CN1389825A - 数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法 - Google Patents

Abstract

数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法,它属于模式识别领域。首先是对媒体信息进行二层小波变换,在H₂L₂和L₂H₂系数区域分别嵌入水印信息和跟踪阵信息,逆小波变换恢复原媒体信息。当媒体信息被处理、攻击后,先对媒体信息进行小波变换,提取跟踪阵,计算跟踪阵和原始跟踪阵内容的相似度,恢复媒体信息,根据跟踪阵相似度确定媒体信息经历的各种攻击、处理的方法和程度,提供了一个还原媒体信息的依据和参照,最后再还原得出媒体信息中有效的水印信息。本发明中的媒体信息如受到干扰和处理后,提取的水印也较清晰,这对于媒体等信息的被盗版、被非法拷贝具有很好的判断作用。

Description

数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法

技术领域：本发明属于模式识别领域，它具体涉及一种将数字水印嵌入媒体信息中，又可从媒体信息中析取出该数字水印的方法。

背景技术：数字产品易于复制使得今天盛行的Internet面临着更严峻的挑战。采用数字水印技术进行版权保护，是近几年来数字化技术的一个新热点。目前数字水印的嵌入方法和位置各有不同，但共同的缺憾是抗攻击能力弱，嵌入水印的媒体信息稍有干扰或变换处理(如平滑、锐化、放缩、剪切等)，水印也跟着改变，待提取后水印已不是原来的模样，看不出原来的水印图案，即水印已被破坏或丢失了，这对于媒体信息的防盗版、防拷贝已失去作用。

发明内容：本发明研制了一种数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法，该方法使嵌入水印的媒体信息即使在经过一般的干扰和处理(如平滑、锐化、放缩、剪切等)后，依然能够清晰有效的析出可复原的水印，进而判断出媒体信息是否被攻击及被攻击的程度。本发明的水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出的方法是：水印信息和跟踪阵信息嵌入媒体信息的方法是：准备媒体信息、水印信息和跟踪阵信息，对媒体信息进行二层小波变换，判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入，当不是时，则选择一位未嵌入的水印信息位w(m，n)，读取H₂L₂中的系数f(m，n)，判断w(m，n)是否等于1，当w(m，n)不等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点A的值，当w(m，n)是等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点B的值，然后再选择一位未嵌入的跟踪阵信息tc(m，n)，读取对应的L₂H₂中的系数f^*(m，n)，跟踪阵是一个具有固定大小，且内容为全零的矩阵，并要求其内容的格式和水印信息的格式完全相同，量化f^*(m，n)的值为所在区段端点A的值，然后返回判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入程序，当所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入时，对媒体信息进行逆小波变换，恢复媒体信息，嵌入过程结束。水印信息和跟踪阵信息从媒体信息中析出的方法为：对含水印信息的媒体信息进行二层小波变换，从L₂H₂区段中读取系数f＇^*(m，n)，以tc＇(m，n)^*＝

f＇^*(m，n)/Δmod2

计算跟踪阵内容，利用篡改估计函数TAF计算析出的跟踪阵内容与跟踪阵原始内容的相似度(1-TAF)，对媒体信息进行逆小波变换还原媒体信息，选择一种常用的攻击算法的逆运算，将媒体信息保存与备份，用所选的逆运算对媒体信息进行处理并提取跟踪阵，计算提取的跟踪阵与原始跟踪阵内容的相似度(1-TAF)＇，判断相似度(1-TAF)＇与相似度(1-TAF)相比是否有提高？如果相似度是有提高，则返回到媒体信息保存与备份程序，如果相似度没有提高，则判断是否还有未用过的常用攻击算法的逆运算？如有未用过的常用攻击算法的逆运算，则返回选择一种常用攻击算法的逆运算程序，如果没有常用攻击算法的逆运算了，则对媒体信息的新备份进行二层小波变换，然后判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)？当有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，读取H₂L₂系数区段的系数f＇(m，n)，利用w^*(m，n)＝ f^*(m，n)/Δmod2 析出尚未析出的水印信息位w^*(m，n)然后再返回到判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)程序，当没有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，则析出过程结束。本发明中由于跟踪阵的内容已被事先定义，所以通过计算析取出的跟踪阵与其原始跟踪阵内容的相似程度，便可确定其可能的变化程度，以逆推还原的方式，采用迭代的方法，使两者的差异逐步缩小，当达到最小值时，即求得一最近似的还原的信息，析出跟踪阵迭代的次数有效的描述了嵌入水印信息的媒体信息被篡改的程度，并在跟踪阵的指导下，对媒体信息进行有效的处理，尽可能的使媒体信息还原，从而达到更好的水印信息析出效果。即使媒体信息受到干扰和处理后，提取的水印也较清晰，这对于媒体信息等的被盗版、被非法拷贝具有很好的判断作用。

附图说明：图1是水印信息和跟踪阵信息嵌入媒体信息的流程图，图2是从媒体信息中析出水印信息的流程图，图3是对媒体信息进行二层小波变换的流程图，图4是对媒体信息进行量化的结构示意图。

具体实施方式一：本具体实施方式描述的是水印信息和跟踪阵信息嵌入媒体信息和从媒体信息中析出水印的方法，水印信息和跟踪阵信息嵌入媒体信息的方法是：如图1，准备媒体信息、水印信息和跟踪阵信息，对媒体信息进行二层小波变换，判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入，当不是时，则选择一位未嵌入的水印信息位w(m，n)，读取H₂L₂中的系数f(m，n)，判断w(m，n)是否等于1，当w(m，n)不等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点A的值，当w(m，n)等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点B的值，然后再选择一位未嵌入的跟踪阵信息tc(m，n)，读取对应的L₂H₂中的系数f^*(m，n)，跟踪阵是一个具有固定大小，且内容为全零的矩阵，并要求其内容的格式和水印信息的格式完全相同，量化f^*(m，n)的值为所在区段端点A的值，然后返回判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入程序，当所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入时，对媒体信息进行逆小波变换，恢复媒体信息，嵌入结束，w(m，n)表示未嵌入的水印信息位，tc^*(m，n)表示析出的跟踪阵信息位，f(m，n)表示未嵌入水印信息的H₂L₂的系数，f＇(m，n)表示嵌入水印信息后的H₂L₂系数，f^*(m，n)表示未嵌入跟踪阵信息的L₂H₂的系数。水印信息和跟踪阵信息从媒体信息中析出的方法为：如图2，对含水印信息的媒体信息进行二层小波变换，从L₂H₂区段中读取系数f＇^*(m，n)，以tc＇(m，n)^*＝

f＇^*(m，n)/Δmod2

计算跟踪阵内容，利用篡改估计函数TAF计算析出的跟踪阵内容与跟踪阵原始内容的相似度(1-TAF)，对媒体信息进行逆小波变换还原媒体信息，选择一种常用的攻击算法的逆运算，将媒体信息保存与备份，用所选的逆运算对媒体信息进行处理并提取跟踪阵，计算提取的跟踪阵与原始跟踪阵内容的相似度(1-TAF)＇，判断相似度(1-TAF)＇与相似度(1-TAF)相比是否有提高？如果相似度是有提高，则返回到媒体信息保存与备份程序，如果相似度没有提高，则判断是否还有未用过的常用攻击算法的逆运算？如有未用过的常用攻击算法的逆运算，则返回选择一种常用攻击算法的逆运算程序，如果没有常用攻击算法的逆运算了，则对媒体信息的新备份进行二层小波变换，然后判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)？当有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，读取H₂L₂系数区段的系数f＇(m，n)，利用w^*(m，n)＝

f^*(m，n)/Δmod2

析出尚未析出的水印信息位w^*(m，n)，然后再返回到判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)程序，当没有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，则析出过程结束。w^*(m，n)表示析出的水印信息位，tc(m，n)表示未嵌入的跟踪阵信息位，f＇^*(m，n)表示嵌入跟踪阵信息后的L₂H₂系数。

具体实施方式二：本具体实施方式是对媒体信息进行二层小波变换的方法，如图3所示，二层小波变换的方法：对媒体信息进行行方向的低通滤波h(m)和列方向的低通滤波h(n)后得到低频子带L₂L₂，对媒体信息进行行方向的低通滤波h(m)和列方向的高通滤波g(n)后得到高频子带L₂H₂，对媒体信息进行行方向的高通滤波g(m)和列方向的低通滤波h(n)后得到高频子带H₂L₂，对媒体信息进行行方向的高通滤波g(m)和列方向的高通滤波g(n)后得到高频子带H₂H₂。

具体实施方式三：本具体实施方式描述的是对媒体信息进行量化的方法是：如图4，为了达到在量化系数中嵌入水印的目的，首先进行区段的划分，Δ代表了量化的步长，在实际应用中，可根据具体需要，选择适合的整数值作为量化步长；A、B两类点分别代表了值为(2k-

Δ)与(2k+

Δ)的点，一个区段即是以A、B为端点，且长为Δ的区间，只要知道任意一个系数，也就必将知道它落在某一区段中；对于H₂L₂中的系数，设其在H₂L₂中的坐标为(m，n)，如果对应水印信息的像素点(m，n)的值不等于1，则修改此系数的值为其所在区间端点A的值，如果对应二值水印图像的像素点(m，n)的值为1，则修改此系数的值为其所在区间端点B的值。

具体实施方式四：本具体实施方式描述的是量化的算法：Δ为量化的步长，本具体实施方式中的值为16，f为中频的系数，w为二值媒体信息的一个像素值，f可表示为下式的形式，其中f为量化前的值，f_q为量化后的值，s为整数，r为余数

f＝s×Δ+r(s∈N，|r|≤Δ)

1)f≥0，w＝1

2)f≥0，w＝0

3)f＜0，w＝1

4)f＜0，w＝0

具体实施方式五：本具体实施方式描述的是提取出的跟踪阵内容和原始跟踪阵内容相似度的计算方法是，采用篡改估计函数TAF来度量所提取的跟踪阵内容tc^*与跟踪阵原始内容tc不相似的程度，不相似度计算公式如下： $\mathrm{TAF}=\mathrm{TAF}(\mathrm{tc},t{c}^{*})=\frac{1}{M\×N}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{tc}(m,n)\⊕t{c}^{*}(m,n)]$ M与N分别表示所嵌入跟踪阵行与列的数目，表示异或运算，M×N表示嵌入水印的比特总数，(1-TAF)的值表示跟踪阵与其原始内容的相似度。

Claims (4)

1、数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法，其特征在于：

A、水印信息和跟踪阵信息嵌入媒体信息的方法是：准备媒体信息、水印信息和跟踪阵信息，对媒体信息进行二层小波变换，判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入，当不是时，则选择一位未嵌入的水印信息位w(m，n)，读取H₂L₂中的系数f(m，n)，判断w(m，n)是否等于1，当w(m，n)不等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点A的值，当w(m，n)等于1时，量化系数f(m，n)的值为所在区段端点B的值，然后再选择一位未嵌入的跟踪阵信息tc(m，n)，读取对应的L₂H₂中的系数f^*(m，n)，量化f^*(m，n)的值为所在区段端点A的值，然后返回判断是否所有水印信息位和跟踪阵信息位都完成了嵌入，当所有水印信息位和跟踪阵信息都均完成了嵌入时，对媒体信息进行逆小波变换，恢复媒体信息，嵌入过程结束；

B、水印信息和跟踪阵信息从媒体信息中析出的方法为：对含水印信息的媒体信息进行二层小波变换，从L₂H₂区段中读取系数f＇^*(m，n )，以tc＇(m，n)^*＝ f＇^*(m，n)/Δmod2

计算跟踪阵内容，利用篡改估计函数TAF计算析出的跟踪阵内容与跟踪阵原始内容的相似度(1-TAF)，对媒体信息进行逆小波变换还原媒体信息，选择一种常用的攻击算法的逆运算，将媒体信息保存与备份，用所选的逆运算对媒体信息进行处理并提取跟踪阵，计算提取的跟踪阵与原始跟踪阵内容的相似度(1-TAF)＇，判断相似度(1-TAF)＇与相似度(1-TAF)相比是否有提是高？如果相似度是有提高，则返回到媒体信息保存与备份程序，如果相似度没有提高，则判断是否还有未用过的常用攻击算法的逆运算？如有未用过的常用攻击算法的逆运算，则返回选择一种常用攻击算法的逆运算程序，如果没有常用攻击算法的逆运算了，则对媒体信息的新备份进行二层小波变换，然后判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)？当有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，读取H₂L₂系数区段的系数f＇(m，n)，利用w^*(m，n)＝ f^*(m，n)/Δmod2 析出尚未析出的水印信息位w^*(m，n)，回到判断是否还有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)程序，当没有尚未析出的水印信息位w^*(m，n)时，则析出过程结束。

2、根据权利要求1所述的数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法，其特征在于二层小波变换的方法是，对媒体信息进行行方向的低通滤波h(m)和列方向的低通滤波h(n)后得到低频子带L₂L₂，对媒体信息进行行方向的低通滤波h(m)和列方向的高通滤波g(n)后得到高频子带L₂H₂，对媒体信息进行行方向的高通滤波g(m)和列方向的低通滤波h(n)后得到高频子带H₂L₂，对媒体信息进行行方向的高通滤波g(m)和列方向的高通滤波g(n)后得到高频子带H₂H₂。

3、根据权利要求1所述的数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法，其特征在于对媒体信息进行量化的方法是，首先进行区段的划分，Δ代表了量化的步长，选择适合的整数值作为量化步长；A、B两类点分别代表了值为(2k-

Δ)与(2k+ Δ)的点，一个区段即是以A、B为端点，且长为Δ的区间，只要知道任意一个系数，也就必将知道它落在某一区段中，对于H₂L₂中的系数，设其在H₂L₂中的坐标为(m，n)，如果对应水印信息的像素点(m，n)的值不等于1，则修改此系数的值为其所在区间端点A的值，如果对应二值水印图像的像素点(m，n)的值为1，则修改此系数的值为其所在区间端点B的值。

4、根据权利要求1所述的数字水印嵌入媒体信息和从媒体信息中析出可复原水印信息的方法，其特征在于提取出的跟踪阵内容和原始跟踪阵内容相似度的计算方法是，采用估计函数TAF来度量所提取的跟踪阵内容tc^*与跟踪阵原始内容tc不相似的程度，不相似度计算公式如下： $\mathrm{TAF}=\mathrm{TAF}(\mathrm{tc},t{c}^{*})=\frac{1}{M\×N}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[\mathrm{tc}(m,n)\⊕t{c}^{*}(m,n)]$ (1-TAF)的值表示跟踪阵与其原始跟踪阵内容的相似度。

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