专利名称：基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及信息隐藏技术领域中的一种基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法。本发明可用于在打印/印刷输出图像的同时，将水印信息嵌入图像，并通过扫描打印后的图像提取嵌入的水印信息，实现对打印、印刷品的版权保护。
背景技术：
近几年来，在许多打印和出版应用中，日益猖獗的假冒伪 劣行为给打印/印刷输出品的防伪带来了新的挑战。数字水印技术作为数字产品版权保护的技术措施被国内外广泛使用。针对打印输出、书籍、杂志等印刷品的水印为半调图像水印，主要有直接嵌入法、间接嵌入法和可视加密三类方法。Weina J等人在“A novel least distortion linear gain model for halftoneimage watermarking incorporating perceptual quality metrics” (Data Hiding andMultimedia Security, 2009,4 :65 83)中提出一种直接嵌入法,该方法通过修改固定位置上的像素嵌入水印，尽管含水印半调图有很好的视觉效果，但是该方法存在的不足是，经打印、扫描攻击后，像素值发生很大变化，因此水印的鲁棒性差。Jing-Ming G等人在“Watermarking in halftone images with parity-matchederror diffusion”，Signal Processing，2011，91 :126-135 中提出一种间接嵌入法，该方法基于区域的统计特性，在对图像进行半调的同时通过添加噪声来嵌入水印，在一定程度上提高了水印的鲁棒性，但该方法的缺点是，在提取水印前必须首先将扫描的嵌水印图像二值化，区域的统计特性取决于像素值和量化阈值，像素值在打印、扫描前后不稳定，并且当打印机、扫描仪型号不同时，量化阈值选择困难，增加了水印提取的难度。S. C. Pei 等人在“Data hiding in halftone images with noise-balanced errordiffusion” (IEEESignalProcess. Lett. 10，(12) (2003)349-351)中提出一种可视加密方法，该方法是在两幅或多幅图像中，通过修改像素值嵌入水印。该类方法的缺点是，需将多幅含水印图像叠加在一起提取水印，而且叠加含水印图像时要求多幅图像严格对齐，提取水印比较困难。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，本发明方法以像素块为基本处理单元，采用了自适应的水印嵌入方法，通过构造奇偶校验模型，在块误差分散过程中完成水印图像的嵌入。并且在提取水印时，利用像素块的均值不易发生变化的特性，减少了水印提取的难度。本发明包括水印嵌入和水印提取两个过程；本发明水印嵌入过程的具体步骤为(I)图像分色处理
la)判断载体图像是否是彩色图像，若载体是彩色图像，将载体图像从红绿蓝RGB颜色空间转换到青品红黄黑CMYK颜色空间；若载体图像是灰度图像，执行步骤(2)。(2)水印图像预处理2a)采用线性插值方法，将原始水印图像缩放至大小，得到水印图像，其中
M N
P、Q分别表示载体图像的宽度和高度值，M、N分别表示水印嵌入窗口的宽度和高度值；2b)判断水印图像的像素值是否大于设定阈值，如果大于或等于阈值，将该像素设置为白色，反之设置为黑色，得到二值水印图像；2c)对二值水印图像进行Arnold置乱，得到待嵌入的水印图像。
(3)计算像素块的奇偶校验值3a)根据水印嵌入窗口大小，设定载体图像中像素块的大小；3b)在载体图像中选取一个包含当前像素块以及与其相邻像素块的矩形区域，作为当前像素块邻域；3c)扫描当前像素块邻域中所有的像素块，判断每个像素块的均值是否大于邻域中所有像素块的均值，若是，则将每个像素块的均值大于或等于邻域中所有像素块均值的像素块标记为“odd”，否则将每个像素块的均值小于邻域中所有像素块均值的像素块标记为“even”；3d)统计当前像素块邻域内所有标记为“odd”的像素块的个数，如果为奇数，则当前像素块的奇偶校验值为“ 1”，否则奇偶校验值为“O”。(4)确定水印嵌入强度4a)按照下式计算自适应水印嵌入强度
I cxχ2F(x,a) = N0 ~J= I exp(--~Y)dx
σ\]2πJ0 2σ其中，F(x，σ)表示自适应水印嵌入强度，χ表示以熵表示的载体图像中像素块纹理特性的物理量，σ表示控制水印嵌入强度递增快慢的参数，Ntl表示最大水印嵌入强度的
一个常量。(5)嵌入水印5a)在载体图像中从左至右、从上至下逐个选取载体图像的像素块，同时从左至右、从上至下逐位读入待嵌入的水印图像，每个水印嵌入窗口中的所有像素块对应一个水印位；5b)对选取的载体图像像素块中包含所有像素的像素值取平均值，将该平均值作为所选取的载体图像像素块的均值；5c)判断所选取载体图像像素块是否满足下述水印嵌入条件之一5cl)所选取载体图像像素块的均值，与其周围像素块分散到当前像素块上误差的和大于或者等于选取的像素块邻域内所有像素块的均值，且读入的水印位与所选取像素块的奇偶校验值相同；5c2)所选取载体图像像素块的均值，与其周围像素块分散到当前像素块上误差的和小于选取的像素块邻域内所有像素块的均值，且读入的水印位与所选取像素块的奇偶校验值相异；
5d)如果选取的载体图像像素块满足步骤5cl)，则在该像素块进行块误差分散过程中，在该像素块得到的分散误差中减去水印嵌入强度，而在该像素块的量化误差中加上水印嵌入强度；如果选取的载体图像像素块满足步骤5c2)，则在该像素块进行块误差分散过程中，在该像素块得到的分散误差中加上水印嵌入强度，而在该像素块的量化误差中减去水印嵌入强度；5e)如果选取的载体图像像素块均不满足步骤5cl)、步骤5c2)的条件，则按照块误差分散方法进行半调。本发明水印提取过程的具体步骤为(6)图像矫正6a)利用Photoshop软件对扫描后的图像进行裁剪，得到含水印的图像； 6b)利用线性插值方法将含水印的图像缩放到与原始的载体图像相同的大小，得到待检测的图像。(7)水印提取7a)判断待检测的图像是否是彩色图像，若是彩色图像，将待检测的图像从红绿蓝RGB颜色空间转换到青品红黄黑CMYK颜色空间；若是灰度图像，则执行步骤7b)；7b)对待检测的图像中每个水印嵌入窗口内所有像素块的奇偶校验值取平均值，若平均值大于O. 5，则水印位为1，否则水印位为O ;7c)进行逆Arnold置乱，得到与步骤⑵类似的水印图像。与现有技术相比，本发明具有以下优点第一，本发明选择以像素块为处理单元，并引入反映局部结构特征的局部二值模式构造奇偶校验模型，克服了现有技术中单个像素在打印扫描过程中其像素值易发生变化的缺点，使得本发明具有更强鲁棒性的优点。第二，本发明不需要在提取水印前对扫描的半调图进行二值化处理，克服了现有技术的选择二值化阈值困难的缺点，使得本发明具有更容易提取水印图像的优点。第三，本发明构造了自适应水印嵌入强度函数，实现了不可见性和鲁棒性的折衷，克服了现有技术中水印嵌入强度单一的缺点，使得本发明具有在保证水印鲁棒性的同时，提高了图像的视觉效果的优点。第四，本发明在处理彩色图像之前，对彩色图像进行分色处理，在各个通道分别嵌入水印图像，并利用投票方式提取水印图像，克服了现有技术不适用彩色图像的缺点，使得本发明具有不仅适用灰度图像，而且也适用彩色图像的优点。
图I为本发明的流程图；图2为本发明中像素块、像素块邻域和水印嵌入窗口的关系图；图3为现有技术的Floyd-Steinberg块误差分散方法示意图；图4为通过本发明构造的自适应水印嵌入强度函数的曲线图；图5为本发明实施例中使用的水印图像；图6为本发明实施例中使用的载体图像；图7为本发明仿真I的示意图8为本发明仿真2的示意具体实施例方式下面结合附图I对本发明做详细的描述。步骤I，图像分色本发明不仅适用灰度图像，而且也适用彩色图像，因此，对彩色图像和灰度图像的操作也不同。在嵌入水印之前，首先要判断载体图像是否是彩色图像，若载体图像是彩色图像，则利用下式将载体图像从红绿蓝RGB颜色空间转换到青品红黄黑CMYK颜色空间，使其符合打印机中的颜色模型，以便在青色C、品红M和黄色Y三个颜色通道分别进行嵌入操作；若载体图像是灰度图像，执行步骤2。
权利要求
1.一种基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，包括水印嵌入和水印提取两个过程；所述水印嵌入过程的具体步骤为(1)图像分色处理Ia)判断载体图像是否是彩色图像，若载体是彩色图像，将载体图像从红绿蓝RGB颜色空间转换到青品红黄黑CMYK颜色空间；若载体图像是灰度图像，执行步骤(2);(2)水印图像预处理2a)采用线性插值方法，将原始水印图像缩放至大小，得到水印图像，其中P、Q
2.根据权利要求I所述的基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，其特征在于步骤2b)中所述的阈值是指，原始水印图像中最大像素值和最小像素值的平均值。
3.根据权利要求I所述的基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，其特征在于步骤3c)中所述的像素块的均值是指，该像素块包含的所有像素的像素值的平均值。
4.根据权利要求I所述的基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，其特征在于步骤6b)中所述的线性插值方法为，根据图像的缩放比例和图像中相邻像素的像素值，计算得出要插入像素的像素值，在图像中的相邻像素之间插入计算得出的像素，完成图像缩放。
全文摘要
本发明公开了一种基于像素块奇偶校验和块误差分散的半调水印方法，具体步骤包括(1)图像分色处理；(2)水印图像预处理；(3)计算像素块的奇偶校验值；(4)确定水印嵌入强度；(5)嵌入水印；(6)图像矫正；(7)水印提取。本发明解决了现有技术中在提取水印时要求将扫描后的待检测图像二值化，水印的鲁棒性差，难以真正抵抗打印扫描攻击的问题。本发明具有良好的鲁棒性、能够有效的抵抗打印扫描、随机涂改和裁剪等攻击、容易提取水印的优点。
文档编号G06T1/00GK102930497SQ20121043424
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者郑海红, 王泉, 王义峰, 陈瑞琳, 潘蓉, 谢琨, 罗雪梅, 万波 申请人:西安电子科技大学