专利名称：一种自嵌入双功能图像水印方法
技术领域：
本发明涉及图像处理和信息安全领域。本发明设计一种自嵌入双功能图像水印方法，对数字图像同时进行版权保护和内容认证。
背景技术：
根据数字水印的鲁棒性，数字水印算法可以分为鲁棒数字水印算法、脆弱数字水印算法和半脆弱数字水印算法。鲁棒图像水印算法[H°]用于对原始图像进行版权保护；脆弱图像水印算法[11_14]用于对原始图像进行内容认证；半脆弱图像水印算法[15’16]用于在某种程度上同时实现版权保护和内容认证，但往往很难在只嵌入一个半脆弱水印就同时具有很强的抗攻击鲁棒性和很敏感的篡改检测脆弱性。零水印算法[1’2]是一类特殊的鲁棒图像水印算法，在不改动原始图像的前提下提取其稳定特征产生鲁棒零水印实现版权保护。自嵌入脆弱图像水印算法是一类特殊的脆弱图像水印算法，其原理是提取原始图像的特征产生脆弱水印然后自嵌入到原始图像，而不是将外在的水印嵌入到原始图像，其特殊之处就在于利用了自嵌入技术。现有图像水印算法往往存在功能单一的局限性。为了使一个图像水印算法能同时具备版权保护和内容认证双重功能，可以在原始图像中嵌入鲁棒水印和脆弱水印两个水印。脆弱水印因其脆弱性容易遭破坏，所以两个水印的嵌入顺序一般是先嵌入鲁棒水印后嵌入脆弱水印。如果两个水印都是外在的水印，那么一旦嵌入强度控制不好，含两个水印的图像的不可见性可能会比较差。本发明利用自嵌入技术可以在只嵌入一个水印就使水印算法同时具备版权保护和内容认证双重功能，其思路是提取原始图像稳定特征产生鲁棒特征水印，然后再将鲁棒特征水印自嵌入到原始图像的最低m位使之又具有脆弱性，这样就能同时实现版权保护和内容认证，而且又具有非常好的不可见性。鲁棒特征水印通过判断最低m位置0后的子块奇异值范数的最高位奇偶性产生。版权保护通过计算提取的鲁棒特征水印与原始鲁棒特征水印之间的归一化相关度(Normalized Correlation, NC)来实现，内容认证通过判断提取的鲁棒特征水印与攻击图像各子块每个像素的最低m位的一致性来实现。实验结果表明本发明能同时实现版权保护和内容认证，而且又有非常好的不可见性。参考文献[1]温泉，孙锬锋，王树勋.零水印的概念与应用[J].电子学报，2003，31 O) 214-216.[2]叶天语.离散余弦变换域抗二次打印-扫描鲁棒零水印算法[J].光子学报， 2011,40(1) :142-148.[3]刘瑞祯，谭铁牛.基于奇异值分解的数字图像水印算法[J].电子学报，2001， 29(2) :168-171.[4]SOLANKI Kaushal,MADHOff Upamanyu,MANJUNATH B. S. ,CHANDRASEKARAN Shiv, and EL-KHALIL Ibrahim. “ Print and scan" resilient data hiding in images. IEEE Transactions on Information Forensics and Security,2006,1 (4) :464-478.
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发明内容
本发明的目的是设计一种自嵌入双功能图像水印方法，对数字图像同时进行版权保护和内容认证。一种自嵌入双功能图像水印方法，包括以下三个过程A、原始鲁棒特征水印产生及自嵌入。B、鲁棒特征水印提取及版权鉴别。C、篡改检测。步骤A进一步包括以下内容Al 将大小为NXN的原始图像01分割成互不重叠的nXn子块，各子块记为0Bk，
N 9
k代表子块的序号，且众二 1,2，· · ·，(―)2。
ηΑ2:每个子块0 的每个像素的最低m位置0，将得到的各子块记为OB' k。置位过程为0B' k = bitset(0Bk，j，0)，其中 bitset( ·)为置位函数，j = 1，2，…，m。
A3:对 OB' k 进行奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)，产生的奇
异值记为i5j，i代表奇异值的序号，i = 1，2，…，η。 Α4:计算OB' k的奇异值范数，记为Normk，即
权利要求
1.一种自嵌入双功能图像水印方法，对数字图像同时进行版权保护和内容认证，包括以下三个过程A、原始鲁棒特征水印产生及自嵌入。B、鲁棒特征水印提取及版权鉴别。C、篡改检测。
2.根据权利要求1所述的一种自嵌入双功能图像水印方法，步骤A进一步包括以下内容Al 将大小为NXN的原始图像OI分割成互不重叠的nXn子块，各子块记为0Bk，k代表子块的序号，且众二 1,2,…，(―)2。Α2:每个子块0 的每个像素的最低m位置0，将得到的各子块记为OB' k。置位过程 % =OB' k = bitset(0Bk，j，0)，其中 bitset( ·)为置位函数，j = 1，2，…，m。A3:对OB' k进行奇异值分解，产生的奇异值记为( ，i代表奇异值的序号，i = 1， 2, ".,η。A4 计算OB' k的奇异值范数，记为Normk,即;Vor =控(武)2。A5 通过提取Normk的最高位奇偶性产生原始鲁棒特征水印W。如果Normk的最高位数字为偶数，则Wk = O ；否则，Wk = 1，Wk为W的第kbit。例如，如果Normk = 78，其最高位是 7，为奇数，则此时Wk= 1。原始鲁棒特征水印W保存在认证中心用于版权鉴别和内容认证。 A6:将Wk自嵌入OB' k每个像素的最低m位得到含水印子块0B〃 k，0B〃 k重组后得到含水印图像0Γ。自嵌入过程为0B〃 k = bitset(0B' k，j，Wk)。
3.根据权利要求1所述的一种自嵌入双功能图像水印方法，步骤B进一步包括以下内容Bl 将大小为NXN的攻击后的含水印图像AI分割成互不重叠的nXn子块，各子块记N ,% ABk, k代表子块的序号，且众=1,2，…，(―)2 οη82 4 的每个像素的最低m位置0，将得到的各子块记为AB' k。置位过程为AB' k =bitset(ABk，j，0)，其中 bitset( ·)为置位函数，j = 1，2，…，m。B3:对 AB' k 进行奇异值分解，产生的奇异值记为《'.，i代表奇异值的序号，i = 1,2,…，η。 Β4:计算AB' k的奇异值范数，记为Norm' k，即Norm:=挖(《)2 。B5:通过提取Norm' k的最高位奇偶性提取鲁棒特征水印W'。如果Norm' k的最高位数字为偶数，则W' k = 0;否则，W' k=l，W' k为W'的第libit。B6:计算W和W'之间的归一化相关度鉴别版权。归一化相关度定义为
4.根据权利要求ι所述的一种自嵌入双功能图像水印方法，步骤c进一步包括以下内容Cl 将攻击后的含水印图像AI分割成互不重叠的ηΧη子块，各子块记为ABk，k代表子块的序号，且
全文摘要
现有图像水印方法往往存在功能单一的局限性。利用自嵌入技术提出一种双功能水印方法。在嵌入端，首先将原始图像分成不重叠子块，将各子块每个像素最低m位置0，再将最低m位置0后的子块进行奇异值分解，提取奇异值范数最高位奇偶性产生原始鲁棒特征水印，再将原始鲁棒特征水印嵌入各子块每个像素最低m位得到含水印图像。检测端计算提取的鲁棒特征水印与原始鲁棒特征水印之间的归一化相关度进行版权鉴别，判断提取的鲁棒特征水印与攻击图像各子块每个像素最低m位的一致性进行篡改检测实现内容认证。本发明具有良好不可见性。实验结果表明，本发明具有强鲁棒性，且能精确定位篡改位置和区分篡改类型。因此，本发明具有版权保护和内容认证双重功能。
文档编号G06T1/00GK102194209SQ20111014105
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者叶天语 申请人:浙江工商大学