TWI534644B - 基於空間域圖像的數位浮水印的嵌入及提取方法 - Google Patents

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Description

基於空間域圖像的數位浮水印的嵌入及提取方法
本發明涉及一種數位浮水印的嵌入及提取方法，尤指一種基於空間域圖像的數位浮水印的嵌入及提取方法。
隨著互聯網和多媒體技術的迅猛發展，數位媒體盜版問題也變得非常嚴重。數位浮水印作為傳統加密方法的補充手段，可以有效地保護數位產品的版權。目前的數字浮水印添加方法通常基於DCT(Discrete Cosine Transform)域變換的數位圖像浮水印嵌入方法，在DCT域內進行浮水印嵌入，將圖像分塊後，將嵌入的浮水印信號能量均勻分佈到塊內各個圖元上，該方法具有嵌入浮水印複雜度高，浮水印容易被過濾等缺點。
有鑒於此，有必要提供一種基於空間域圖像的數位浮水印的嵌入及提取方法，使得嵌入方法簡單，浮水印不易被過濾。
一種數位浮水印的嵌入方法，該方法包括：獲取原始圖像及浮水印尺寸：獲取浮水印圖元序列及每一圖元值與座標位置的對應關係並將該對應關係存儲到存儲單元；對原始圖像進行灰度轉換形成灰度圖像；對轉換後的所述灰度圖像進行分塊處理；在所劃分的圖像塊中隨機選取對應浮水印圖元個數的圖像塊作為隨機密鑰 ；對選取的每一圖像塊中第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據一嵌入關係將浮水印圖元序列的每個值分別嵌入到選取的圖像塊中，獲取浮水印圖像，其中，所述第一部分和第二部分的圖元個數相等且互不重疊。
一種數位浮水印的提取方法，該方法包括：獲取浮水印圖像尺寸：根據嵌入浮水印的轉換方式將對浮水印圖像轉換成一灰度浮水印圖像；根據與嵌入浮水印圖像的劃分方式對該灰度浮水印圖像進行分塊處理；根據保存的隨機密鑰位址獲取浮水印嵌入的圖像塊；對每個圖像塊的第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據嵌入關係的逆運算獲取浮水印圖元序列，其中，所述第一部分和第二部分的圖元個數相等且互不重疊；根據預先存儲的浮水印圖元值及該圖元值與座標位置的對應關係，對浮水印圖元序列進行升維處理，提取原始浮水印。
本發明基於空間域圖像數位浮水印的嵌入和提取方法。通過對原始圖像做灰度化及分塊處理，並根據一定函數關係嵌入及還原浮水印，該嵌入或提取浮水印的方法簡單，且不易被過濾。
10‧‧‧處理單元
20‧‧‧存儲單元
30‧‧‧顯示單元
圖1為本發明一實施例方式中數位元浮水印的嵌入和提取方法的功能模組圖。
圖2為圖1中數字浮水印的嵌入方法的流程圖。
圖3為圖1中數字浮水印的提取方法的流程圖。
請參考圖1，本發明的處理單元10對原始圖像做灰度化處理，將 獲取的灰度圖分成若干圖像塊，將浮水印資訊根據一預定函數關係分別嵌入到每個圖像塊中，並通過對應的逆運算還原浮水印，並顯示該浮水印於顯示單元30。
請一併參考圖2，一種基於空間域圖像數位浮水印的嵌入方法。浮水印的嵌入方法：
步驟S101：處理單元10獲取所述原始圖像I以及浮水印，該原始圖像I的尺寸為N×M個圖元，浮水印尺寸為n×m個圖元。
步驟S102：處理單元10將n×m浮水印圖元二值化，獲取一維的二值化浮水印圖元值序列，並將浮水印序列的每一位與座標位置的對應關係存儲到存儲單元20。
步驟S103：處理單元10對N×M個圖元的原始圖像I進行灰度轉換，對轉換後的灰度圖進行分塊。如：將該灰度圖分成N/A×M/A個圖像塊，使得灰度圖的每個圖像塊內分佈A×A個圖元點。
步驟S104：處理單元10從灰度圖所劃分的N/A×M/A個圖像塊中隨機選取對應n×m個浮水印圖元的n×m個圖像塊作為隨機密鑰Pi(Pi=1...N/A×M/A，i=n×m)並將隨機密鑰Pi的選取位址存儲到存儲單元20中。
步驟S105：處理單元10對每個圖像塊中第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據一函數關係將浮水印資訊的每一個值分別嵌入到選取的圖像塊中，從而獲取嵌入浮水印圖像I’，其中，所述第一部分和第二部分的圖元個數相等且互不重疊。
請參考圖3，一種基於空間域圖像數位浮水印的提取方法：
步驟S201：處理單元10獲取所述嵌入浮水印圖像I’，所述嵌入浮水印圖像I’的尺寸為N×M。
步驟S202：處理單元10對嵌入浮水印圖像I’根據嵌入浮水印的轉換方式轉換成一灰度圖像，並根據與嵌入浮水印劃分圖像時同樣的劃分方式對該灰度圖進行劃分，即劃分成多個具有A×A個圖元的分塊，從而將該灰度圖分成N/A×M/A個圖像塊。
步驟S203：處理單元10根據保存的隨機密鑰Pi的選取位址獲取嵌入浮水印的圖像塊。
步驟S204：處理單元10對每個圖像塊的第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據對嵌入函數的逆運算獲取浮水印圖元序列Wq。
步驟S205：處理單元10根據預先記錄的浮水印序列與座標位置的對應關係對獲取的二值浮水印圖元序列Wq進行升維處理，提取原始浮水印，並顯示該浮水印於顯示單元30。
如下通過具體實施例詳細說明本發明的浮水印嵌入及提取方法。
設定原始圖像I為一彩色圖像IRGB，處理單元10用原始圖像IRGB和浮水印初始化點陣圖(Bi tmap)物件，獲取所述原始圖像及浮水印的尺寸，如：原始圖像IRGB的尺寸為(512×512)，浮水印尺寸為(32×32)。
將32×32的浮水印二值化，獲取一維的0、1二值化浮水印序列w1…w1024，並記錄浮水印序列的每一位元與圖元位置的對應關係 於存儲單元20。
任選原始圖像IRGB的三分量(R，G，B)中一個分量的灰度圖IB進行3×3分塊，使灰度圖IB共分為512/3×512/3個圖像塊，其中，每個圖像塊的圖元按順序排列為C1.C2.C3…C9。其他實施方式中，原始圖像IRGB的灰度圖可為IRGB的三分量(R，G，B)的均值灰度圖，或者IRGB的三分量(R，G，B)的加權平均值灰度圖等。
從灰度圖IB所劃分的512/3×512/3圖像塊中隨機選取32×32=1024個圖像塊作為隨機密鑰pi(pi=1...512/3×512/3，i=1...1024)，並將隨機密鑰pi的圖像塊初始座標位址存儲到所述存儲單元中，計算每個圖像塊的前三個圖元值之和Ci(i=1,2,3)與中間三個圖元值之和Ci(i=4,5,6)的差，根據以下關係將浮水印圖元序列Wq(q=1...1024)分別嵌入到1024個隨機密鑰ps中，獲得浮水印圖像I’RGB：((2Ps)i-(2Ps)j)>=0Wq=0
((2Ps+1)i-(2Ps+1)i)<0Wq=1
其中，(i和j分別表示一圖像塊內前三個圖元和中間三個圖元的順序值，i=1,2,3，j=4,5,6，Ps=(0..(512/6×512/6)，s=(1...1024))。
為了控制嵌入浮水印強度，計算塊內前三個圖元值之和與中間三個圖元值之和的差值Dif，並設定閥值d為一大於0的整數。在本實施方式中，如果Dif>=0，則將所述中間三個圖元值分別加上Dif/3+d，使得Dif<0，所述處理器記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入的浮水印資訊Wq=0，該函數關係指的是Dif<0；如果 Dif<0，則將塊內前三個圖元值分別加上Dif/3+d，使得Dif>=0，所述處理器記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入的浮水印圖元值Wq=1，該函數關係指的是Dif>=0。在另一實施方式中，如果Dif>=0，則將所述中間三個圖元值分別加上Dif/3+d，使得Dif<0，所述處理器記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入的浮水印資訊Wq=1，該函數關係指的是Dif<0；如果Dif<0，則將塊內前三個圖元值分別加上Dif/3+d，使得Dif>=0，所述處理器記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入的浮水印圖元值Wq=0，該函數關係指的是Dif>=0。其他實施方式中，可根據用戶定義的其他函數關係將浮水印序列嵌入到原始圖像中。
Dif=｜(2Ps)i-(2Ps)j｜i=1,2,3.j=4,5,6Ps=(0..(512/6×512/6)-1，s=(1...1024))。
Dif=｜(2Ps+1)i-(2Ps+1)j｜i=1,2,3，j=4,5,6，Ps=(0..(512/6×512/6)-1，s=(1...1024))。
浮水印提取時，對浮水印嵌入過程進行逆運算。
處理單元10用浮水印圖像I’RGB初始化點陣圖(Bi tmap)物件，獲取所述浮水印圖像的尺寸(512×512)。
根據浮水印圖像I’RGB的三分量(R，G，B)中一個分量的灰度圖I’B進行3×3分塊，使灰度圖I’B共分為512/3×512/3個圖像塊，其中，每個圖像塊的圖元按順序排列為C1.C2.C3…C9。
根據存儲單元存儲的隨機密鑰pi的圖像塊初始座標位址，查找浮水印的嵌入位置。
計算所查找的每個圖像塊的前三個圖元值之和Ci(i=1,2,3)與 中間三個圖元值之和Cj(j=4,5,6)的差，滿足如下關係，從而獲取浮水印圖元序列。
((2Ps)i-(2Ps)j)<0Wq=0
((2Ps+1)i-(2Ps+1)i)>=0Wq=1
其中，(q=1...1024，Wq表示在一圖像塊中所嵌入浮水印圖元的值，i和j分別表示一圖像塊內前三個圖元和中間三個圖元的順序值，i=1,2,3，j=4,5,6，Ps=(0..(512/6×512/6)-1，s=(1...1024))。
對獲取的0，1二值浮水印圖元序列Wq(q=1...1024)，根據記錄的浮水印圖元序列Wq與座標位置的對應關係，對二值浮水印序列進行升維處理，還原初始浮水印。
本發明基於空間域圖像數位浮水印的嵌入和提取方法。通過對原始圖像做灰度化及分塊處理，並根據一定函數關係嵌入及還原浮水印，該嵌入或提取浮水印的方法簡單，且不易被過濾。

Claims (6)

  1. 一種數位浮水印的嵌入方法，該方法包括：獲取原始圖像及浮水印尺寸：獲取浮水印圖元序列及每一圖元值與座標位置的對應關係並將該對應關係存儲到存儲單元；對原始圖像進行灰度轉換形成灰度圖像；對轉換後的所述灰度圖像進行分塊處理；在所劃分的圖像塊中隨機選取對應浮水印圖元個數的圖像塊作為隨機密鑰；對選取的每一圖像塊中第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據一嵌入關係將浮水印圖元序列的每個值分別嵌入到選取的圖像塊中，獲取浮水印圖像，其中，所述第一部分和第二部分的圖元個數相等且互不重疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入方法，還包括步驟：將浮水印二值化，獲取一維的二值化浮水印序列，並記錄浮水印序列的每一位與座標位置的對應關係。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入方法，還包括步驟：任選原始圖像的三分量(R，G，B)中一個分量的灰度圖進行A×A分塊，使得灰度圖的每個圖像塊內分佈A×A個圖元點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入方法，還包括步驟：計算每個圖像塊的前三個圖元值之和與中間三個圖元值之和的差Dif；如果Dif>=0，則將所述中間三個圖元值分別加上Dif/3+d，d是一大於0的預定值，使得Dif<0，並記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入浮水印資訊Wq為第一預設 值，該函數關係指的是重新計算的Dif<0；如果Dif<0，則將塊內前三個圖元值分別加上Dif/3+d，使得Dif>=0，並記錄滿足該函數關係的圖像塊所嵌入浮水印資訊Wq為第二預設值，該函數關係指的是重新計算的Dif>=0，其中，所述第一預設值與第二預設值從0和1中選擇，且第一預設值不等於第二預設值。
  5. 一種數位浮水印的提取方法，該方法包括：獲取浮水印圖像尺寸：根據嵌入浮水印的轉換方式將對浮水印圖像轉換成一灰度浮水印圖像；根據與嵌入浮水印圖像的劃分方式對該灰度浮水印圖像進行分塊處理；根據保存的隨機密鑰位址獲取浮水印嵌入的圖像塊；對每個圖像塊的第一部分的圖元值之和與第二部分的圖元值之和進行比較，根據嵌入關係的逆運算獲取浮水印圖元序列，其中，所述第一部分和第二部分的圖元個數相等且互不重疊；根據預先存儲的浮水印圖元值及該圖元值與座標位置的對應關係，對浮水印圖元序列進行升維處理，提取原始浮水印並顯示該浮水印於顯示單元。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之提取方法，該方法包括：計算每個圖像塊的前三個圖元值之和與中間三個圖元值之和的差Dif；如果Dif<0，則獲取嵌入浮水印圖元值Wq為第一預設值；如果Dif>=0，則獲取嵌入浮水印圖元值Wq為第二預設值，從而獲取浮水印圖元序列，其中，所述第一預設值與第二預設值從0和1中選擇，且第一預設值不等於第二預設值。
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