专利名称：一种嵌入和提取数字水印的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字图像处理技术领域，尤其涉及一种嵌入和提取数字水印的方法和 装置。
背景技术：
用于票据防伪的数字水印需要将水印嵌入在票据原始图像中，这样当票据被印刷出来的时候，水印也包含在纸质票据中。当要对纸质票据进行真伪检测的时候，需要对纸质票据进行扫描，然后从扫描的票据影像中提取出正确的水印。因此这种水印的鲁棒性和脆弱性主要是与其在印刷扫描过程中引入的失真相联系的。在印刷扫描过程中，图像的失真主要归结为3类一是图像象素点的失真，这种失真主要包括亮度对比度的变化、图像的半色调、颜色变化、点扩散、点检测光学扩散噪声及边缘高阶噪声等带来的失真；二是人眼可见的几何失真，主要有由旋转、尺度变化及剪切等带来的失真；三是由于在对票据进行印刷和对印刷品进行扫描过程中包含了数字模拟之间的转换，且同一图像在不同设备上具有不同色彩空间描述方式而造成的失真。这是因为各个色彩空间色域的不同，所有图像在不同空间转换时，不可避免地要丢失信息。目前数字水印算法主要是基于空间域和基于变换域的两大类。基于空间域的数字水印一般是直接在图像的RGB空间或者HQ空间上，通过修改图像中的像素值来嵌入水印。这种水印方法嵌入速度快，实现简单。而基于变换域的数字水印一般是在图像的CIELAB色彩空间中对其进行小波变换或者余弦变换，然后通过修改变换后的系数来嵌入水印。其中、离散余弦变换域图像水印与常用的图像压缩标准JPEG兼容，对压缩、滤波和其他一些攻击具有较强的稳健性。而离散小波变换DWT (DiscreteWavelet Transformation, DWT)是将信号分解为不同尺度分量的线性运算，其实现是通过信号与尺度变化的滤波器卷积完成的。离散小波变换是一种多分辨率分析方法，在时域和频域都可表征信号局部特征。小波变换将原始图像分解为一系列的低频分量和高频分量，根据人类感觉系统的掩蔽效应，可将数字水印信息嵌入到原始载体不易被感知的区域，使数字水印具有较强的不可见性。在空间域嵌入水印，一般嵌入水印的长度较短，并且抗攻击力较差。并且由于在RGB空间或HQ空间嵌入水印，在打印和扫描过程中，由于图像在不同设备上具有不同色彩空间描述方式，因此容易造成图像的失真，导致水印提取失败。而采取DCT域的数字水印对JPEG2000的压缩鲁棒性不佳，而采取DWT的数字水印如果直接在小波域的低频域上直接嵌入水印容易导致嵌入水印后的图像有马赛克现象，而在高频域嵌入的话虽然水印不可视性好，但水印鲁棒性较低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种嵌入和提取数字水印的方法和装置，通过在图像的DffT和DCT变换后的系数上添加水印序列，能够提高水印的鲁棒性以及不可见性，通过CDMA编码技术能够提高水印的容量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案一种数字水印嵌入方法，该方法包括根据待嵌入水印生成码分多址(CodeDivision Multiple Access,CDMA)水印序列；对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT),得到DCT系数序列；将CDMA水印序列根据密钥确定的嵌入位置嵌入到DCT系数序列中。所述根据待嵌入水印生成CDMA水印序列进一步包括对二值化的待嵌入水印图像进行置乱；进行Zig-Zag扫描得到一维序列，通过转换函数得到双极性序列；对双极性序列进行CDMA扩频编码。所述对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换进一步包括将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到 DCT系数矩阵；通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。
通过以下公式将CDMA水印序列嵌入到DCT系数中，通过密钥R选取其中的一部分DCT系数作为水印的嵌入位置，选取的方法是首先由密钥R生成一个随机数作为DCT系数的起始位置，然后按照指定的步长间隔选取足够的DCT系数；F' j = Fi+ a Ci, i = I, 2,, V/K其中，Fi为嵌入水印前的DCT系数；F' i为嵌入水印后的DCT系数；Ci为CDMA水印序列中的第i个向量；K SCDMA水印扩频编码时的分组个数；V为原始水印长度；a为水印嵌入强度，a其值的选取应根据人眼视觉特性以及预定的峰值信噪比阈值来确定。一种数字水印嵌入装置，该装置包括生成模块，用于根据待嵌入水印生成CDMA水印序列；变换模块，用于对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列；嵌入模块，用于将CDMA水印序列根据通过密钥确定的嵌入位置嵌入到DCT系数序列中。所述生成模块进一步包括，图像置乱单元，用于对二值化的待嵌入水印图像进行置乱；序列转换单元，用于进行Zig-Zag扫描得到一维序列，通过转换函数得到双极性序列；扩频编码单元，用于对双极性序列进行CDMA扩频编码。所述变换模块进一步包括，色彩转换单元，用于将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；小波变换单元，用于提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；DCT单元，用于对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵；矩阵转换单元，用于通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。所述嵌入模块通过以下公式将CDMA水印序列嵌入到DCT系数中，通过密钥R选取其中的一部分DCT系数作为水印的嵌入位置，选取的方法是首先由密钥R生成一个随机数作为DCT系数的起始位置，然后按照指定的步长间隔选取足够的DCT系数；F' j = Fi+ a Ci, i = I, 2,, V/K其中，Fi为嵌入水印前的DCT系数；F' i为嵌入水印后的DCT系数；Ci为CDMA水印序列中的第i个向量；K SCDMA水印扩频编码时的分组个数；V为原始水印长度；a为水印嵌入强度，a值的选取应根据人眼视觉特性以及预定的峰值信噪比阈值来确定。一种数字水印提取方法，该方法包括对已嵌入水印的宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列；通过密钥从DCT系数序列中提取出嵌入CDMA水印序列的DCT系数，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数进行判别，得到二进制序列；对所述二进制序列进行图像置乱的逆变换还原水印图像。所述对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换进一步包括将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵；通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。
所述DCT系数与扩频码之间的相关系数7 二^(/':___义)
N其中，F" 提取的DCT系数中的第i个向量；K为CDMA水印扩频编码时的分组个数；i = 1，2，…，V/K; j = 1，2，…，K ;V为原始水印长度；gj为Gold码集合G中的第j个元素，并通过以下进行判别，得到二进制序列B" = {b" j.J,
hn _ f +1 "">r °j,i — \ 0 其他其中，i = 1，2，…，V/K ；j = I, 2，…，K ;b" M为检测到的第j个分组的第i个水印比特；T为判决门限,对于正交码,选择T = O。一种数字水印提取装置，该装置包括变换模块，用于对已嵌入水印的宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列；提取模块，用于通过密钥R从DCT系数序列中提取出嵌入CDMA水印序列的DCT系数，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数进行判别，得到二进制序列；还原模块，用于对所述二进制序列进行图像置乱的逆变换还原水印图像。所述变换模块进一步包括，色彩转换单元，用于将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；小波变换单元，用于提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；DCT单元，用于对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵；矩阵转换单元，用于通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。所述提取模块，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数％,
xV其中，F" 提取的DCT系数中的第i个向量；K为CDMA水印扩频编码时的分组个数；i = 1，2，…，V/K; j = 1，2，…，K ;V为原始水印长度；gj为Gold码集合G中的第j个元素，并通过以下进行判别，得到二进制序列B" = {b" j.J,
h" _ /+1 Dt uJJ — \ o其他其中，i = 1，2，…，V/K ; j = I, 2，…，K ;b" M为检测到的第j个分组的第i个水印比特；T为判决门限,对于正交码,选择T = O。采用本发明的技术方案，通过在图像的LAB色彩空间嵌入水印，来保证在色彩模式转换时，色彩没有损失，通过在图像的DWT和DCT变换后的系数上添加水印序列，提高水印的鲁棒性以及不可见性，通过CDMA编码技术提高了水印的容量。
图I是本发明具体实施方式
提供的数字水印嵌入方法的流程示意图。图2是本发明具体实施方式
中通过Zig-Zag扫描将二维DCT系数矩阵时的扫描顺序不意图。图3是本发明具体实施方式
提供的数字水印嵌入装置的结构示意图。图4是本发明具体实施方式
提供的数字水印提取方法的流程示意图。图5是本发明具体实施方式
提供的数字水印提取装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。 图I是本发明具体实施方式
提供的电子名片自动更新方法的流程示意图。如图I所示，该方法包括步骤S101，根据待嵌入水印生成CDMA水印序列。该步骤进一步包括对二值化的待嵌入水印图像进行置乱；进行Zig-Zag扫描得到一维序列，通过转换函数得到双极性序列；对双极性序列进行CDMA扩频编码。所述图像置乱是常用的图像预处理方法，它通过某种变换方法来改变原始图像中所有像素的位置，以消除像素之间的相互关系，从而生成一幅与原始图像完全不同的图像。如果不知道变换参数，将很难从中恢复出原始图像。通过将置乱后的水印嵌入图像，可以大大增加水印的鲁棒性和安全性。因此，在生成的水印过程中，将首先利用Arnold变换对水印图像进行置乱。设二值水印图像上的原始坐标为(X，y),置乱后的坐标为(x’，y'),则Arnold变换为
权利要求
1.一种数字水印嵌入方法，其特征在于，该方法包括根据待嵌入水印生成码分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)水印序列；对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT),得到DCT系数序列；将CDMA水印序列根据密钥确定的嵌入位置嵌入到DCT系数序列中。
2.根据权利要求I所述的数字水印嵌入方法，其特征在于，所述根据待嵌入水印生成CDMA水印序列进一步包括对二值化的待嵌入水印图像进行置乱；进行Zig-Zag扫描得到一维序列，通过转换函数得到双极性序列；对双极性序列进行CDMA扩频编码。
3.根据权利要求I所述的数字水印嵌入方法，其特征在于，所述对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换进一步包括将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵；通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。
4.根据权利要求I所述的数字水印嵌入方法，其特征在于，通过以下公式将CDMA水印序列嵌入到DCT系数中，通过密钥R选取其中的一部分DCT系数作为水印的嵌入位置，选取的方法是首先由密钥R生成一个随机数作为DCT系数的起始位置，然后按照指定的步长间隔选取足够的DCT系数；F' i = Fi+aCi，i = 1，2，...，V/K 其中，Fi为嵌入水印前的DCT系数；F' i为嵌入水印后的DCT系数；Ci为CDMA水印序列中的第i个向量；K SCDMA水印扩频编码时的分组个数；V为原始水印长度；a为水印嵌入强度，a值的选取应根据人眼视觉特性以及预定的峰值信噪比阈值来确定。
5.一种数字水印嵌入装置，其特征在于，该装置包括 生成模块，用于根据待嵌入水印生成CDMA水印序列； 变换模块，用于对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列； 嵌入模块，用于将CDMA水印序列根据通过密钥确定的嵌入位置嵌入到DCT系数序列中； 所述生成模块进一步包括， 图像置乱单元，用于对二值化的待嵌入水印图像进行置乱； 序列转换单元，用于进行Zig-Zag扫描得到一维序列，通过转换函数得到双极性序列； 扩频编码单元，用于对双极性序列进行CDMA扩频编码； 所述变换模块进一步包括， 色彩转换单元，用于将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间； 小波变换单元，用于提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域； DCT单元，用于对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵； 矩阵转换单元，用于通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列； 所述嵌入模块通过以下公式将CDMA水印序列嵌入到DCT系数中，通过密钥R来选取其中的一部分DCT系数作为水印的嵌入位置，选取的方法是首先由密钥R生成一个随机数作为DCT系数的起始位置，然后按照指定的步长间隔选取足够的DCT系数；F' i = Fi+aCi，i = 1，2，...，V/K 其中，Fi为嵌入水印前的DCT系数；F' i为嵌入水印后的DCT系数；Ci为CDMA水印序列中的第i个向量；K SCDMA水印扩频编码时的分组个数；V为原始水印长度；a为水印嵌入强度，a值的选取应根据人眼视觉特性以及预定的峰值信噪比阈值来确定。
6.一种数字水印提取方法，其特征在于，该方法包括对已嵌入水印的宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列；通过密钥从DCT系数序列中提取出嵌入CDMA水印序列的DCT系数，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数进行判别，得到二进制序列；对所述二进制序列进行图像置乱的逆变换还原水印图像。
7.根据权利要求6所述的数字水印提取方法，其特征在于，所述对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换进一步包括将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间；提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域；对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵；通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列。
8.根据权利要求6所述的数字水印提取方法，其特征在于，所述DCT系数与扩频码之间的相关系数 =去 其中，F" i为提取的DCT系数中的第i个向量；K为CDMA水印扩频编码时的分组个数；i= l，2^"，V/K;j = 1，2，…，K ;V为原始水印长度；gj为Gold码集合G中的第j个元素，并通过以下方法进行判别，得到二进制序列B" = {b"// -S+1 /7">r0Jj ~ \ 0其他 其中，i = l，2^"，V/K;j = 1，2，…，K;b"为检测到的第j个分组的第i个水印比特；T为判决门限，对于正交码，选择T = O。
9.一种数字水印提取装置，其特征在于，该装置包括 变换模块，用于对已嵌入水印的宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换，得到DCT系数序列； 提取模块，用于通过密钥R从DCT系数序列中提取出嵌入CDMA水印序列的DCT系数，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数进行判别，得到二进制序列； 还原模块，用于对所述二进制序列进行图像置乱的逆变换还原水印图像； 所述变换模块进一步包括， 色彩转换单元，用于将宿主图像由RGB色彩空间转换为LAB色彩空间； 小波变换单元，用于提取LAB色彩空间的亮度分量进行二级小波变换，得到的逼近子图为低频区域； DCT单元，用于对所述低频区域进行二维离散余弦变换得到DCT系数矩阵； 矩阵转换单元，用于通过Zig-Zag扫描将系数矩阵转换成一维系数序列；所述提取模块，通过所述DCT系数与扩频码之间的相关系数儿二+ U N 其中，F" i为提取的DCT系数中的第i个向量；K为CDMA水印扩频编码时的分组个数；i= l，2^"，V/K;j = 1，2，…，K ;V为原始水印长度；gj为Gold码集合G中的第j个元素，并通过以下进行判别，得到二进制序列B" = {b" j.J,
全文摘要
本发明公开了一种嵌入和提取数字水印的方法和装置，通过生成CDMA水印序列以及对宿主图像经过二级小波变换得到的低频区域进行离散余弦变换；将CDMA水印序列嵌入到根据密钥确定的中高频DCT系数序列中。通过在图像的LAB色彩空间嵌入水印，来保证在色彩模式转换时，色彩没有损失,通过在图像的DWT和DCT变换后的系数上添加水印，提高水印的鲁棒性以及不可见性,通过CDMA编码技术提高了水印的容量。
文档编号G06T1/00GK102750660SQ20121018988
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者张志广, 高昊江 申请人:北京京北方信息技术有限公司