CN112529756B - 一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质 - Google Patents

一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质，其中嵌入方法包括：基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据；将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像。水印嵌入的过程中分别使用红、蓝和绿三个不同的通道，相互独立，不会相互影响各自水印的嵌入和后期的提取，几乎不影响目标图像的质量，又相互补足对方的缺点；使该水印嵌入方法具有微损、强隐蔽性和强鲁棒性。

Description

一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质
技术领域
本发明涉及数字水印技术领域，尤其涉及一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质。
背景技术
近年来，随着计算机科学与网络技术的迅猛发展，越来越多高速流通的数据信息尤其是数字图像牵扯到知识产权问题。国家和民众对知识产权保护日益重视的同时也对其相关技术(比如版权保护)提出了越来越高的要求。作为一种版权标注的重要手段，国内外学者对数字图像水印的嵌入与提取进行了大量深入研究。
数字图像水印需要具备安全性、隐蔽性和鲁棒性。安全性是指数字图像水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造；这是由水印本身来保证的。隐蔽性是指人类感官无法知觉目标数字图像中隐藏的数字图像水印；同时数字图像水印不影响被保护数据的正常使用，不会引起目标数字图像降质。鲁棒性是指在经历多种无意或有意的图像处理(例如噪声攻击)过程后，目标数字图像中的数字图像水印仍能保持部分完整性并能被准确提取和鉴别。隐蔽性和鲁棒性是由水印嵌入和提取算法来保证的。
为满足以上需求，近年来国内外学者提出了许多水印嵌入和提取算法。例如2015年复旦大学Chong Yu提出了基于人工神经网络和Arnold Scrambling的SSDW算法。该算法的优点是盲提取(Blind Extraction)，提取水印时不需要水印原图；缺点是：基于该算法嵌入水印后的图像有明显的细微噪点，而且目前仅做过抗噪声攻击测试。V.Ashok Kumar等人在2017年基于离散小波变换和LSB提出了WLSBWM算法，也具有盲提取的优点，而且能够抗拒除图像旋转之外的多种攻击。其缺点是嵌入水印后的图像有明显的蠕虫样噪声，而且算法环节较多较复杂。Raheleh KHORSAND MOVAGHAR等人在2017年基于人工神经网络、离散小波变换和奇异值分解(SVD)提出了一种水印嵌入和提取算法，对目标数字图像的质量影响较小，但水印提取需要原水印图片，限制了其适用范围。此外，该算法抗裁剪和噪声攻击的效果较差，而且未做旋转攻击测试。Baharak Ahmaderaghi等人基于离散剪切变换和统计决策理论提出了一种水印嵌入和提取算法，与上述算法类似，水印提取需要原水印图片，而且未做抗放缩攻击测试。
发明内容
本发明提供了一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质，其目的是实现水印嵌入的微损、强隐蔽性和强鲁棒性。
第一方面，提供了一种数字图像水印嵌入方法，包括：
基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据；
将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像。
通过上述方案嵌入的水印无法被肉眼感知，嵌入的前两个过程分别使用红、蓝和绿三个不同的通道，相互独立，故不会相互影响各自水印的嵌入和后期的提取，几乎不影响目标图像的质量，又相互补足对方的缺点；大大增强了图片中水印的信息冗余，使得攻击者难以篡改或完全抹除数字图像水印；使得嵌入水印后的目标图像可以有效抵抗常见图像操作的攻击；从而使该水印嵌入方法具有微损(目标数字图像在嵌入水印后质量仅有细微下降)、强隐蔽性(用肉眼无法察觉目标数字图像中的水印)和强鲁棒性(常见图像操作的攻击对目标数字图像中的水印影响较小)。
进一步地，所述基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据，包括：
获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。
进一步地，所述基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据，包括：
将数字图像水印放缩至预设尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中每一个原数据像素哈希映射至放大后数据对应位置的a×a个像素，a为预设值；
将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放大至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
将预处理的数字图像水印的每个像素数据与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
第二方面，提供了一种数字图像水印嵌入装置，包括：
第一处理模块，用于基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
第二处理模块，用于基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据；
水印图像生成模块，用于将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像。
进一步地，所述第一处理模块的处理过程具体包括：
获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。
进一步地，所述第二处理模块的处理过程具体包括：
将数字图像水印放缩至预设尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中每一个原数据像素哈希映射至放大后数据对应位置的a×a个像素，a为预设值；
将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放缩至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
将预处理的数字图像水印的每个像素数据分别与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如上所述的数字图像水印嵌入方法。
第四方面，提供了一种数字图像水印提取方法，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如上所述的数字图像水印嵌入方法嵌入；提取方法包括：
获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；
基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；
获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；
基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/a，得到第二数字图像水印；其中a为预设值；
将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；
将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
上述方案采取的两种方式分别利用待提取水印的数字图像中红、蓝和绿三个通道，相互独立，不会互相影响各自嵌入的水印的提取，最终结合得到数字水印图像，该过程可以提取三个数字图像水印用于鉴别，只要有一个与数字图像水印原图相似，即具有参考意义；该方法通过盲提取的方式提取待提取水印的数字图像中隐藏的水印，不需要数字图像水印原图，适用范围广。
第五方面，提供了一种数字图像水印提取装置，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如上所述的数字图像水印嵌入方法嵌入；提取装置包括：
第一数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；然后基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；
第二数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；然后基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/a，得到第二数字图像水印；其中a为预设值；
数字图像水印生成模块，用于将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；并将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如上所述的数字图像水印提取方法。
有益效果
本发明提出了一种数字图像水印嵌入方法、提取方法、装置、存储介质，水印嵌入的过程中分别使用红、蓝和绿三个不同的通道，相互独立，故不会相互影响各自水印的嵌入和后期的提取，几乎不影响目标图像的质量，又相互补足对方的缺点；大大增强了图片中水印的信息冗余，使得攻击者难以篡改或完全抹除数字图像水印；使得嵌入水印后的目标图像可以有效抵抗常见图像操作的攻击；从而使该水印嵌入方法具有微损、强隐蔽性和强鲁棒性。其对应的水印提取过程为盲提取的方式，不需要数字图像水印原图，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种数字图像水印嵌入方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种数字图像水印提取方法流程图；
图3中，(a)是本发明实施例提供的待嵌入水印的目标数字图像；
(b)是本发明实施例提供的数字图像水印；
(c)是将(b)中水印嵌入(a)中目标图像后得到的嵌入水印后的目标数字图像；
(d)中从左至右是从(c)中提取的第一数字图像水印、第二数字图像水印和结合后的数字图像水印；
(e)是对(c)进行50％裁减攻击后的图像；
(f)从左至右分别是从(e)中提取的第一数字图像水印、第二数字图像水印和结合后的数字图像水印；
(g)对(c)进行高斯噪声攻击后的图像；
(h)从左至右分别是从(g)中提取的第一数字图像水印、第二数字图像水印和结合后的数字图像水印；
(i)对(c)进行逆时针旋转5度再恢复攻击后的图像；
(j)从左至右分别是从(i)中提取的第一数字图像水印、第二数字图像水印和结合后的数字图像水印；
(k)对(c)进行缩小50％攻击后的图像；
(l)从左至右分别是从(k)中提取的第一数字图像水印、第二数字图像水印和结合后的数字图像水印。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或顺序。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
如图1所示，本发明实施例提供了一种数字图像水印嵌入方法，包括：
A1：基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。将该过程定义为H方式，则H方式具体包括：
A11：获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
A12：提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
A13：将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
A14：计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
A15：将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。
A2：基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。将该过程定义为A方式，则A方式具体包括：
A21：将数字图像水印放缩至预设尺寸，本实施例中预设尺寸为64×64像素尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
A22：将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中a为预设值；本实施例中，a取4，即每一个原数据像素哈希映射至放大后数据对应位置的4×4个像素；
A23：将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放缩至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
A24：将预处理的数字图像水印的每个像素数据与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
A3：将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像。
通过上述方案嵌入的水印无法被肉眼感知，嵌入的前两个过程分别使用红、蓝和绿三个不同的通道，相互独立，故不会相互影响各自水印的嵌入和后期的提取，几乎不影响目标图像的质量，又相互补足对方的缺点；大大增强了图片中水印的信息冗余，使得攻击者难以篡改或完全抹除数字图像水印；使得嵌入水印后的目标图像可以有效抵抗常见图像操作的攻击；从而使该水印嵌入方法具有微损(目标数字图像在嵌入水印后质量仅有细微下降)、强隐蔽性(用肉眼无法察觉目标数字图像中的水印)和强鲁棒性(常见图像操作的攻击对目标数字图像中的水印影响较小)。
本发明实施例还提供了一种数字图像水印嵌入装置，包括第一处理模块、第二处理模块及水印图像生成模块。具体的：
第一处理模块，用于基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。更具体的，所述第一处理模块的处理过程包括：
获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据。
第二处理模块，用于基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。更具体的，所述第二处理模块的处理过程包括：
将数字图像水印放缩至预设尺寸，本实施例中预设尺寸为64×64像素尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中a为预设值；本实施例中，a取4，即每一个原数据像素哈希映射至放大后数据对应位置的4×4个像素；
将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放缩至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
将预处理的数字图像水印的每个像素数据分别与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
水印图像生成模块，用于将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种数字图像水印提取方法，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如上所述的数字图像水印嵌入方法或装置嵌入；提取方法包括：
B1：获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；
B2：基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；步骤B1和B2定义为H方式的逆运算；
B3：获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；
B4：基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/4，即得到64×64像素尺寸大小的第二数字图像水印；步骤B3和B4定义为A方式的逆运算；
B5：将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；
B6：将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
上述方案采取的两种方式分别利用待提取水印的数字图像中红、蓝和绿三个通道，相互独立，不会互相影响各自嵌入的水印的提取，最终结合得到数字水印图像，该过程可以提取三个数字图像水印用于鉴别，只要有一个与数字图像水印原图相似，即具有参考意义；该方法通过盲提取的方式提取待提取水印的数字图像中隐藏的水印，不需要数字图像水印原图，适用范围广。
本发明实施例还提供了一种数字图像水印提取装置，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如上所述的数字图像水印嵌入方法嵌入；提取装置包括：
第一数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；然后基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；
第二数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；然后基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/a，得到第二数字图像水印；其中a为预设值；
数字图像水印生成模块，用于将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；并将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如上所述的数字图像水印嵌入方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如上所述的数字图像水印提取方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。另外统一说明，A方式所述的哈希映射是原水印图像数据的一个像素对应放大后的水印图像的4×4像素块中中段的四个像素。A方式的逆运算中对应的步骤即上述映射的逆映射。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
本发明性能测定：
利用肉眼和尖峰信噪比(Peak Signal Noise Ratio，PSNR)来判断目标数字图像嵌入水印前后的相似性。计算出的尖峰信噪比越高，相似性越大。尖峰信噪比不适合用来衡量水印嵌入算法的鲁棒性。利用肉眼和均方差(Mean Square Error，MSE)来判断数字图像水印原图与提取出的数字图像水印的相似性。均方差越小，相似性越大。
实施例1：
1、首先指定目标数字图像和数字图像水印，采用前述的水印嵌入方法步骤，得到嵌入水印后的目标数字图像。目标数字图像选取附图3(a)所示图片，数字图像水印选取附图3(b)所示图片。附图3(c)即嵌入水印后的目标数字图像。
2、利用发明内容中所述的水印提取算法从嵌入水印后的目标数字图像中提取出三个水印，见附图3(d)。
3、计算目标数字图像嵌入水印前后的尖峰信噪比；分别计算数字图像水印原图与提取出的三个数字图像水印的均方差，结果如下表所示。
实施例2：
1、采用与实施例1的步骤1相同的步骤。
2、对嵌入水印后的目标数字图像【附图3(c)】进行的50％裁剪攻击，遭到攻击后的目标数字图像见附图3(e)。
3、利用发明内容中所述的水印提取算法从遭到攻击后的目标数字图像中提取出三个水印，见附图3(f)。
4、计算目标数字图像嵌入水印前与遭到攻击后的尖峰信噪比；分别计算数字图像水印原图与提取出的三个数字图像水印的均方差，结果如下表所示。
实施例3：
1、采用与实施例1的步骤1相同的步骤。
2、对嵌入水印后的目标数字图像【附图3(c)】进行高斯噪声攻击，遭到攻击后的目标数字图像见附图3(g)。
3、利用发明内容中所述的水印提取算法从遭到攻击后的目标数字图像中提取出三个水印，见附图3(h)。
4、计算目标数字图像嵌入水印前与遭到攻击后的尖峰信噪比；分别计算数字图像水印原图与提取出的三个数字图像水印的均方差，结果如下表所示。
实施例4：
1、采用与实施例1的步骤1相同的步骤。
2、对嵌入水印后的目标数字图像【附图3(c)】进行逆时针旋转攻击，攻击后恢复原有角度，遭到攻击后的目标数字图像见附图3(i)。
3、利用发明内容中所述的水印提取算法从遭到攻击后的目标数字图像中提取出三个水印，见附图3(j)。
4、计算目标数字图像嵌入水印前与遭到攻击后的尖峰信噪比；分别计算数字图像水印原图与提取出的三个数字图像水印的均方差，结果如下表所示。
实施例5：
1、采用与实施例1的步骤1相同的步骤。
2、对嵌入水印后的目标数字图像【附图3(c)】进行缩小50％攻击，遭到攻击后的目标数字图像见附图3(k)。
3、利用发明内容中所述的水印提取算法从遭到攻击后的目标数字图像中提取出三个水印，见附图3(l)。
4、计算目标数字图像嵌入水印前与遭到攻击后的尖峰信噪比；分别计算数字图像水印原图与提取出的三个数字图像水印的均方差，结果如下表所示。
大多数现有方案的尖峰信噪比在40-55之间，随目标图像的不同而略有区别，实际上相差不是很明显。相对其他现有方案而言，本发明的有益处在于其在保证盲提取、强隐蔽性的情况下，具有较为全面的对抗常见图像操作(如噪声、裁剪)的能力(鲁棒性)。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种数字图像水印嵌入方法，其特征在于，包括：
基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据；
将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像；
所述基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据，包括：
获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
所述基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据，包括：
将数字图像水印放缩至预设尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中a为预设值；
将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放缩至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
将预处理的数字图像水印的每个像素数据与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
2.一种数字图像水印嵌入装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于基于目标数字图像的红色通道数据和数字图像水印得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
第二处理模块，用于基于数字图像水印的红色通道数据和目标数字图像的蓝色和绿色通道数据得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据；
水印图像生成模块，用于将得到的目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据、蓝色和绿色通道数据进行合并，得到嵌入水印后的目标数字图像；
所述第一处理模块的处理过程具体包括：
获取目标数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，得到低频成分、水平高频成分、垂直高频成分和对角高频成分；
提取水平高频成分并进行二维离散余弦变换；
将数字图像水印二值化，将得到的二值化数字图像水印放缩至二维离散余弦变换后的水平高频成分的二维尺寸大小；
计算二维离散余弦变换后的水平高频成分与放缩后的二值化数字图像水印的Hadamard乘积，得到嵌入水印的水平高频成分；
将嵌入水印的水平高频成分进行反二维离散余弦变换，然后结合所述低频成分、垂直高频成分和对角高频成分进行反二维离散小波变换，得到目标数字图像嵌入水印后的红色通道数据；
所述第二处理模块的处理过程具体包括：
将数字图像水印放缩至预设尺寸，然后获取其红色通道数据并进行二值化处理；
将二值化后的数字图像水印的红色通道数据放大至前述预设尺寸的a倍，其中a为预设值；
将放大后的数字图像水印的红色通道数据进行反二维离散余弦变换，再结合全零矩阵进行反二维离散小波变换，再放缩至目标数字图像的尺寸，得到预处理的数字图像水印；
将预处理的数字图像水印的每个像素数据与目标数字图像的蓝色和绿色通道数据对应的像素数据结合，得到目标数字图像嵌入水印后的蓝色和绿色通道数据。
3.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如权利要求1所述的数字图像水印嵌入方法。
4.一种数字图像水印提取方法，其特征在于，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如权利要求1所述的数字图像水印嵌入方法嵌入；提取方法包括：
获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；
基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；
获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；
基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/a，得到第二数字图像水印；其中a为预设值；
将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；
将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
5.一种数字图像水印提取装置，其特征在于，用于对待提取水印的数字图像进行水印提取，所述待提取水印的数字图像中的水印为采用如权利要求1所述的数字图像水印嵌入方法嵌入；提取装置包括：
第一数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的红色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分，并将待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分进行二维离散余弦变换；然后基于阶跃函数，将进行二维离散余弦变换后的待提取水印的数字图像的红色通道数据的水平高频成分二值化，得到第一数字图像水印；
第二数字图像水印提取模块，用于获取待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据，并对其进行二维离散小波变换，提取得到待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分；然后基于二维离散余弦变换，将待提取水印的数字图像的蓝色和绿色通道数据的高频成分缩小至原有的1/a，得到第二数字图像水印；其中a为预设值；
数字图像水印生成模块，用于将第二数字图像水印放缩至第一数字图像水印的尺寸大小；并将第一数字图像水印与放缩后的第二数字图像水印进行矩阵或运算，得到结合后的数字图像水印。
6.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序适于被处理器加载并执行如权利要求4所述的数字图像水印提取方法。
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