专利名称：基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入与提取方法
基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入与提取方法
技术领域：
本发明属于数字水印、数字版权鉴别与保护及信息安全技术领域，具体涉及一种 基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入与提取方法。
背景技术：
为了解决数字媒体如图像、音频，视频的版权保护，版权控制和认证问题，数字水 印和数据隐藏技术应运而生。在图像数字水印方面，先前很多流行的研究工作集中在彩色 图像或者灰度图像上，这样的图像格式往往具有很大的容量(每一个像素点有一个字节表 示或多个字节表示)，因此隐藏信息相对容易。这方面典型的技术包括LSB信息隐藏(最不 重要信息位隐藏)技术；DCT域上的扩频隐藏技术；DWT变换域的3个不易察觉的DWT波段 上的DWT系数调制技术等等。([1]，[2])在二进制图像上隐藏信息尽管很有难度，但是在日常生活中逐渐有更多的应用需 要，比如书法作品、一些有格式要求的电子文档、木版画、扫描图像、手写签名等。因为二进 制图像的图像固有格式特点，只有黑白两种颜色，一个像素点用一个比特表示，大部分隐藏 方法基于黑白像素的翻转，通过一定规则嵌入隐藏信息而不引起视觉上的注意。现有的二进制图像上隐藏信息的方法往往非常繁琐。为了确定哪些像素适合翻 转；Wu等采用了一种嵌入机制，先通过一个随机的密钥来搅乱原始图像，这样使得可翻转 的像素点在图像中能够获得均勻的分布；并同时采用翻转像素的计算分值表来确定哪些像 素点最适合翻转[3]，[4]。采用平滑技术的基于降噪模式的数据隐藏方法在参考文献[5] 中有所论述。此外在参考文献[6]中，一个密钥和一个重量矩阵被采用来保护隐藏数据，其 中隐藏位置被随机选取，因此尽管隐藏容量很大但是视觉效果不理想。在参考文献[7]、[8] 中有了一些改进，选取边缘上的像素点来提高视觉效果。Yang和Kot提出了一种更细腻复 杂的隐藏方法，考虑4连通度和8连通度，采用了三种定义的准则来确定可翻转像素，以提 高隐藏视觉效果。Kim等提出了在小波变换域中寻找可翻转像素的方法[10]。总的来说， 这些提出的方法根据一些定义的准则需要进行大量的计算来确定理想的翻转像素位置，以 获得理想的视觉效果。现有的二进制图像上隐藏信息的方法往往难于在视觉隐藏效果、信息隐藏容量之 间达到一个理想的平衡。为了提高视觉隐藏效果，往往会减少改变的像素点位置，那么这样 会减少信息隐藏容量。为了提高信息隐藏容量，往往不得不对原始图像做比较大的改动，于 是视觉隐藏效果会下降。如何很好的平衡两者是一个很大的挑战。现有的二进制图像上隐藏信息往往不能够提供灵活可扩展的隐藏方案。不需要原 图的信息隐藏、提取是一套系统；需要原图的信息隐藏、提取则是另一套系统。两套系统之 间原理不同，隐藏信息的效果往往会很不一样。需要原图的信息隐藏、提取方案往往可以提 供更高的信息隐藏容量，但是相对麻烦。不需要原图的信息隐藏、提取方案相对方便，但是 因为没有额外的信息做辅助鉴别，容易被篡改而不能识别，安全性要差一些。如果能够结合 两者的优点将会很有意义。
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参考文献[1]F. A. P. Petitcolas, R. J. Anderson, and Μ. G. Kuhn, "Information hiding-a survey,，，Proc. IEEE，vol. 87，pp. 1062-1078，July 1999.[2] I. J. Cox,M. L. Miller, and J. A. Bloom，Digital Watermarking. San MateoiCA Morgan Kaufmann，2001.[3]M. Wu and B. Liu,"Data hiding in binary images for authentication and annotation，，，IEEE Trans. Multimedia，vol. 6，no. 4，pp. 528-538，Aug. 2004.[4]M. Wu, E. Tang, and B. Liu, "Data hiding in digital binary image，” in Proc.IEEE Int.Conf. Multimediaand Expo.，New York，2000，pp.393-396.[5]H. Yang and A. C. Kot, "Data hiding for bi-level documents using smoothing techniques，，，in Proc. IEEEInt. Symp. Circuits Systems，ISCAS’04，May 2004， vol. 5，pp. 692-695.[6] H. -K. Pan, Y. -Y. Chen, and Y. -C. Tseng, "A secure data hiding scheme for two-color images，，，in Proc. 5th Symp. Computers and Communications，Jul· 3-6，2000， pp. 750-755.[7] Y. C. Tseng and H. -K. Pan,"Secure and invisible data hiding in 2-color images，，，in Proc. 20th Annu. JointConf. of the IEEE Computerand Communications Societies (INF0C0M 2001) ,2001, vol. 2，pp.887-896.[8] Y. C. Tseng and H. -K. Pan, ,"Data hiding in 2-color images，，，IEEE Trans. Comput.，vol. 51，no. 7，pp. 873-878，Jul. 2002.[9] H. Yang and A. C. Kot, “Pattern-based data Hiding for binary image authentication byconnectivity-preserving，，， IEEE Transactions on Multimedia， Vol. 9，No. 3，pp. 475-486，Apr. 2007.[10] W. Kim, 0. Kwon, M. Kang, "A binary wavelet transform based authentication algorithm for binaryimages”， Proceedings of the 2009 Fourth International Conference on Computer Sciences andConvergence Information Technology, Nov. 2009，pp. 954-957.
发明内容本发明目的是解决如下的关键技术问题第一、提出一种新的高效隐藏信息的方法，该方法以低的复杂度决定在图像分块 中哪些黑色或白色像素点适合翻转，能够使得视觉上的失真尽可能小从而有理想的隐藏效^ O第二、提出一种信息隐藏、提取方案，具有很快的隐藏、提取隐藏信息的速度；具有 理想的信息隐藏容量和视觉隐藏效果。第三、提出一种灵活可扩展的信息隐藏、提取方案，可以支持不需要原图的盲提 取；也可以保证视觉失真保持相同级别的情形下，通过原图的辅助还可以提供更多的额外 嵌入隐藏信息容量。第四、在上面隐藏、提取方案的基础之上，作为具体应用，可以提供一定安全级别的版权保护不需要原图可以提取版权基本属性信息；也可以提供增强型的安全保护完 整性检测识别加水印的图形是否被篡改以及通过原图的辅助可以提取额外的公证信息。为了实现上述目的，本发明即支持不需要原图的盲提取方案，也可以保证视觉失 真在相同级别即改变的像素点个数相同的情形下，通过原图的辅助可以提供更多的嵌入 隐藏信息容量。通过原图的辅助时，利用原始图像分块中可以存在不止一个的可翻转像素 点，那么通过正向扫描，反向扫描(或者正向扫描获得的下一个位置)可以获取两个可翻转 的像素点位置；究竟选择哪一个嵌入位置可以通过额外的嵌入信息来决定。据此通过原图 的辅助，我们就有了更高的信息隐藏容量。为了实现上述目的，我们给出了基于上述隐藏、提取方案的原始隐藏信息加工流 程，可以把原始隐藏信息和属性信息如日期、版权人信息，作品信息，公证信息等通过通常 的消息摘要函数(比如MD5，SHA1)，HMAC技术，数字签名技术，公钥技术(比如RSA，ECC椭 圆曲线公钥密码体制)结合起来，以起到脆弱型水印防护的作用。在提取隐藏信息的时候， 如果一旦加入水印的图像内容被篡改，那么通过比较所嵌入的有关信息内容我们可以进行 完整性检测。为了实现上述目的，本发明还提供了不同安全级别的防护方案。不通过原图而只 借助获取的图像可以方便的提取版权基本属性信息；也可以通过原图的辅助提取额外的公 证信息，以提供增强型的安全保护方案，一旦认证通过我们可以确信此图像内容通过了完 整性校验，没有被篡改；此外我们还可以通过提取的公证信息如时间，公证人，公证机构等， 证明此作品的原始著作权。为了实现上述目的，本发明还提供了一种计算机程序，包括用于执行上述水印嵌 入方法/或上述水印提取方法的程序代码；可以支持不需要原始图像的信息隐藏、提取方 案；需要原始图像辅助的能够提供更多隐藏信息的嵌入、提取方案。根据上面所述的技术策 略可以在此基础之上，把实际应用中所需的属性信息通过上面所提到的相关安全函数加工 后，实现不同安全级别的防护方案。本发明方法的具体内容如下一、一次嵌入方法本发明提供的基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入方法包括第1、图像分块先读取位像文件中的图像信息，获得每一个位置上的像素 值。以像素为单位，对原始图像按照Ii1 · II2，分块大小进行分块，其中2 < H1, n2 < 10，每一 个分块可以是正方形，也可以是矩形；第2、确定可以嵌入信息的分块集合所述的可以嵌入信息的分块应当具有如下 的性质；第2. 1、黑白像素在这一分块中的数目分布均衡，从而在其中进行黑白像素翻转不
η, ·η7
会引起太大视觉注意的分块；即对于一个Ii1 · η2的分块，分块重量在附近，取值范围 是〒+2_ Hl±!h，^ _2+，其中分块的重量是指分块中黑色像素
点的数目，Ll是高斯向下取整函数；第2. 2、分块中由黑色像素点导出的图应该是连通的，即任何顶点之间存在路径相连；第2. 3、可以嵌入信息的分块在信息隐藏前后具有拓扑结构不变性，这样能够使得 视觉上的失真最小；这里的拓扑结构不变性是指在分块中黑白像素翻转以后，由黑色像素 点衍生出来的图连通性不变、一笔画的性质不变；第3、构造可以嵌入信息的分块在隐藏信息前，和隐藏信息后分块的映射对应关 系；也就是我们需要给出符合2. 1-2. 3要求的可以嵌入信息的分块集合，以及算法来确定 翻转像素的位置；这里每个可嵌入信息分块中若有一个像素发生翻转，分块重量的奇偶性 发生改变，我们用一个具体分块的奇偶性来表示此分块中的隐藏信息；于是我们可以获得 高效的嵌入隐藏信息的方法；第4、需要嵌入的信息通过编码转换的方式转换成二进制序列，然后在末尾加上预 先定义的几个字节的终止符，获得准备嵌入的二进制序列bib2. . . bx ；接下来根据第3步中 可以嵌入信息的分块集合，在原始图像中确定备选嵌入信息的分块，在其中按照某种次序， 顺序或者逆序选取1个符合要求的可以嵌入信息的分块，在每个可以嵌入信息的分块中嵌 入一个比特；那些不属于可嵌入信息分块集合的分块则跳过去不做处理；这里嵌入的顺序 可以是对二进制序列bib2... bx的顺序嵌入，也可以通过加密变换以后，打乱次序后进行嵌 入。第2. 3步所述的在信息隐藏前后具有拓扑结构不变性的判断方法是根据图论中 Euler关于格尼斯堡七桥问题的研究结果和关于一笔画问题的结论，只需要判断顶点即黑 色像素点的度数奇偶性，即能够一笔画连接图中所有边的充要条件是图中奇顶点的个数为 0或2，从而可以非常高效的决定翻转黑白像素的合适位置，据此嵌入隐藏信息后图像的分 块具有特定的拓扑结构不变性，从而使得视觉失真很小。所述的顶点即黑色像素点的度数是指在一个分块中，如果两个黑色像素点垂直 相邻或者水平相邻，两个黑色像素点称为是邻接的，每一个黑色像素点对应一个顶点，两个 邻接的黑色像素点设定一条边，与该顶点连接的边的数目就是该顶点的度数。第3步所述的隐藏信息前后的映射对应关系是指可以嵌入信息的分块在隐藏信 息前，和隐藏信息后分块的映射对应关系；即我们需要给出可以嵌入信息的分块集合以及 算法来确定翻转像素的位置；设可以嵌入信息的分块集合是P，通过像素翻转嵌入信息后 的分块集合是Q，那么该映射对应关系应该满足β G P，这是为了保证在提取信息的时候， 避免不能区分分块是否含有隐藏信息和不属于可嵌入信息分块集合的情形。二、二次嵌入方法本发明在第一次嵌入方法的基础之上，利用原始分块图像中可以存在不止一个可 翻转的像素点，进行第二次隐藏信息的嵌入，具体嵌入过程同权利要求1第1步、第4步；不 同之处在于第二次隐藏信息的嵌入需要原始图像的辅助；可以嵌入信息的分块隐藏信息前 后的映射对应关系特点是一个可以嵌入信息的分块能够对应两个隐藏信息后的分块，从而 可以嵌入信息的分块集合，以及确定翻转像素的位置的算法也有所不同；设第一次嵌入信 息中确定的翻转像素点对应变换Ttl，则另外一个符合拓扑性不变要求的翻转像素点对应变 换T1，其中Ttl和T1 一个是正向扫描，一个是反向扫描。第二次隐藏信息的具体嵌入过程如下在第二次嵌入时，首先依次比对第一次嵌 入信息后的图像分块与对应的原始图像分块，没有发生变化的分块则跳过去，这里所述的没有发生变化的分块包含不可嵌入信息的分块以及没有发生变化的可嵌入信息分块；发生 变化的那些分块就有了对应变换关系，针对每一个具体分块，如果对应变换是Ttl，当嵌入的 信息是0，不做任何变化；当嵌入的信息是1，则把Ttl变换对应的分块变成T1变换对应的分 块；如果对应变换是T1,当嵌入的信息是0，则把T1变换对应的分块变成变换Ttl对应的分 块；当嵌入的信息是1，不做任何变化。三、一次嵌入信息的提取方法本发明提供的按照一次嵌入方法即基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印的嵌入 隐藏信息的提取方法，包括第5、按照权利要求1所述方法的第1步对图像进行分块，从中挑选出可能含有隐 藏信息的分块，即属于第2步、第3步中定义的可以嵌入信息分块的集合；那些不是可嵌入 信息的图像分块则跳过去；第6、依据权利要求1第3步嵌入时的规则，以第5步所获分块集合中的每一个分 块重量的奇偶性提取信息在嵌入时若定义分块重量为奇数表示1，那么提取时，如果分块 重量为奇数，则提取1，否则提取0 ；第7、接下来判断第6步从图像分块中所提取的信息即二进制比特序列中是否隐 藏有预先定义的终止符，这样可以在极大的概率上确信图像中是否预先含有隐藏信息；一 旦确信图像中含有隐藏信息，就可以获取在终止符之前的有效隐藏信息；最后通过权利要 求1中第4步相应的信息编码的方式转换变成原始的隐藏信息形式。四、二次嵌入信息的提取方法本发明对依据以上所述方法嵌入的第二次隐藏信息的提取方法是，在按照以上所 述方法提取第一次隐藏信息后，通过与原图的比对，确定那些发生变化的分块；然后判断发 生的像素翻转是Ttl类型的变换，还是T1类型的变换，从而依次获得第二次隐藏信息的比特 序列；最后根据嵌入时转换规则把比特序列变成原始的隐藏信息形式。本发明的优点和积极效果1、本发明提出了一种高效的确定翻转黑白像素位置的方案，可以保持信息隐藏前 后图像分块诱导出图的拓扑不变性，即保证了视觉隐藏效果，同时在一个具体可嵌入信息 分块中，确定翻转黑白像素位置的算法复杂度只与此分块的重量即黑色像素点的数目线性 相关，从而提出了一种高效的隐藏算法；2、本发明提出的信息隐藏、检测系统具有理想的视觉隐藏效果和理想的信息隐藏 容量，两者之间可以达到一个好的平衡；3、本发明方法即可以提供不需要原图的盲提取；又可以通过原图的辅助提供更多 的隐藏信息，同时视觉失真的效果保持在同一水平，即第二次嵌入信息时改变的像素点个 数与第一次嵌入信息时改变的个数一样。4、本发明还可以对各种形式的二进制图像如书法作品、一些有格式要求的电子文 档、木版画、扫描图像、手写签名等进行版权标记和完整性检测；能够起到一定程度的版权 保护、版权控制、认证作用。通过以下结合
以及具体实施方式
对本发明的最佳实施例的详细说明，本 发明的这些以及其他优点将更加明显。图1是本发明中经常采用的术语和记号，以及对于3 X 3分块的示例，图Ia是3 X 3 分块的位置布局示意图，图Ib是由图像分块导出的图(包括顶点，边)；图2是根据本发明的一个实施例，对二进制图像进行水印嵌入处理方法M200的流 程图；图3是根据本发明的一个实施例，对于3X3的分块，一个像素翻转的视觉效果对 比，图3a是非一笔画性质所确定的像素翻转变换，图3b是基于一笔画性质所确定的像素翻 转变换；图4-1是根据本发明生成可以嵌入信息分块的隐藏链的算法1 ；图4-2是对于3X 3的分块，根据算法1生成的分块隐藏链实例；图5-1是根据本发明生成的可以嵌入信息分块的集合的算法2 ；图5-2是对于3X3的分块，根据算法2生成的可以嵌入信息分块的集合实例；图6是根据本发明对二进制图像进行不需要原图的水印盲提取方法的流程图；图7是根据本发明的一个实施例，对于3X3的分块，可以存在两种翻转像素的方 法，图7a是示例1 =Ttl是正向扫描对应的方法，T1是反向扫描对应的方法，图7b是示例2 ；图8-1是根据本发明的生成可以嵌入信息分块的集合算法3，使得每一个分块具 有两种像素翻转变换；图8-2是对于3X3的分块，根据算法3生成的一个由可以嵌入信息分块构成的二 叉树实例；图9是以27X27的简易图像为实例，分块大小为3X3，展示第一次嵌入以及第二 次嵌入隐藏信息过程的示意图；图10-1是根据本发明的不需要原图的嵌入效果图，以256X256大小的图形作为 实例，表明该发明具有理想的视觉隐藏效果和信息隐藏容量，图中1-5是依次随机选取的5 副图像；图10-2是关于1-5图的表格，展示每幅图的隐藏信息容量，实际隐藏比特数，和反映视觉隐藏效果的客观度量PSNR。图11-1是根据本发明方案实施的隐藏效果图，以Lena图为例，不需要原图的第一 次嵌入，以及需要原图的第二次嵌入的加水印效果示例；图11-2是根据本发明方案实施的隐藏效果图，两次分别加水印的图像与原图像 的差别示例。图12是根据本发明方案实施的增强型的安全方案；可以提供一定安全级别的版 权保护不需要原图可以提取版权基本属性信息；也可以提供增强型的安全保护通过原 图的辅助可以提取额外的公证信息。图12a是不需要原图的安全方案，图12b是通过原图 辅助的安全方案。图13是根据本发明方案实施的一个具体的版权保护、认证的实例。
具体实施方式下面将结合附图介绍本发明的具体实施方式
。
为了方便起见，图1给出了本发明中经常采用的术语和记号，以及对于3X3分块 的示例。在一个分块中，如果两个黑色像素点垂直相邻或者水平相邻，两个黑色像素点称为 是邻接的。每一个黑色像素点对应一个顶点，两个邻接的黑色像素点设定一条边。顶点的度 数指的是与该顶点连接的边的数目。因此一个分块就可以对应一个图。边界指的是与黑色 像素点集合相邻的白色像素点集合。此外，一个分块的重量是其中的黑色像素点数目。对 于一个Ii1Xn2的分块，我们从左上角开始依次分配一个序号，0，1, ... , Ii1Xn2-I,于是一个
分块的值是如图1中所示，该分块重量是4，边界是{0，5，6，7}，该分块的值
/V黑色像素点的位置
是30.很明显对于3X3的分块，分块取W，511] (0至511，包括0，511)的唯一值。注意到 这里分块值的定义是为了简便的表示分块的图示，对于矩形分块同样适用。这里所设的分 块大小是为了便于在图像中隐藏更多的信息。实施例1 图2给出了根据本发明方法对二进制图像进行脆弱水印嵌入处理的一个M200实 施例的流程图。如图2所示，方法M200在步骤S210开始。在步骤S220，从二进制图像不同格式的文件中获取位图格式的基本文件(BMP)， 此时每一个像素点有一个比特位表示其黑白信息。我们接下来对该图像进行空间域的划 分，分成等规模的小块。注意这里小块不必是正方形，可以是大小Sn1Xn2JCrvn2C 10 的矩形。边上的多余部分我们将不必处理。本领域技术人员将会认识到，分块的大小容易 适用于不只3X3的分块情形。然后在步骤S230，我们从上面对图像划分后的若干小块中，选取一部分作为符合 要求可以嵌入信息的分块。这里可以嵌入信息的分块指的是进行黑白像素的翻转以后，在 视觉上不会引起太大的视觉注意。我们这里认为如果黑白像素在这一分块中的数目分布均 衡，那么在其中进行黑白像素翻转不会引起太大视觉注意。即对于一个Ii1 ·η2的分块，分块
重量在附近，比如取值范围是
权利要求
一种基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入方法，其特征在于该方法依次包括第1、图像分块首先以像素为单位，对原始图像按照n1·n2分块大小进行分块，其中2＜n1，n2＜10，每一个分块可以是正方形，也可以是矩形；第2、确定可以嵌入信息的分块集合所述的可以嵌入信息的分块应当具有如下的性质；第2.1、黑白像素在这一分块中的数目分布均衡，从而在其中进行黑白像素翻转不会引起太大视觉注意的分块即对于一个n1·n2的分块，分块重量在附近，取值范围是其中分块重量是指分块中黑色像素点的数目，是高斯向下取整函数；第2.2、分块中由黑色像素点诱导出的图应该是连通的，即任何顶点之间存在路径相连；第2.3、可以嵌入信息的分块在信息隐藏前后具有拓扑结构不变性，这样能够使得视觉上的失真最小；这里的拓扑结构不变性是指在分块中黑白像素翻转以后，由黑色像素点诱导出来的图连通性不变、一笔画的性质不变；第3、构造可以嵌入信息的分块在隐藏信息前，和隐藏信息后分块的映射对应关系；也就是我们需要给出符合第2.1 2.3要求的可以嵌入信息的分块集合，以及算法来确定翻转像素的位置；这里每个可嵌入信息分块中若有一个像素发生翻转，分块重量的奇偶性发生改变，我们用一个具体分块的奇偶性来表示此分块中的隐藏信息；于是我们可以获得高效的嵌入隐藏信息的方法；第4、需要嵌入的信息通过编码转换的方式转换成二进制序列，然后在末尾加上预先定义的几个字节的终止符，获得准备嵌入的二进制序列b1b2...bl；接下来根据第3步中可以嵌入信息的分块集合，在原始图像中确定备选嵌入信息的分块，在其中按照某种次序，顺序或者逆序选取l个符合要求的可以嵌入信息的分块，在每个可以嵌入信息的分块中嵌入一个比特；那些不属于可嵌入信息分块集合的分块则跳过去不做处理；这里嵌入的顺序可以是对二进制序列b1b2...bl的顺序嵌入，也可以通过加密变换以后，打乱次序后进行嵌入。FSA00000212566600011.tif,FSA00000212566600012.tif,FSA00000212566600013.tif
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第2.3步所述的在信息隐藏前后具有拓扑 结构不变性的判断方法是根据图论中的Euler关于格尼斯堡七桥问题的研究结果和关于 一笔画问题的结论，只需要判断顶点即黑色像素点的度数奇偶性，即能够一笔画连接图中 所有边的充要条件是奇顶点的个数为0或2，从而可以非常高效的决定翻转黑白像素的合 适位置，据此嵌入隐藏信息后图像的分块具有特定的拓扑结构不变性，从而使得视觉失真 很小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的顶点即黑色像素点的度数是指在 一个分块中，如果两个黑色像素点垂直相邻或者水平相邻，两个黑色像素点称为是邻接的； 每一个黑色像素点对应一个顶点，两个邻接的黑色像素点设定一条边，与该顶点连接的边 的数目就是该顶点的度数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于第3步所述的隐藏信息前后的映射对应关系是指可以嵌入信息的分块在隐藏信息前，和隐藏信息后分块的映射对应关系；映射对应关系可以公开，也就是可以嵌入信息的分块的集合以及确定翻转像素的位置 的算法可以公布出去；设可以嵌入信息的分块集合是P，通过像素翻转嵌入信息后的分块 集合是Q，那么该映射对应关系应该满足0 ￡ ^p，这是为了保证在提取信息的时候，避免不 能区分分块是否含有隐藏信息和不属于可嵌入信息分块集合的情形。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在第一次嵌入方法的基础之上，利用原始 分块图像中可以存在不止一个可翻转的像素点，进行第二次隐藏信息的嵌入，具体嵌入过 程同权利要求1第1步、第4步；不同之处在于第二次隐藏信息的嵌入需要原始图像的辅 助；可以嵌入信息的分块隐藏信息前后的映射对应关系特点是一个可以嵌入信息的分块能 够对应两个隐藏信息后的分块，从而可以嵌入信息的分块集合，以及确定翻转像素的位置 的算法也有所不同；设第一次嵌入信息中确定的翻转像素点对应变换Ttl，则另外一个符合 拓扑性不变要求的翻转像素点对应变换T1，其中Ttl和T1 一个是正向扫描，一个是反向扫描。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于第二次隐藏信息的具体嵌入过程如下在 第二次嵌入时，首先依次比对第一次嵌入信息后的图像分块与对应的原始图像分块，没有 发生变化的分块则跳过去，这里所述的没有发生变化的分块包含不可嵌入信息的分块以及 没有发生变化的可嵌入信息分块；发生变化的那些分块就有了对应变换关系，针对每一个 具体分块，如果对应变换是Ttl，当嵌入的信息是0，不做任何变化；当嵌入的信息是1，则把Ttl 变换对应的分块变成T1变换对应的分块；如果对应变换是T1,当嵌入的信息是0，则把T1变 换对应的分块变成Ttl变换对应的分块；当嵌入的信息是1，不做任何变化。
7.一种按照权利要求1所述方法嵌入的基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印的提取 方法，其特征在于该方法包括第5、按照权利要求1所述方法的第1步对图像进行分块，从中挑选出可能含有隐藏信 息的分块，即属于第2步、第3步中定义的可以嵌入信息分块的集合；那些不是可嵌入信息 的图像分块则跳过去；第6、依据权利要求1第3步嵌入时的规则，以第5步所获分块集合中的每一个分块重 量的奇偶性提取信息在嵌入时若定义分块重量为奇数表示1，那么提取时，如果分块重量 为奇数，则提取1，否则提取0;第7、接下来判断第6步从图像分块中所提取的信息即二进制比特序列中是否隐藏有 预先定义的终止符，这样可以在极大的概率上确信图像中是否预先含有隐藏信息；一旦确 信图像中含有隐藏信息，就可以获取在终止符之前的有效隐藏信息；最后通过权利要求1 中第4步相应的信息编码的方式转换变成原始的隐藏信息形式。
8.一种对依据权利要求5或6所述方法嵌入的第二次隐藏信息的提取方法，其特征在 于，在按照权利要求7所述方法提取第一次隐藏信息后，通过与原图的比对，确定那些发生 变化的分块；然后对于每个具体发生变化的分块，判断其中像素翻转是Ttl类型的变换，还是 T1类型的变换，从而依次获得第二次隐藏信息的比特序列；最后根据嵌入时转换规则把比 特序列变成原始的隐藏信息形式。
全文摘要
一种基于拓扑结构的二进制图像脆弱水印嵌入与提取方法；通过对原始图像分块，然后选取那些可以嵌入信息的隐藏分块；通过基于图形拓扑学原理的隐藏方法来翻转白色(或黑色)像素点，向相应块中嵌入需要的隐藏信息。本发明能快速嵌入、提取隐藏信息；具有理想的隐藏信息容量和视觉隐藏效果。本发明即可进行盲提取，也可保证视觉失真效果在相同级别的情形下，通过原图辅助提供更多的嵌入隐藏信息容量。本发明还可提供一定安全级别的版权保护；也可提供增强型的安全保护。利用本发明，可以对各种形式的二进制图像如书法作品、木版画、扫描图像、手写签名等进行版权标记和完整性检测；能够起到一定程度的版权保护、版权控制、认证作用。
文档编号G06T1/00GK101976428SQ20101024156
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者苏明, 高铁牛 申请人:南开大学