CN111445374A - 用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法及装置，该方法包括：建立预置大小的矩阵，将预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；对低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；利用逆变换后的矩阵替换低频通道，对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板。本发明可以以组合正、负水印模板的方式将水印信息嵌入图像，以大幅减小数据的计算量，提升水印嵌入的处理速度。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法及装置。
背景技术
随着计算机和网络技术的发展，互联网已经融入了人们生活的各个层面，由于其快捷方便的特点，人们越来越多的通过互联网来发布照片、视频以及其他的创作成果。然而，也是由于这种传播的便利性，引起了一些版权纠纷的问题，从而阻碍其自身发展。目前，网络图片作品的版权保护不仅仅是立法问题，也是一个很重要的技术难题。数字水印技术作为数字媒体版权保护的有效办法，近年来在国内外引起了人们极大的兴趣。
数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)嵌入数字载体当中，数字水印可以是作者的序列号、公司标志、有意义的文本等等。数字水印的嵌入应当不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改，但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是保护信息安全、实现防伪溯源、版权保护的有效办法，是信息隐藏技术研究领域的重要分支和研究方向。
图像的水印技术根据水印嵌入的方式通常可以分为两类：时/空域技术(水印按空间位置直接嵌入)和变换域技术(水印嵌入变换域系数)。
时/空域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，方法主要有：LSB(LeastSignificant Bit，最低有效位)方法、Patchwork方法、纹理块映射编码法等。其中，LSB方法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位(如最低位)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。LSB方法计算简单，但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。Patchwork方法是将图像分成两个子集，一个子集的亮度增加，另一子集的亮度减少同样的量。这个量以不可见为标准。而子集的位置作为密钥，则水印通过两个子集间的差别平均值确定。纹理块映射编码法是将一个基于纹理的水印嵌入到图像的具有相似纹理的一部分当中，这个方法是基于图像的纹理结构的，因而很难察觉水印。
时/空域水印嵌入具有计算简单、实时性强的特点，但是也存在一些缺陷。例如，LSB方法虽然能够嵌入大量信息，但是其鲁棒性很差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。Patchwork方法有一定的鲁棒性，但是其缺陷是数据量较低，对仿射变换敏感，对多拷贝平均攻击的抵抗力较弱。纹理块映射方法对滤波、压缩和扭转等操作具有抵抗能力，但需要人工干预。因此，由于时/空域水印嵌入方法的不足，目前使用较为广泛的是基于变换域的水印嵌入方法。
变换域水印嵌入方法首先将图像通过数学变换转换到变换域，然后将水印信息嵌入到变换域的系数中(一般是中低频系数)，再进行逆变换回到原图像空间。与时/空水印嵌入的方法不同，变换域水印嵌入之后，信息会分布到空间上的所有位置，从而增强了鲁棒性。变换域的水印嵌入方法包括DCT(Discrete Cosine Transform，离散余弦变换)、DWT(Discrete Wavelet Transform，离散小波变换)、DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅立叶变换)等等。该类方法的嵌入过程一般包括：首先将数字图像的空间域数据通过离散余弦变换(DCT)、离散傅里叶变换(DFT)或离散小波变换(DWT)转化为相应的频域系数；然后，根据待嵌入的信息，对其进行适当编码或变形；再根据水印信息量的大小和其相应的安全目标，选择某些类型的频域系数序列(如高频或中频或低频)，并确定某种规则或算法，用水印信息的相应数据去修改前面选定的频域系数序列；最后，将数字图像的频域系数经相应的反变换转化为空间域数据。
变换域水印嵌入的方法具有较好的鲁棒性，对图像压缩、常用的图像滤波以及噪声均有一定的抵抗力。同时，由于水印信息分布到空间域的所有像素上，有利于提高水印的不可见性。因此变换域水印嵌入的方法很适合于数字作品版权保护的数字水印技术中。但是，该类算法的主要缺陷在于嵌入和提取信息操作复杂，计算量较大。另外隐藏信息量也不能很多。其中一些方法进行水印提取仍然需要原始图像，不能做到盲检测，也不利于实际的应用。
因此，如何克服上述问题，以提供一种能够在不影响图片视觉效果的前提下有助于将图片的唯一性版权信息嵌入图片、且使图像变换具有较强鲁棒性的方案很有必要。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法及装置。
依据本发明一方面，提供了一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法，包括：
建立预置大小的矩阵，将所述预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；
对所述低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；
获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；
对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；
利用逆变换后的矩阵替换所述低频通道，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
可选地，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，还包括：
建立YUV格式的图像，利用所述重构图像为YUV格式的图像的U通道赋值，为Y、V通道均赋值为0；
将赋值后的YUV格式的图像转换为RGB格式的图像，得到RGB格式的水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
可选地，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，包括：
设定变换后的矩阵为MatDCT，按照如下公式且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部的位置，
MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma；
其中，wm表示正/负模板信息，wm取值为1表示正模板信息，wm取值为-1表示负模板信息；
i和j分别表示变换后的矩阵中任意数值在矩阵中的横坐标和纵坐标；
sigma为指定数值的常量。
可选地，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，还包括：
将生成的携带正模板信息的正模板和携带负模板信息的负模板进行保存。
可选地，所述方法还包括：
获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将所述数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵；
建立预设大小的水印模板图像，将所述水印模板图像划分为多个相同大小的图像块，且所述水印信息矩阵中每个数值位置均对应一个图像块；
按照预设规则从保存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像；
将最终的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
可选地，所述正模板和所述负模板的大小相同，且任一图像块与所述保存的正、负模板大小均相同。
可选地，获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将所述数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵，包括：
获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息；
将所述数字版权信息转换为二进制格式，将二进制格式的数字版权信息转换为二进制矩阵以作为所述水印信息矩阵。
可选地，按照预设规则从保存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，以将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像，包括：
遍历二进制的水印信息矩阵中每个位置的数值；
若所述水印信息矩阵中一个位置对应的数值为1，则从保存的正、负模板中选取正模板，将该数值位置对应的图像块设置为所述正模板；
若所述水印信息矩阵中一个位置对应的数值为0，则从保存的正、负模板中选取负模板，将该数值位置对应的图像块设置为所述负模板。
可选地，将最终的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像，包括：
将最终的水印模板图像的大小缩放至与所述源图像大小相同；
将与所述源图像大小相同的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
可选地，将与所述源图像大小相同的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像，包括：
将与所述源图像大小相同的水印模板图像与所述源图像相加；
将相加后的图像量化到预设的数字区间，以得到量化的嵌入水印后的图像。
可选地，所述源图像的数字版权信息包括以下至少之一：
所述源图像的唯一标识信息、源图像的作者信息、源图像的所有权人信息。
依据本发明另一方面，还提供了一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置，包括：
建立模块，适于建立预置大小的矩阵，将所述预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；
变换模块，适于对所述低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；
添加模块，适于获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；
逆变换模块，适于对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；
生成模块，适于利用逆变换后的矩阵替换所述低频通道，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
可选地，所述装置还包括格式转换模块，适于：
在所述生成模块对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，建立YUV格式的图像，利用所述重构图像为YUV格式的图像的U通道赋值，为Y、V通道均赋值为0；
将赋值后的YUV格式的图像转换为RGB格式的图像，得到RGB格式的水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
可选地，所述添加模块，还适于：
设定变换后的矩阵为MatDCT，按照如下公式且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部的位置，
MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma；
其中，wm表示正/负模板信息，wm取值为1表示正模板信息，wm取值为-1表示负模板信息；
i和j分别表示变换后的矩阵中任意数值在矩阵中的横坐标和纵坐标；
sigma为指定数值的常量。
可选地，所述装置还包括：
保存模块，适于在所述生成模块对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，将生成的携带正模板信息的正模板和携带负模板信息的负模板进行保存。
可选地，所述装置还包括：
获取模块，适于获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将所述数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵；
划分模块，适于建立预设大小的水印模板图像，将所述水印模板图像划分为多个相同大小的图像块，且所述水印信息矩阵中每个数值位置均对应一个图像块；
选取模块，适于按照预设规则从保存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像；
相加模块，适于将最终的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
可选地，所述正模板和所述负模板的大小相同，且任一图像块与所述保存的正、负模板大小均相同。
可选地，所述获取模块，还适于：
获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息；
将所述数字版权信息转换为二进制格式，将二进制格式的数字版权信息转换为二进制矩阵以作为所述水印信息矩阵。
可选地，所述选取模块，还适于：
遍历二进制的水印信息矩阵中每个位置的数值；
若所述水印信息矩阵中一个位置对应的数值为1，则从保存的正、负模板中选取正模板，将该数值位置对应的图像块设置为所述正模板；
若所述水印信息矩阵中一个位置对应的数值为0，则从保存的正、负模板中选取负模板，将该数值位置对应的图像块设置为所述负模板。
可选地，所述相加模块，还适于：
将最终的水印模板图像的大小缩放至与所述源图像大小相同；
将与所述源图像大小相同的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
可选地，所述相加模块，还适于：
将与所述源图像大小相同的水印模板图像与所述源图像相加；
将相加后的图像量化到预设的数字区间，以得到量化的嵌入水印后的图像。
可选地，所述源图像的数字版权信息包括以下至少之一：
所述源图像的唯一标识信息、源图像的作者信息、源图像的所有权人信息。
依据本发明再一方面，还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算设备上运行时，导致所述计算设备执行上文任一实施例所述的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
依据本发明再一方面，还提供了一种计算设备，包括处理器；存储有计算机程序代码的存储器；当所述计算机程序代码被所述处理器运行时，导致所述计算设备执行上文任一实施例所述的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
在本发明实施例中，首先，建立预置大小的矩阵，将预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道。然后，对低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵。然后，获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵。进而，对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵。最后，利用逆变换后的矩阵替换低频通道，对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。由此，本发明实施例通过建立正、负水印模板，当后续需要将水印信息嵌入图像时，可以根据水印信息选取相应的正、负水印模板，以组合正、负水印模板的方式将水印信息嵌入图像中，从而可以大幅减小数据的计算量，提升水印嵌入的处理速度。进一步地，利用水印模板将水印信息嵌入图像并不会影响图像的视觉效果，而且相对于常见的图像变换(如改变格式、图片质量压缩，图片尺寸缩放，添加明水印等)方式，嵌入水印信息的图像还具有较强的鲁棒性，同时具备低计算量、实时性高、可盲检测的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法流程示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的图像版权隐数字水印嵌入的方法流程示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置结构示意图；
图4示出了根据本发明另一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。图1示出了根据本发明一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法的流程示意图。参见图1，该方法至少包括步骤S102至步骤S110。
步骤S102，建立预置大小的矩阵，将预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道。
步骤S104，对低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵。
步骤S106，获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵。
步骤S108，对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵。
步骤S110，利用逆变换后的矩阵替换低频通道，对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
本发明实施例通过建立正、负水印模板，当后续需要将水印信息嵌入图像时，可以根据水印信息选取相应的正、负水印模板，以组合正、负水印模板的方式将水印信息嵌入图像中，从而可以大幅减小数据的计算量，提升水印嵌入的处理速度。进一步地，利用水印模板将水印信息嵌入图像并不会影响图像的视觉效果，而且相对于常见的图像变换(如改变格式、图片质量压缩，图片尺寸缩放，添加明水印等)方式，嵌入水印信息的图像还具有较强的鲁棒性，同时具备低计算量、实时性高、可盲检测的优点。
参见上文步骤S102，在本发明一实施例中，建立预置大小的矩阵时，可以是建立预置大小的全0矩阵，例如，建立大小为16×16的全0矩阵。
在该步骤中，小波分解可以采用Haar小波分解，Haar小波是最简单的正交归一化小波。Haar小波的支撑长度最短，分解和重构计算复杂度低于其他小波，边界不需要延拓，在水印算法中体现出了较好的性能。
参见上文步骤S106，在本发明一实施例中，在变换后的矩阵中添加水印信息时，首先可以设定变换后的矩阵为MatDCT，然后按照如下公式1且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部的位置，
MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma 公式1
其中，wm表示正/负模板信息，wm取值为1表示正模板信息，wm取值为-1表示负模板信息；i和j分别表示变换后的矩阵中任意数值在矩阵中的横坐标和纵坐标；sigma为指定数值的常量。
由此，通过构建正、负模板，可以在实际的水印嵌入过程中，读取保存的正、负模板，并将读取的正、负模板进行组合，然后嵌入，而无需再进行较为复杂的变换域计算，从而大幅减小了数据计算量，提升了水印嵌入的处理速度。
在本发明一实施例中，在生成水印模板之后，还可以建立YUV格式的图像，利用重构图像为YUV格式的图像的U通道赋值，为Y、V通道均赋值为0。进而，将赋值后的YUV格式的图像转换为RGB格式的图像，得到RGB格式的水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
该实施例中，YUV是一种颜色编码方法。其中Y通道表示亮度，而U和V通道表示的则是色度及饱和度。YUV空间的Y通道和U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。RGB是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色。YUV和RGB空间可通过公式来相互转换。
为了更加清楚的体现本发明实施例，现以一具体实施例对水印模板的生成过程进行详细介绍。
步骤1、建立预设大小的矩阵Img。
例如，可以建立16×16大小的全0矩阵。
步骤2、将建立的矩阵进行两层Haar小波分解，得到两层分解后的低频通道LL2和其他通道；
步骤3、对分解得到的低频通道LL2进行离散余弦变换(DCT，Discrete CosineTransform)，生成变换后的矩阵MatDCT；
步骤4、获取水印信息(如数字版权信息)，并将水印信息添加在矩阵MatDCT的中部位置。
例如，结合上文实施例，可以将获取的水印信息添加在矩阵MatDCT中的(1,2)、(2,0)、(2,1)、(2,2)。在该实施例中，按照上文介绍到的公式1：MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma进行矩阵赋值。其中，wm表示正/负模板信息，取值为1(对应正模板，水印信息bit为1)或者-1(对应负模板，水印信息bit为0)；sigma取值为3。
在该步骤中，水印信息为转换为二进制数值后的水印信息，水印信息的bit只有1和0两种情况，因此，定义正模板对应bit为1，负模板对应bit为0。并且写入模板信息时，正模板写入的信息为1；为增加对比，负模板写入的信息为-1。
步骤5、对添加水印信息后的矩阵MatDCT进行逆DCT变换，得到矩阵rLL2。
步骤6、利用矩阵rLL2替换LL2，并进行逆小波变换，得到重构图像rImg。
步骤7、建立YUV格式的图像，其中，将YUV格式的图像的U通道设置为重构图像rImg，Y、V通道全部赋值为0，以得到正、负模板的YUV格式图像。
步骤8、将YUV格式的图像转换为RGB格式图像，得到了水印模板。其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，记为ModelPos。携带负模板信息的水印模板为负模板，记为ModelNeg。
在后续利用水印模板添加水印信息时，水印信息二值化后，若水印bit信息为1，则取对应的正模板ModelPos，水印bit信息为0。则去对应的负模板ModelNeg。该实施例生成的正、负模板大小相同，例如正、负模板尺寸均为16*16*3。
在本发明实施例中，当生成正、负水印模板之后，通过将生成的携带正模板信息的正模板和携带负模板信息的负模板进行保存，便可以在后续直接使用水印模板来为图像嵌入水印信息(如嵌入图像版权信息作为水印信息)。基于此，本发明实施例还提供了图像版权隐数字水印嵌入的方法，参见图2，该方法至少包括步骤S202至步骤S208。
步骤S202，获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵。
在该实施例中，源图像的数字版权信息可以包括源图像的唯一标识信息、源图像的作者信息、源图像的所有权人信息等任意对图像有意义的信息。
步骤S204，建立预设大小的水印模板图像，将水印模板图像划分为多个相同大小的图像块，且水印信息矩阵中每个数值位置均对应一个图像块。
步骤S206，按照预设规则从预存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，以将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像。
步骤S208，将最终的水印模板图像与源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
本发明实施例通过依据数字版权信息建立水印信息矩阵，并将预存的正模板或负模板添加至为水印模板图像划分的与水印信息矩阵中每个数值位置对应的图像块中，从而可以在不影响图像的视觉效果的前提下，将图像的唯一性数字版权信息嵌入图像中，相对于常见的图像变换(如改变格式、图片质量压缩，图片尺寸缩放，添加明水印等)方式具有较强的鲁棒性，同时具备低计算量、实时性高、可盲检测的优点。进一步地，本发明可以应用于图片版权信息的登记和监控中，从而有效地减少图片版权纠纷问题，更好地维护原创者的权益，并促进网络中版权保护的良性发展。
此处需要说明的是，本发明的方法不仅可以将图像的数字版权信息作为水印信息嵌入图像中，还适用于将其他的标识信息作为水印信息嵌入图像的场景中，其他的标识信息可以是文字、符号、图画等等形式，本发明实施例对此不做具体的限定。
参见上文步骤S202，在本发明一实施例中，在将数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵之前，还可以先将获取到的待嵌入水印的源图像的数字版权信息转换为二进制格式，进而再将转换为二进制格式的数字版权信息转换为二进制矩阵，并将该二进制矩阵作为水印信息矩阵。
在该实施例中，例如，数字版权信息具有128byte(即128个字节)，其转换为二进制格式后具有1024bit(即1024位)，然后，将1024bit的二进制格式的数字版权信息按照二进制数值的顺序转换为二进制矩阵，例如转换的二进制矩阵的大小为32×32，最后将转换得到的二进制矩阵作为水印信息矩阵。
参见上文步骤S204，在本发明一实施例中，假设建立的水印模板图像的预设大小为512×512×3，且上文得到的水印信息矩阵的大小为32×32，为了保证每个图像块的大小相同，可以将建立的水印模板图像划分成大小为16×16×3的图像块，各图像块之间无重叠部分。并且，水印信息矩阵中每个位置的数值均对应一个图像块。
在本发明实施例中，由于每个图像块的大小相同，因此，为各图像块选取的正模板或负模板的大小也是相同的，并且，任一图像块与预存的正、负模板大小也均相同。
参见上文步骤S206，在本发明一具体实施例中，选取正模板或负模板的规则可以是，通过遍历二进制的水印信息矩阵中每个位置的数值(二进制的水印信息矩阵中仅包含0、1两种数值)，当遍历到水印信息矩阵中一个位置对应的数值为1时，从预存的正、负模板中选取正模板，将该数值位置对应的图像块设置为正模板。当遍历到水印信息矩阵中一个位置对应的数值为0时，从预存的正、负模板中选取负模板，将该数值位置对应的图像块设置为负模板。
例如，结合上文实施例，若转换得到的水印信息矩阵为32×32的二进制矩阵，且二进制矩阵中每个数值位置的数值为1或者0。当遍历到在此二进制矩阵的位置(3,4)上的数值为1时，从预存的正、负模板中选取正模板，由于二进制矩阵的位置(3,4)对应的图像块在水印模板图像的坐标范围为(48,64)到(64,80)，因此可以在水印模板图像的坐标范围为(48,64)到(64,80)的矩形区域(即16×16的大小区域)上叠加正模板。此外，当遍历到在此二进制矩阵的位置(3,4)上的数值为0时，在水印模板图像的坐标范围为(48,64)到(64,80)的矩形区域(即16×16的大小区域)上叠加负模板。
参见上文步骤S208，在本发明一实施例中，为了方便水印模板图像与源图像的叠加，还可以在将最终的水印模板图像与源图像相加之前，先将最终的水印模板图像的大小缩放至与源图像大小相同，进而，再将与源图像大小相同的水印模板图像与源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
具体的，该实施例在将与源图像大小相同的水印模板图像与源图像相加时，先将与源图像大小相同的水印模板图像与源图像相加，然后将相加后的图像量化到预设的数字区间，进而得到量化的嵌入水印后的图像。例如，预设的数字区间可以是0-255的数字区间，当然，也可以是其他的数字区间，本发明实施例对此不做具体的限定。
现以具体实施例说明采用本发明方案的水印嵌入方式对图像的视觉效果影响很小，并且相对于现有技术中的水印嵌入方式具有较强的鲁棒性，对于质量压缩、尺寸缩放、噪声、局部明水印等均有较好的适应性。
首先，取一张图片，其版权信息为“129cfqrP”，在将版权信息“129cfqrP”作为水印信息嵌入图片的过程中直接将8byte版权信息进行16倍冗余扩展为128byte，而未进行加密。然后，在将水印信息嵌入图片之后，通过对水印嵌入前后的图片进行对比发现，在视觉上前后两个图片的差异很小。由此，本发明方案的水印嵌入方式使得水印信息对图像的视觉效果影响很小。
接下来，对采用本发明方案嵌入水印信息的图片进行不同种类的攻击测试，并对经过攻击测试的图片进行水印提取，以验证本方案的水印嵌入方式的鲁棒性。其中，该实施例是将版权信息“129cfqrP”作为水印信息嵌入图片中的。
第一种、将嵌入水印信息的图片压缩至75k(JPEG压缩质量为30，原图片占用空间340k)之后，提取图片中的水印信息为“129cfqrP”，经统计提取的准确率为93.4％。
第二种，将嵌入水印信息的图片的尺寸缩小至398*320(图片的原图尺寸为996*800)大小之后，提取图片中的水印信息为“129cfqrP”，经统计提取的准确率为96.2％。
第三种，在嵌入水印信息的图片中加入椒盐噪声之后，提取图片中的水印信息为“129cfqrP”，经统计提取的准确率为99.7％。
第四种，在嵌入水印信息的图片中加入其他的明水印之后，提取图片中的水印信息为“129cfqrP”，经统计提取的准确率为95.4％。
从测试结果来看，通过采用上述四种不同方式对采用本方案嵌入水印后的图片进行攻击测试，均可以准确地提取出嵌入图片中的水印信息，且水印信息提取的准确率均达到了百分之九十以上，有的甚至达到了百分之九十九以上。由此，本发明方案不仅实现了图片版权信息的快速嵌入，而且还可以保证嵌入的图片版权信息(即水印信息)对图片视觉效果影响很小，具有较强的鲁棒性，对于质量压缩、尺寸缩放、噪声、局部明水印等均有较好的适应性。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置。图3示出了根据本发明一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置的结构示意图。参见图3，用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置300至少包括建立模块310、变换模块320、添加模块330、逆变换模块320以及生成模块350。
现介绍本发明实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置300的各组成或器件的功能以及各部分间的连接关系：
建立模块310，适于建立预置大小的矩阵，将预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；
变换模块320，与建立模块310耦合，适于对低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；
添加模块330，与变换模块320耦合，适于获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；
逆变换模块340，与添加模块330耦合，适于对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；
生成模块350，与逆变换模块340耦合，适于利用逆变换后的矩阵替换低频通道，对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
在本发明一实施例中，添加模块330还适于，设定变换后的矩阵为MatDCT，按照如下公式且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部的位置，MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma。其中，wm表示正/负模板信息，wm取值为1表示正模板信息，wm取值为-1表示负模板信息。i和j分别表示变换后的矩阵中任意数值在矩阵中的横坐标和纵坐标。sigma为指定数值的常量。
本发明实施例还提供了另一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置。图4示出了根据本发明另一个实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置的结构示意图，参见图4，用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置300除了包括上述各模块之外，还包括格式转换模块360、保存模块370。
格式转换模块360，与生成模块350耦合，适于在生成模块350对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，建立YUV格式的图像，利用重构图像为YUV格式的图像的U通道赋值，为Y、V通道均赋值为0。然后，将赋值后的YUV格式的图像转换为RGB格式的图像，得到RGB格式的水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
保存模块370，与生成模块350耦合，适于在生成模块350对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，将生成的携带正模板信息的正模板和携带负模板信息的负模板进行保存。
获取模块380，适于获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵；
划分模块390，与获取模块380耦合，适于建立预设大小的水印模板图像，将水印模板图像划分为多个相同大小的图像块，且水印信息矩阵中每个数值位置均对应一个图像块；
选取模块400，与划分模块390和保存模块370分别耦合，适于按照预设规则从保存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像；
相加模块410，与选取模块400耦合，适于将最终的水印模板图像与源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
在本发明一实施例中，正模板和负模板的大小相同，且任一图像块与保存的正、负模板大小均相同。
在本发明一实施例中，获取模块380还适于，获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，然后，将数字版权信息转换为二进制格式，将二进制格式的数字版权信息转换为二进制矩阵以作为水印信息矩阵。
在本发明一实施例中，选取模块400还适于，遍历二进制的水印信息矩阵中每个位置的数值。若水印信息矩阵中一个位置对应的数值为1，则从保存的正、负模板中选取正模板，将该数值位置对应的图像块设置为正模板。若水印信息矩阵中一个位置对应的数值为0，则从保存的正、负模板中选取负模板，将该数值位置对应的图像块设置为负模板。
在本发明一实施例中，相加模块410还适于，先将最终的水印模板图像的大小缩放至与源图像大小相同。然后，将与源图像大小相同的水印模板图像与源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
在本发明一实施例中，相加模块410还适于，将与源图像大小相同的水印模板图像与源图像相加，进而将相加后的图像量化到预设的数字区间，以得到量化的嵌入水印后的图像。
在本发明一实施例中，源图像的数字版权信息包括源图像的唯一标识信息、源图像的作者信息、源图像的所有权人信息等等中的至少一项。
本发明方案还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序代码，当计算机程序代码在计算设备上运行时，导致计算设备执行上文任意实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
本发明方案还提供了一种计算设备，包括：处理器；存储有计算机程序代码的存储器；当计算机程序代码被处理器运行时，导致计算设备执行上文任意实施例的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
根据上述任意一个优选实施例或多个优选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：
在本发明实施例中，首先，建立预置大小的矩阵，将预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道。然后，对低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵。然后，获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵。进而，对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵。最后，利用逆变换后的矩阵替换低频通道，对逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。由此，本发明实施例通过建立正、负水印模板，当后续需要将水印信息嵌入图像时，可以根据水印信息选取相应的正、负水印模板，以组合正、负水印模板的方式将水印信息嵌入图像中，从而可以大幅减小数据的计算量，提升水印嵌入的处理速度。进一步地，利用水印模板将水印信息嵌入图像并不会影响图像的视觉效果，而且相对于常见的图像变换(如改变格式、图片质量压缩，图片尺寸缩放，添加明水印等)方式，嵌入水印信息的图像还具有较强的鲁棒性，同时具备低计算量、实时性高、可盲检测的优点。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以物理上相互独立，也可以两个或两个以上功能单元集成在一起，还可以全部功能单元都集成在一个处理单元中。上述集成的功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件或者固件的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：所述集成的功能单元如果以软件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，其包括若干指令，用以使得一台计算设备(例如个人计算机，服务器，或者网络设备等)在运行所述指令时执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被计算设备的处理器执行时，所述计算设备执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法，包括：
建立预置大小的矩阵，将所述预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；
对所述低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；
获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；
对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；
利用逆变换后的矩阵替换所述低频通道，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，还包括：
建立YUV格式的图像，利用所述重构图像为YUV格式的图像的U通道赋值，为Y、V通道均赋值为0；
将赋值后的YUV格式的图像转换为RGB格式的图像，得到RGB格式的水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，包括：
设定变换后的矩阵为MatDCT，按照如下公式且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部的位置，
MatDCT(i，j)＝MatDCT(i，j)+wm*sigma；
其中，wm表示正/负模板信息，wm取值为1表示正模板信息，wm取值为-1表示负模板信息；
i和j分别表示变换后的矩阵中任意数值在矩阵中的横坐标和纵坐标；
sigma为指定数值的常量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板之后，还包括：
将生成的携带正模板信息的正模板和携带负模板信息的负模板进行保存。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，还包括：
获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将所述数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵；
建立预设大小的水印模板图像，将所述水印模板图像划分为多个相同大小的图像块，且所述水印信息矩阵中每个数值位置均对应一个图像块；
按照预设规则从保存的正、负模板中为各图像块选取正模板或负模板，将各图像块所在区域设置为正模板或负模板，生成最终的水印模板图像；
将最终的水印模板图像与所述源图像相加，得到嵌入水印后的图像。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述正模板和所述负模板的大小相同，且任一图像块与所述保存的正、负模板大小均相同。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息，将所述数字版权信息作为水印信息建立对应的水印信息矩阵，包括：
获取待嵌入水印的源图像的数字版权信息；
将所述数字版权信息转换为二进制格式，将二进制格式的数字版权信息转换为二进制矩阵以作为所述水印信息矩阵。
8.一种用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成装置，包括：
建立模块，适于建立预置大小的矩阵，将所述预置大小的矩阵进行两层小波分解，得到分解后的低频通道和其他通道；
变换模块，适于对所述低频通道进行离散余弦变换生成变换后的矩阵；
添加模块，适于获取水印信息，按照预设算法且基于预先定义的正/负模板信息将所述水印信息添加在变换后的矩阵中部位置，得到添加水印信息后的矩阵；
逆变换模块，适于对添加水印信息后的矩阵进行逆离散余弦变换得到逆变换后的矩阵；
生成模块，适于利用逆变换后的矩阵替换所述低频通道，对所述逆变换后的矩阵和其他通道进行逆小波变换得到重构图像，以生成水印模板，其中，携带正模板信息的水印模板为正模板，携带负模板信息的水印模板为负模板。
9.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算设备上运行时，导致所述计算设备执行权利要求1-7任一项所述的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
10.一种计算设备，包括：处理器；存储有计算机程序代码的存储器；当所述计算机程序代码被所述处理器运行时，导致所述计算设备执行权利要求1-7任一项所述的用于将隐数字水印嵌入图像的水印模板生成方法。
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