专利名称：在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法
所属领域本发明涉及到一种数字信号处理方法，特别是是一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法。
背景技术：
随着网络的普及，对音频、视频等多媒体作品的版权保护越来越受到重视。作为保护多媒体作品的一种工具，数字水印应运而生。目前已经提出的数字水印技术，只采用不可见水印技术来实现对多媒体作品的版权保护，还没有能够同时实现对数字图像进行版权保护和版权申明的技术成果。
发明内容
本发明的目的是提供一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，使得嵌入的可见水印不易去除，且对原始图像质量没有造成失真，嵌入的不可见水印对原始图像质量影响很小，本发明的目的是通过以下结构实现的本发明为一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，采用如下的水印嵌入和提取两个过程，水印嵌入过程步骤如下1)对数字图像和可见水印进行离散余弦变换或小波变换，分别得到他们的离散余弦变换系数或小波变换系数；2)根据可见水印的变换系数来调整数字图像的变换系数；3)将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息；4)取数字图像调整后的一些中高频系数，采用抖动调制的方法嵌入伪随机排序后的不可见水印信息，所取的中高频系数的数目根据不可见水印的大小和实际需要确定；5)对处理完的系数进行离散余弦逆变换或小波逆变换，得到嵌入水印的数字图像；水印提取过程步骤如下1)对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；2)取经过抖动调制的中高频系数，解调出不可见水印信息；3)将不可见水印信息伪随机逆排序，嵌入的不可见水印。本发明利用离散余弦变换或小波变换将数字图像分解，采用数字处理技术在离散余弦变换域或小波变换域同时嵌入可见水印和不可见水印，经过离散余弦变换或小波变换得到嵌入水印后的数字图像。在嵌入水印后的数字图像中，出现可见水印的图像，用于对数字图像进行版权申明；嵌入的不可见水印用于对数字图像进行版权保护。本发明可对通过网络传输的数字图像同时进行版权申明和保护。本发明能够实现同时嵌入可见水印和不可见水印，可见水印用于对数字图像进行版权申明，无需提取。在数字图像中嵌入可见水印和不可见水印需要考虑多种因素，考虑到易操作性和提高不可见水印的鲁棒性，要求可见水印的嵌入不影响不可见水印的稳健性。本发明在数字图像中嵌入可见水印和不可见水印后，嵌入的可见水印不易去除，且对原始图像质量没有造成失真，起到了版权申明的作用，嵌入的不可见水印对原始图像质量影响很小，对常规攻击具有较强的鲁棒性，起到了版权保护的作用。
图1为水印的嵌入方法框2为水印的抽取方法框3为实施例原始图像图4为实施例可见水印图5为实施例不可见水印图6为实施例嵌入双重水印后的图像
具体实施例方式本发明为一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，采用如下的水印嵌入和提取两个过程，水印嵌入过程步骤如下1)对数字图像和可见水印进行离散余弦变换或小波变换，分别得到他们的离散余弦变换系数或小波变换系数；2)根据可见水印的变换系数来调整数字图像的变换系数；3)将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息；4)取数字图像调整后的一些中高频系数，采用抖动调制的方法嵌入伪随机排序后的不可见水印信息，所取的中高频系数的数目根据不可见水印的大小和实际需要确定；5)对处理完的系数进行离散余弦逆变换或小波逆变换，得到嵌入水印的数字图像；水印提取过程步骤如下1)对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；2)取经过抖动调制的中高频系数，解调出不可见水印信息；3)将不可见水印信息伪随机逆排序，嵌入的不可见水印。
具体实施方法为1)对数字图像和可见水印进行离散余弦变换或小波变换，分别得到他们的离散余弦变换系数或小波变换系数；2)根据公式c′ij(n)＝αn·Cij(n)+βn·wij(n)来调整数字图像的变换系数，其中cij(n)为原始图像的离散余弦变换系数或小波变换系数，wij(n)为可见水印图像的离散余弦变换系数或小波变换系数，c′ij(n)为调整后的离散余弦变换系数或小波变换系数，αn和βn分别定义为子块n的尺度因子和嵌入因子，具体数值可结合原始图像的具体特性和映射运算来得出；3)将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息，并保存伪随机排序密钥；4)取数字图像调整后的一些中高频系数，采用抖动调制的方法嵌入伪随机排序后的不可见水印信息，所取的中高频系数的数目根据不可见水印的大小和实际需要确定，嵌入方法为对用于嵌入不可见水印的某一系数Cij，取一定的量化步长L(L可取为24)，按下式计算其整数商Qij和余数RijQij＝Int[Cij/L]，Rij＝Cij-Qij×L根据排序后的不可见水印信息的比特位W，按如下方式调整系数Cij(1) 当Cij≥0时， (2) 当Cij＜0时，
其中，mod为取余运算，W表示对W取反(如W＝1时W＝0)，C′ij为系数Cij经抖动调制后的值；5)对处理完的系数进行离散余弦逆变换或小波逆变换，得到嵌入水印的数字图像；水印提取过程步骤如下1)对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；2)取经过抖动调制的中高频系数，解调出不可见水印信息，具体的提取方法为 其中W′为提取出的不可见水印排序后的位信息，C′ij为某一经过抖动调制的中高频系数；3)根据伪随机排序密钥，将不可见水印信息伪随机逆排序，得到不可见水印，若数字图像发生了变化，则提取的不可见水印可能会有失真。
水印嵌入过程以采用分块离散余弦变换为例对如图3的原始图像和如图4所示的可见水印图像进行n×n(n可取为4、8等)分块离散余弦变换(DCT)，在原始图像的分块离散余弦变换得到的n×n的系数矩阵中，通过对原始图像和可见水印图像的离散余弦变换得到的系数加权相加的方法来嵌入可见水印，然后选择几个中频系数来嵌入如图5所示的不可见水印。按下式来嵌入可见水印c′ij(n)＝αn·cij(n)+βn·wij(n)1)其中cij(n)为原始图像的离散余弦变换系数，wij(n)为可见水印图像的离散余弦变换系数，c′ij(n)为嵌入水印后图像的离散余弦变换系数，αn和βn分别定义为子块n的尺度因子和嵌入因子，其中αn和βn的变化范围根据视觉效果可以调节αn值越大，βn值越小，原始图像受到的影响就越小，可见水印就越不明显，反之，αn值越小，βn值越大，原始图像受到的影响就越大，可见水印也就明显。
αn和βn的值可结合原始图像的子块n的具体特性来得出先计算α′n＝σ′nexp(-(μ′n-μ′)2)β′n＝(1/σ′n)(1-exp(-(μ′n-μ′)2))其中σ′n由对子块n的离散余弦变换系数的方差的自然对数取归一化而得，μ′n由子块n的离散余弦变换系数的均值取归一化而得，μ′为各子块的μ′n的平均值。然后将α′n和β′n分别映射到满足理想视觉效果的区间(如
和
)即可得到αn和βn。
采用抖动调制的方法在原始图像的离散余弦变换系数中嵌入不可见水印首先将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息和伪随机排序密钥，对原始图像用于嵌入不可见水印的DCT系数Cij，取一定的量化步长L(L可取为24)，按下式计算其整数商Qij和余数Rij
Qij＝Int[Cij/L](5)Rij＝Cij-Qij×L(6)根据不可见水印的比特位W，按如下方式调整系数Cij(1)当Cij≥0时， (2)当Cij＜0时， 其中，mod为取余运算，W表示对W取反(如W＝1时W＝0)，C′ij为系数Cij经调整后的值。最后，对嵌入不可见水印的所有子块进行DCT逆变换，得到含不可见水印的灰度图像。当采用其它变换时，可见水印的嵌入公式和不可见水印的嵌入方法均不改变，只是参与计算的系数不同而已(分别为分块离散余弦变换系数、离散余弦变换系数或小波变换系数)，最后得到如图6所示的图像。
水印提取过程步骤如下首先对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；取出其中的经过抖动调制的中高频系数，按下式解调出不可见水印信息 其中W′为提取出的不可见水印排序后的位信息，C′ij为某一经过抖动调制的中高频系数；最后根据伪随机排序密钥，将不可见水印信息伪随机逆排序，得到不可见水印，若数字图像发生了变化，则提取的不可见水印可能会有失真。
如图1所示1，对可见水印图像进行离散余弦变换或小波变换；2，对原始图像进行离散余弦变换或小波变换；3，对不可见水印进行伪随机排序并得到伪随机排序密钥；4，将原始图像和可见水印图像的系数加权相加，嵌入可见水印信息；5，结合嵌入位置密钥，对原始图像加权后的中高频系数进行抖动调制，嵌入不可见水印信息；6，对调制后的变换域系数进行DCT逆变换，得到嵌入多重水印的数字图像。
如图2所示1，对嵌入多重水印后的图像进行离散余弦变换或小波变换；2，结合嵌入位置密钥，取出被调制的中高频系数，解调出经过伪随机排序的不可见水印信息；3，根据伪随机排序密钥，提取得到不可见水印。
权利要求
1.一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，其特征是采用如下的水印嵌入和提取两个过程，水印嵌入过程步骤如下1)对数字图像和可见水印进行离散余弦变换或小波变换，分别得到他们的离散余弦变换系数或小波变换系数；2)根据可见水印的变换系数来调整数字图像的变换系数；3)将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息；4)取数字图像调整后的一些中高频系数，采用抖动调制的方法嵌入伪随机排序后的不可见水印信息，所取的中高频系数的数目根据不可见水印的大小和实际需要确定；5)对处理完的系数进行离散余弦逆变换或小波逆变换，得到嵌入水印的数字图像；水印提取过程步骤如下1)对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；2)取经过抖动调制的中高频系数，解调出不可见水印信息；3)将不可见水印信息伪随机逆排序，嵌入的不可见水印。
2.根据权利要求1所述的一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，其特征是水印嵌入过程步骤如下1)对数字图像和可见水印进行离散余弦变换或小波变换，分别得到他们的离散余弦变换系数或小波变换系数；2)根据公式c′ij(n)＝αn·cij(n)+βn·wij(n)来调整数字图像的变换系数，其中cij(n)为原始图像的离散余弦变换系数或小波变换系数，wij(n)为可见水印图像的离散余弦变换系数或小波变换系数，c′ij(n)为调整后的离散余弦变换系数或小波变换系数，αn和βn分别定义为子块n的尺度因子和嵌入因子，具体数值可结合原始图像的具体特性和映射运算来得出；3)将不可见水印伪随机排序，得到排序后的不可见水印信息，并保存伪随机排序密钥；4)取数字图像调整后的一些中高频系数，采用抖动调制的方法嵌入伪随机排序后的不可见水印信息，所取的中高频系数的数目根据不可见水印的大小和实际需要确定，嵌入方法为对用于嵌入不可见水印的某一系数Cij，取一定的量化步长L(L可取为24)，按下式计算其整数商Qij和余数RijQij＝Int[Cij/L]，Rij＝Cij-Qij×L根据排序后的不可见水印信息的比特位W，按如下方式调整系数Cij(1)当Cij≥0时， (2)当Cij＜0时， 其中，mod为取余运算，W表示对W取反(如W＝1时W＝0)，C′ij为系数Cij经抖动调制后的值；5)对处理完的系数进行离散余弦逆变换或小波逆变换，得到嵌入水印的数字图像；水印提取过程步骤如下1)对嵌入水印的数字图像进行离散余弦变换或小波变换，得离散余弦变换系数或小波变换系数；2)取经过抖动调制的中高频系数，解调出不可见水印信息，具体的提取方法为 其中W′为提取出的不可见水印排序后的位信息，C′ij为某一经过抖动调制的中高频系数；3)根据伪随机排序密钥，将不可见水印信息伪随机逆排序，得到不可见水印，若数字图像发生了变化，则提取的不可见水印可能会有失真。
全文摘要
本发明涉及一种在数字图像中嵌入可见和不可见双重水印的方法，是一种基于离散余弦变换或小波变换的数字水印技术，属于数字信号处理领域。本发明利用离散余弦变换或小波变换将数字图像分解，采用数字处理技术在离散余弦变换域或小波变换域同时嵌入可见水印和不可见水印。在经过离散余弦变换或小波变换得到嵌入水印后的数字图像。本发明在数字图像中嵌入可见水印和不可见水印后，嵌入的可见水印不易去除，且对原始图像质量没有造成失真，起到了版权申明的作用，嵌入的不可见水印对原始图像质量影响很小，对常规攻击具有较强的鲁棒性，起到了版权保护的作用。
文档编号G09C5/00GK1529299SQ03132640
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月27日 优先权日2003年9月27日
发明者陆哲明, 吴昊天, 孙圣和 申请人:哈尔滨工业大学