专利名称：一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数字图像水印技术领域，尤其涉及一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置。
背景技术：
常用的图像特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征。颜色特征是一种全局特征，描述了图像或图像区域所对应的景物的表面性质。一般颜色特征是基于像素点的特征。纹理特征需要在包含多个像素点的区域中进行统计计算。在模式匹配中，这种区域性的特征具有较大的优越性，不会由于局部的偏差而无法匹配成功。各种基于形状特征的检索方法都可以比较有效地利用图像中感兴趣的目标来进行检索。空间关系，是图像中分割出来的多个目标之间的相互的空间位置或相对方向关系，这些关系也可分为连接/邻接关系、交叠/重叠关系和包含/包容关系等。霍夫曼编码是一种编码方式，是一种用于无损数据压缩的熵编码算法。霍夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度。数字图像水印技术是目前检测数字图像可信度的有效方法之一。因其具有良好的隐蔽性、鲁棒性和可检测性，目前已经引起了研究者的广泛关注。但数字图像水印技术较高的算法复杂度却成为制约其发展的不利因素。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，旨在解决现有技术提供的数字图像水印技术，算法复杂度较高，可扩展性较差，应用复杂，难以广泛推广的问题。本实用新型是这样实现的，一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，该数字水印装置包括:数字图像采集模块、数据水印生成模块、水印嵌入模块、图像重构模块；所述数字图像采集模块与所述水印嵌入模块及数据水印生成模块相连接，所述数据水印生成模块与所述水印嵌入模块相连接，所述水印嵌入模块与所述图像重构模块相连接。进一步，所述数字水印装置还包括:水印提取模块、辨别模块；所述图像重构模块与所述水印提取模块相连接，所述水印提取模块与所述辨别模块相连接。进一步，所述数字水印装置还包括:图像攻击模块；所述图像攻击模块与所述图像重构模块相连接。进一步,所述图像攻击模块进一步包括:善意修改单元、恶意篡改单元；所述善意修改单元及恶意篡改单元分别与所述图像重构单元相连接。[0014]进一步，所述数字图像采集模块可以是卫星，也可以是数码相机，或者能够直接获得的地图信息，作者原创的数字图像或是自己的照片。本实用新型提供的基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，数字图像采集模块采集待嵌入数字水印信息的数字图像，数据水印生成模块利用Canny算子生成待嵌入的数字水印信息，水印嵌入模块采用霍夫曼编码原理把数字水印信息嵌入到采集到的数字图像中，图像重构模块生成含有数字水印信息的数字图像，图像攻击模块对含有数字水印信息的数字图像进行各种类型的攻击，当版权发生纠纷时，水印提取模块把数字图像中的数字水印信息提取出来，从而进行真伪辨别，辨别模块利用提取出来的数字水印信息与原始水印信息进行比较，来辨别数字图像的可用性和真实性，该数字水印装置可采用多种图像特征，具有很好的扩展性，减小了数字图像水印技术的算法复杂度，结构简单，实用性强。
图1是本实用新型实施例提供的基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。图1示出了本实用新型实施例提供的基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置的结构框图。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。该数字水印装置包括:数字图像采集模块11、数据水印生成模块12、水印嵌入模块13、图像重构模块14 ；数字图像采集模块11与水印嵌入模块13及数据水印生成模块12相连接，数据水印生成模块12与水印嵌入模块13相连接，水印嵌入模块13与图像重构模块14相连接。在本实用新型实施例中，该数字水印装置还包括:水印提取模块15、辨别模块16 ；图像重构模块14与水印提取模块15相连接，水印提取模块15与辨别模块16相连接。在本实用新型实施例中，该数字水印装置还包括:图像攻击模块17 ；图像攻击模块17与图像重构模块14相连接。在本实用新型实施例中，图像攻击模块17进一步包括:善意修改单元171、恶意篡改单元172 ；善意修改单元171及恶意篡改单元172分别与图像重构单元相连接。在本实用新型实施例中，数据水印生成模块12生成的待嵌入的数字水印信息利用的是数字图像采集模块11采集到的数字图像的边缘信息。在本实用新型实施例中，数据水印生成模块12通过Canny算子提取数字图像采集模块11采集到的数字图像的边缘信息。在本实用新型实施例中，水印嵌入模块13采用基于霍夫曼编码原理把数据水印生成模块12提取到的数字水印信息嵌入到数字图像采集模块11采集到的数字图像中。在本实用新型实施例中，该数字水印装置中的图像特征可采用形状特征、空间关系、纹理特征、颜色特征、突变特征或关系特征。在本实用新型实施例中，辨别模块16利用相关系数来定量地衡量水印提取模块15提取出的水印信息与原始水印信息的相似度。在本实用新型实施例中，数字图像采集模块11可以是卫星，也可以是数码相机航空拍摄，或者能够直接获得的地图信息，作者原创的数字图像或是自己的照片。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。如图1所示，本实用新型实施例提供的基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，包括:数字图像采集装置，用于采集待嵌入数字水印信息的数字图像；数据水印生成模块12，主要用于生成待嵌入的数字水印信息；水印嵌入模块13，主要用于把数字水印信息嵌入到采集到的数字图像中；图像重构模块14，主要用于生成含有数字水印信息的图像；图像攻击模块17，主要用于对含有数字水印信息的数字图像进行各种类型的攻击，包括善意修改和恶意篡改；水印提取模块15，主要用于当版权发生纠纷时，利用此模块把数字水印信息提取出来，从而进行真伪辨别；辨别模块16，主要用于利用提取出来的数字水印信息和原始的数字水印信息进行比较，来辨别数字图像的可用性和真实性。在本实用新型实施例中，在该数字水印装置中，嵌入水印时，数字水印信息利用的是数字图像的边缘信息；提取数字图像边缘信息时利用的是Canny算子；嵌入数字水印信息时，使用的方法是基于霍夫曼编码原理的，将数字图像三级小波变换后的第三级低频边缘特征分成若干个4*4小矩阵，每个小矩阵中有十六个像素值，将这十六个像素值利用霍夫曼编码的方法进行编码，然后用最顶层树结点替换中频中的像素值，此结点即是要嵌入的水印信息，具体替换哪个像素值由叶子结点的个数确定，即如果有N个叶子结点，就替换中频中对应小矩阵中的第N个像素值；该数字水印装置也可采用图像的其他特征，比如纹理特征、颜色特征、突变特征、关系特征等，具有很好的扩展性；可以利用相关系数来定量地衡量提取水印和原始水印的相似度。数字图像采集模块11可以是卫星，也可以是数码相机航空拍摄，或者能够直接获得的地图信息，作者原创的数字图像或是自己的照片。该数字水印装置生成水印时，数字水印信息利用的是数字图像的边缘特征。图像边缘是图像的基本特征之一，它包含对人类视觉和机器视觉有价值的物体边缘信息。图像中急剧变化的点，通常对应于代表图像结构的边缘部位，也就是图像信息的主要部分。该数字水印装置嵌入水印时，使用的方法是基于霍夫曼编码原理的，将数字图像三级小波变换后的第三级低频边缘特征分成若干个4*4小矩阵，每个小矩阵中有十六个像素值，将这十六个像素值利用霍夫曼编码的方法进行编码，然后用最顶层树结点替换中频中的像素值，此结点即是本算法的数字水印信息，具体替换哪个像素值由叶子结点的个数确定，即如果有N个叶子结点，就替换中频中对应小矩阵中的第N个像素值。根据人类视觉特性的视觉掩盖效应，只要水印强度低于某一阈值，人眼就无法分辨出来。因此，在视觉不敏感的部分加入大幅度的数字水印信号，而在视觉敏感的部分仅加入小幅度的水印信号。在该数字水印装置中，对重构图像进行攻击时，可以采用的攻击方式有:逆时针旋转I度、2度、5度、IO度，顺时针旋转I度、2度、5度、IO度，图像缩小到原来的95 %，图像放大到原来的105%，0.1高斯噪声，0.1椒盐噪声，高斯白噪声，重新采样，调整对比度，锐化图像，腐蚀图像，篡改，2*2滤波，3*3滤波，图像增亮，图像填充，JPEG压缩，两副图像相乘，波浪扭曲，动感模糊，挤压，颗粒纹理，彩块化，水平I像素右移，垂直I像素下移等。该数字水印装置中，提取水印时，从小波变换第三级中频中根据嵌入过程嵌入的位置，提取出像素值，此像素值即是提取出的数字水印信息。本实用新型实施例提供的基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，数字图像采集模块11采集待嵌入数字水印信息的数字图像，数据水印生成模块12利用Canny算子生成待嵌入的数字水印信息，水印嵌入模块13采用霍夫曼编码原理把数字水印信息嵌入到采集到的数字图像中，图像重构模块14生成含有数字水印信息的数字图像，图像攻击模块17对含有数字水印信息的数字图像进行各种类型的攻击，当版权发生纠纷时，水印提取模块15把数字图像中的数字水印信息提取出来，从而进行真伪辨别，辨别模块16利用提取出来的数字水印信息与原始水印信息进行比较，来辨别数字图像的可用性和真实性，该数字水印装置可采用多种图像特征，具有很好的扩展性，减小了数字图像水印技术的算法复杂度，结构简单，实用性强。以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，其特征在于，该数字水印装置包括:数字图像采集模块、数字水印生成模块、水印嵌入模块、图像重构模块； 所述数字图像采集模块与所述水印嵌入模块及数字水印生成模块相连接，所述数字水印生成模块与所述水印嵌入模块相连接，所述水印嵌入模块与所述图像重构模块相连接。
2.按权利要求1所述的数字水印装置，其特征在于，所述数字水印装置进一步包括:水印提取模块、辨别模块； 所述图像重构模块与所述水印提取模块相连接，所述水印提取模块与所述辨别模块相连接。
3.按权利要求1所述的数字水印装置，其特征在于，所述数字水印装置还包括:图像攻击模块； 所述图像攻击模块与所述图像重构模块相连接。
4.按权利要求1所述的数字水印装置，其特征在于，所述数字图像采集模块可以是卫星，也可以是数码相机，或者能够直接获得的地图信息，作者原创的数字图像或是自己的照片。
专利摘要本实用新型适用于数字图像水印技术领域，提供了一种基于图像特征及霍夫曼编码原理的数字水印装置，数字图像采集模块采集待嵌入数字水印信息的数字图像，数据水印生成模块利用Canny算子生成待嵌入的数字水印信息，水印嵌入模块采用霍夫曼编码原理把数字水印信息嵌入到采集到的数字图像中，图像重构模块生成含有数字水印信息的数字图像，图像攻击模块对含有数字水印信息的数字图像进行各种类型的攻击，当版权发生纠纷时，水印提取模块把数字图像中的数字水印信息提取出来，从而进行真伪辨别，辨别模块利用提取出来的数字水印信息与原始水印信息进行比较，来辨别数字图像的可用性和真实性，有效地减小了数字图像水印技术的算法复杂度。
文档编号G06T1/00GK202929680SQ201220084310
公开日2013年5月8日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者李亚琴 申请人:苏州市职业大学