩阵V'中的元素与所述待检测图像中的像素点一一对应；

根据所述第一映射矩阵V和所述第二映射矩阵V'，确定所述第一初始水印。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述目标水印为脆弱水印；

根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改，包括：

根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第二初始水印；

根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第二初始水印，包括：

根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第一认证信息；

确定所述待检测图像对应的第二认证信息；

根据所述第一认证信息、所述第二认证信息和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，根据所述脆弱水印，确定所述待检测图像对应的第一认证信息，包括：

将所述待检测图像划分为多个图像块，并将所述多个图像块划分为多个图像块组；

以图像块为单位对所述待检测图像进行置乱操作，得到置乱后的待检测图像；

根据所述置乱后的待检测图像和所述脆弱水印，确定所述第一认证信息，所述第一认证信息中包括任一图像块的第一块认证信息和任一图像块组的第一组认证信息。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，根据所述置乱后的待检测图像和所述脆弱水印，确定所述第一认证信息，包括：

针对任一图像块，确定所述图像块中包含的像素点的灰度值的平均值μ和标准差σ；

根据所述平均值μ和所述标准差σ，通过logistic映射，确定第三伪随机序列，其中，所述第三伪随机序列中包含的元素的数目与所述图像块中包含的像素点的数目相同；

根据所述第三伪随机序列和所述脆弱水印，确定所述图像块的第一块认证信息和所述图像块所在图像块组的第一组认证信息。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二认证信息中包括任一图像块的第二块认证信息和任一图像块组的第二组认证信息；

确定所述待检测图像对应的第二认证信息，包括：

针对任一图像块，通过对所述图像块进行奇异值分解，确定所述图像块对应的奇异值矩阵S；

将所述奇异值矩阵S的迹t_b确定为所述图像块的第二块认证信息；

针对任一图像块组，将所述图像块组中包含的图像块的第二块认证信息的平均值，确定为所述图像块组的第二组认证信息。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，根据所述第一认证信息、所述第二认证信息和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印，包括：

针对任一图像块，根据所述图像块的第一块认证信息、第二块认证信息，以及所述图像块所在图像块组的第一组认证信息、第二组认证信息，判断所述图像块是否被篡改；

根据判断结果和所述脆弱水印，确定所述第二初始水印。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域，包括：

以图像块为单位对所述置乱后的待检测目标图像再次进行置乱操作，将任一图像块恢复为所述待检测图像中的初始位置；

根据所述第一初始水印和所述第二初始水印的差值，确定所述待检测图像中被篡改的区域。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，以图像块为单位对所述置乱后的待检测图像再次进行置乱操作，包括：

以图像块为单位对所述置乱后的待检测图像进行(T-k)次Arnold变换，其中，k为对所述待检测图像进行Arnold变换的次数，T为Arnold变换的周期。

23.一种数字水印嵌入装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据根据密钥，确定目标图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述目标图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

第二确定模块，用于根据所述第一初始水印，确定所述目标图像对应的目标水印；

水印嵌入模块，用于根据所述水印嵌入比特位矩阵，将所述目标水印嵌入所述目标图像。

24.一种数字水印嵌入装置，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-11任一项所述的数字水印嵌入方法。

25.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1-11任一项所述的数字水印嵌入方法。

26.一种数字水印检测装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于根据密钥，确定待检测图像对应的水印嵌入比特位矩阵和第一初始水印，其中，所述水印嵌入比特位矩阵中包含所述待检测图像中任一像素点对应的水印嵌入比特位；

水印提取模块，用于根据所述水印嵌入比特位矩阵，提取所述待检测图像中嵌入的目标水印；

检测模块，用于根据所述第一初始水印和所述目标水印，检测所述待检测图像是否被篡改。

27.一种数字水印检测装置，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行权利要求12-22任一项所述的数字水印检测方法。

28.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求12-22任一项所述的数字水印检测方法。

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