向图像中嵌入水印的方法和从图像中提取水印的方法与流程

1.本技术涉及计算机技术领域，具体涉及一种向图像中嵌入水印的方法，本 申请还涉及一种从图像中提取水印的方法和一种电子设备。


背景技术：

2.目前，数字视频水印的研究领域中，鲁棒视频水印特别是针对重压缩和几 何攻击的盲水印是研究的重点内容。视频水印根据水印嵌入位置可分为空间域 视频水印和变换域视频水印。空间域视频水印通过直接修改视频帧嵌入通道的 像素值来实现水印嵌入，变换域视频水印在嵌入水印之前，视频通过奇异值分 解、离散傅里叶变换、离散余弦变换或小波变换等转换到一个新的域中，通过 对变换域系数修改来嵌入水印，然后对这些修改后的系数进行逆变换以生成含 水印的视频。
3.现有技术下，空间域视频水印方法对几何攻击显示出较好的鲁棒性，但由 于视频压缩过程会对像素值做离散余弦变换(dct，discrete cosine transform)并 量化变换后的系数，该量化导致编解码视频帧时对应的像素值发生变化从而水 印可能消失。因此空间域视频水印方法对视频有损压缩的鲁棒性有限。变换域 视频水印不可感知性更好，且对有损压缩的鲁棒性更强，但对几何攻击的鲁棒 性较差。
4.因此，现有方案无法满足既抵抗压缩攻击又抵抗压缩攻击与插入攻击、几 何攻击、时间同步攻击组成的组合攻击并保持较低视觉失真的需求，需探究新 方案解决上述问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种向图像中嵌入水印的方法，以解决现有方案存在嵌入水印 时鲁棒性较差的问题。
6.本技术提供一种向图像中嵌入水印的方法，包括：
7.获得作为载体的图像和待嵌入的水印信息；
8.在所述图像中设置具有预定形状的基准图形；
9.根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上，确定水印嵌入基准点；
10.根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像。
11.作为一种实施方式，所述预定形状的基准图形，包括：圆形或同心圆；所 述基准图形所确定的区域，包括：圆形的边界线，或者同心圆中每个圆形的边 界线。
12.作为一种实施方式，在所述图像中设置具有预定形状的基准图形，包括：
13.将所述图像分为四个面积相等的矩形区域，
14.在每个矩形区域中，分别嵌入以矩形区域对称中心位置为圆心的预定标准 的基准同心圆作为第一至第四重基准图形；
15.以所述图像的对称中心为圆心，嵌入所述基准同心圆作为第五重基准图形。
16.作为一种实施方式，所述根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上， 确定
水印嵌入基准点，包括：在所述基准同心圆上选择符合预设规则的离散点 作为所述水印嵌入基准点。
17.作为一种实施方式，所述水印嵌入基准点的坐标采用以基准同心圆的圆心 为原点的极坐标表达。
18.作为一种实施方式，所述水印嵌入基准点的极径和极角均采用预设的映射 方式生成的混沌伪随机序列确定。
19.作为一种实施方式，对于第一重至第五重基准图形，在位置对应的水印嵌 入基准点中插入相同的或不同的水印信息。
20.作为一种实施方式，所述根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成 嵌入水印的图像，包括：
21.根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，确定所述图像中用于嵌入所述 水印信息的图像子区域作为水印嵌入块；
22.将待嵌入的所述水印信息嵌入到所述水印嵌入块中，获得嵌入水印的图像。
23.作为一种实施方式，所述将待嵌入的所述水印信息嵌入到所述水印嵌入块 中，包括：
24.确定嵌入所述水印信息的嵌入通道；
25.将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
26.将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌入块中，获得嵌入水印信 息的目标域水印嵌入块；
27.将所述目标域嵌水印嵌入块逆变换到原域的图像原位置中，获得所述嵌入 水印的图像。
28.作为一种实施方式，所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌 入块中，包括：
29.采用奇偶量化法，将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的高频分量中。
30.作为一种实施方式，在与图像中心点具有预定的相对位置的区域，以嵌入 水印信息相同的方式嵌入同步码。
31.作为一种实施方式，在所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述水印嵌入 块中的步骤之前，对所提供的待嵌入的水印信息以预设的编码方式编码，将编 码后的水印信息作为该步骤中实际嵌入到所述水印嵌入块的信息。
32.本技术还提供一种从图像中提取水印的方法，包括：
33.获得已嵌入水印信息的图像；
34.从所述图像中确定具有预定形状的基准图形；
35.根据预设的规则，在所述基准图形所确定的区域上，确定水印提取基准点；
36.根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，从已嵌入水印信息的图像中提 取出已嵌入的水印信息。
37.作为一种实施方式，所述从所述图像中确定具有预定形状的基准图形的步 骤之前，执行如下步骤：
38.在所述图像中，确定第一重到第五重基准图形的几何不变参考点；
39.根据所述几何不变参考点，确定第一重至第五重基准图形所在位置。
40.作为一种实施方式，还包括：在所述已嵌入水印信息的图像搜索同步码， 并根据同步码确定位于图像中央的第五重基准图形的中心。
41.作为一种实施方式，所述根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，从已 嵌入水印信息的图像中提取出已嵌入的水印信息，包括：
42.根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，确定已嵌入水印信息的水印嵌 入块；
43.从所述水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
44.作为一种实施方式，所述从所述水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息中， 包括：
45.确定提取所述水印信息的嵌入通道；
46.将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
47.从目标域的水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
48.本技术还提供一种电子设备，包括：
49.处理器；以及
50.存储器，用于存储向图像中嵌入水印的方法的程序，该设备通电并通过所 述处理器运行该向图像中嵌入水印的方法的程序后，执行下述步骤：
51.获得作为载体的图像和待嵌入的水印信息；
52.在所述图像中设置具有预定形状的基准图形；
53.根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上，确定水印嵌入基准点；
54.根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像。
55.与现有技术相比，本技术具有以下优点：
56.本技术公开了一种向图像中嵌入水印的方法，包括：获得作为载体的图像 和待嵌入的水印信息；在所述图像中设置具有预定形状的基准图形；根据预设 的规则在所述基准图形所确定的区域上，确定水印嵌入基准点；根据所述水印 嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像。本技术采用在图像中设置 具有预定形状的基准图形；并根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上， 确定水印嵌入基准点，以解决现有方案存在嵌入水印时鲁棒性较差的问题。
附图说明
57.图1a是本技术提供的一种场景实施例的示意图。
58.图1是本技术第一实施例提供的一种向图像中嵌入水印的方法的流程图。
59.图2是本技术第一实施例提供的一种在图像中设置基准图像的示意图。
60.图3是本技术第一实施例提供的一种确定水印嵌入基准点的具体方法的示 意图。
61.图4是本技术第一实施例提供的一种将待嵌入的水印信息嵌入到所述水印 嵌入块中的流程图。
62.图5是本技术第一实施例提供的一种水印在dct系数中嵌入位置的示意图。
63.图6是本技术第二实施例提供的一种从图像中提取水印的方法的流程图。
64.图7是本技术第一实施例提供的一种确定图像的顶点的示意图。
具体实施方式
65.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明 能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背 本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
66.为了更清楚地展示本技术，先对本技术第一实施例提供的向图像中嵌入水 印的方法的应用场景进行简单介绍。
67.本技术第一实施例提供的向图像中嵌入水印的方法可以应用于客户端与服 务端交互的场景，如图1a，在需要将待嵌入的水印信息嵌入到载体图像中时， 通常是由客户端首先与服务端建立连接，连接之后客户端发送载体图像和待嵌 入信息到服务端，服务端接收到载体图像和待嵌入的水印信息之后，针对载体 图像进行如下处理：首先，信息获得单元101，获得作为载体的图像和待嵌入的 水印信息；然后，基准图像设置单元102，在所述图像中设置具有预定形状的基 准图形；接着，水印嵌入基准点确定单元103，根据预设的规则在所述基准图形 所确定的线条上，确定水印嵌入基准点；接着，水印嵌入单元104，根据所述水 印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像。之后，服务端将嵌入水 印的图像提供给客户端，客户端接收嵌入水印的图像。
68.本技术第一实施例提供一种向图像中嵌入水印的方法，以下结合图1-图5 进行介绍。
69.步骤s101，获得作为载体的图像和待嵌入的水印信息。
70.所述作为载体的图像，指准备嵌入待嵌入的水印信息的载体图像。其中， 载体图像可以为动态图像或静态图像，例如，该图像可以为gif(graphicsinterchange format)格式的动态图像，或者，也可以是jpeg(joint photographicexperts group)格式的静态图像。例如，当某个图像的版权所有者需要将内容分 发给多个合作方时，需要嵌入不同的水印，以便当出现盗版时，追溯是从哪个 合作方流出的，这个图像即为一个载体对象。另外，载体图像也可以为载体视 频中的图像帧，载体视频可以为实体视频文件，例如，载体视频是在远程服务 器中存储的、供本地下载播放的视频文件；也可以为流媒体(streaming media) 形式，例如，载体视频为在线视频点播平台或者在线直播平台提供的、可以直 接进行流式传播的视频流；此外，该载体视频可以是ar、vr等形式的视频， 或者是立体视频，当然，随着技术的不断进步，载体视频也可以是与视频相关 的、其它格式、其他形式的视频，此处不做特殊限定。当载体图像为载体视频 中的图像帧时，需要先将载体视频解码为图像帧序列，每个图像帧就是一个载 体图像。
71.所述待嵌入的水印信息，指在作为载体的图像中加入的额外信息。所述待 嵌入的水印信息可以为数字水印，也可以为其他种类的隐藏信息。在作为载体 的图像中加入合适的水印信息，可以防止数据的泄露，保护数据的安全，例如， 在载体图像中加入版权信息作为水印，可以防止盗版；也可以在直播视频中嵌 入的主播的标识信息，在直播视频涉嫌违法时，可以快速定位主播id。
72.步骤s102，在所述图像中设置具有预定形状的基准图形。
73.所述基准图形，是指为确定嵌入水印的位置而设置的作为定位基准的图形； 可以根据需要采用各种形状的基准图形，包括，圆形，同心圆；也可以包括正 方形，长方形，平行四边形，三角形等等。
74.在本实施例中，所述预定形状的基准图形，包括：圆形或同心圆。所述预 定形状的基准图形也可以为正方形、长方形，或椭圆形等。
75.所述基准图形可以设置一个或者多个，为了更好的对抗对图形的各种变形 处理，可以在图像的多个特定位置分别设置特定的图形；在本实施例中，所述 在所述图像中设置具有预定形状的基准图形，包括：
76.将所述图像分为四个面积相等的矩形区域，
77.在每个矩形区域中，分别嵌入以矩形区域对称中心位置为圆心的预定标准 的基准同心圆作为第一至第四重基准图形；
78.以所述图像的对称中心为圆心，嵌入所述基准同心圆作为第五重基准图形。
79.如图2所示，作为载体的图像为视频帧，把视频帧按面积等分为四个矩形 区域，在每个矩形区域中，分别嵌入以的中点为圆心的基准同心圆、以的 中点为圆心的基准同心圆、以的中点为圆心的基准同心圆、以的中点为圆 心的基准同心圆，作为第一至第四重基准图形。以视频帧的对称中心o为圆心， 嵌入基准同心圆作为第五重基准图形。
80.为了在遭受插入攻击时增加水印存活率，并利用投票的方式来提高最终水 印提取正确率，实现抵抗插入攻击，本实施例采用上述在作为载体的图像中嵌 入多重水印的方法；对于第一重至第五重基准图形，在位置对应的水印嵌入基 准点中插入相同的或不同的水印信息，以实现信息冗余与相互核对。其中，在 位置对应的水印嵌入基准点中插入相同的水印信息能够增加水印的鲁棒性，在 位置对应的水印嵌入基准点中插入不同的水印信息可以增加嵌入的比特数。
81.步骤s103，根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上，确定水印嵌 入基准点。
82.所述基准图形所确定的区域，包括基准图形上的线条，尤其是基准图形的 轮廓线，也可以是中线，或者其他特殊的线条。
83.所述基准图形所确定的线条，是指能够由基准图形本身确定的特殊线条， 例如，可以包括：圆形的边界线，或者同心圆中每个圆形的边界线，也可以是 圆形或同心圆的直径线。
84.如图3所示，作为载体的图像为某个视频中截取的视频帧，o为图像的中 心点，a为视频帧的一个顶点，的中点为点o
′
，以o
′
为圆心的圆形或同心圆 可以作为预定形状的基准图形，以o
′
为圆心的圆形或同心圆的边界线可以作为基 准图形所确定的区域。
85.所述根据预设的规则在所述基准图形所确定的区域上，确定水印嵌入基准 点，包括：在所述基准同心圆上选择符合预设规则的离散点作为所述水印嵌入 基准点。
86.在所述基准同心圆上选择符合预设规则的离散点作为所述水印嵌入基准点， 可以指在基准同心圆上选择符合某个混沌伪随机序列确定的离散点作为所述水 印嵌入基准点。
87.所述水印嵌入基准点的坐标可以采用以基准同心圆的圆心为原点的极坐标 表达。
88.所述水印嵌入基准点的极径和极角均采用预设的映射方式生成的混沌伪随 机序列确定。其中，所述预设的映射方式包括：logistic映射、伪随机映射，其 也可以是其他映射方式。
89.logistic映射，又称为单峰映像，是一种一维映射。当映射参数设定在某一 范围并多次映射后系统处于混沌状态，该状态可用于生成混沌伪随机序列。
90.需要说明的是，当预定形状的基准图形为长方形时，可以构建长方形外切 圆，原极径极角交外切圆也必然交内切长方形，与长方形交点作为水印嵌入基 准点。
91.下面结合图3介绍确定水印嵌入基准点的极径和极角的具体方法。水印嵌 入基准点的极径和极角第一至第四重基准图形确定的水印嵌入基准点的计算方 式相同，因此以第1重水印为例。第1重水印的具体空间嵌入位置即水印嵌入 基准点如图3所示。点o与点a之间的距离为参考距离，的中点为点o
′
，即 水印嵌入基准点所在的同心圆的圆心。水印嵌入基准点为同心圆圆弧上的离散 点，这些水印嵌入基准点的坐标由极径和极角确定。本技术中极径和极角均采 用logistic映射生成的混沌伪随机序列来确定，混沌序列具有初始值敏感的特性， 因此可将初始值作为密钥，提供给水印提取方，以便其进行水印提取。总共在k 个同心圆的圆弧上嵌入水印，最外层同心圆的半径为r
max
，r
max
决定了水印嵌入 基准点的边界：
[0092][0093]
其中α是圆的圆心与视频帧中心点连线和水平线之间的夹角。第i 个同心圆的半径ri和极角θj为：
[0094][0095][0096]
其中k＝r
max
/l
ref
(本实施例中采用k＝0.2)，s(i)∈(0,n],1≤i≤k为长度为 k的混沌序列。极角θj是圆心与水印嵌入基准点x的连线和水平线之间 的夹角，通过嵌入圆的极坐标(ri,θj)即可确定水印嵌入基准点在视频帧中的空间 位置坐标。
[0097]
第5重水印可以为抵抗剪切攻击而设计，因此第5重水印嵌入位置与第1～4 重略有差异，其几何不变参考点不能设为顶点，而仅将中心点o作为其几何不 变参考点。第5重水印中k个圆的最大半径为固定值(本实施例中r
max
＝50)， 且α也设为固定值0；第5重水印参数具体如下：
[0098]rmax
＝constant；
[0099][0100][0101]
步骤s104，根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图 像。
[0102]
所述根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像，包 括：
[0103]
根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，确定所述图像中用于嵌入所述 水印信息的图像子区域作为水印嵌入块；
[0104]
将待嵌入的所述水印信息嵌入到所述水印嵌入块中，获得嵌入水印的图像。
[0105]
用于嵌入所述水印信息的图像子区域可以指将所述各水印嵌入基准点作为 顶点延伸为预设尺寸的图像子区域。其中，图像子区域可以为4x4、8x8、16x16、 64x64等标准的正方形区域，也可以是4x8、8x4、16x8、8x16等大小的长方形 的图像子区域；甚至也可以采用其他具有特定的形状的图像子区域。具体实施 时，可以将水印嵌入基准点作为顶点向下向右延伸、或者向上向左延伸，此处 不对具体的延伸方向进行限制。
[0106]
作为一种实施方式，在所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到所述水印嵌入 块中的步骤之前，对所提供的待嵌入的水印信息以预设的编码方式编码，将编 码后的水印信息作为该步骤中实际嵌入到所述水印嵌入块的信息。
[0107]
例如，待嵌入的水印信息为36bit的二进制信息，可以对待嵌入的水印信息 进行bch编码(bose
–
chaudhuri
–
hocquenghem codes，一类最重要的循环码,能 纠正多个随机错误)，编码生成63bit bch码字，将编码生成的63bit bch码字 作为实际嵌入到所述水印嵌入块的信息。
[0108]
所述将待嵌入的所述水印信息嵌入到所述水印嵌入块中，包括：
[0109]
确定嵌入所述水印信息的嵌入通道；
[0110]
将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
[0111]
将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌入块中，获得嵌入水印信 息的目标域水印嵌入块；
[0112]
将所述目标域嵌水印嵌入块逆变换到原域的图像原位置中，获得所述嵌入 水印的图像。
[0113]
请参见图4，其为本技术的第一实施例提供的将待嵌入的水印信息嵌入到所 述水印嵌入块中的流程图，具体包括步骤s401至s404。
[0114]
步骤s401，确定嵌入所述水印信息的嵌入通道。
[0115]
所述确定嵌入所述水印信息的嵌入通道，包括：
[0116]
将所述作为载体的图像转换为亮度通道和两个色度通道；
[0117]
从所述亮度通道和两个色度通道选取至少一个通道作为嵌入通道。
[0118]
将作为载体的图像转换为亮度通道和两个色度通道，指将作为载体的图像 转换为y、u、v三通道，y为亮度通道，u、v通道为两个色度通道。
[0119]
需要说明的是，由于视频压缩过程中y通道压缩率比u通道更大，且人类 视觉系统(hvs，)对u通道的颜色敏感度更低。因此为了获得更好的视觉质量， 最好选择u通道作为嵌入通道。
[0120]
步骤s402，将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印 嵌入块从原域变换到目标域。
[0121]
原域可以指空间域，目标域可以指频域。当然，也不排除其他的域变换方 案。
[0122]
例如，可以通过离散傅里叶变换将水印嵌入块从空间域变换到频域；或者 通过dct(discrete cosine transform，离散余弦变换)变换将水印嵌入块从空间 域变换到频域，得到频域实信号。在图像、视频、音频压缩编解码中通常采用 dct作为其基本模块，现有数字水印方案中dct域也是常见的水印嵌入域。
[0123]
步骤s403，将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌入块中，获得 嵌入水
印信息的目标域水印嵌入块。
[0124]
所述将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌入块中，包括：
[0125]
采用奇偶量化法，将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的高频分量中。
[0126]
奇偶量化法是一种水印嵌入方式，该方法将数值区间划分为奇区间和偶区 间，量化时需根据嵌入水印比特，将待量化的数值映射到离该数值最近的奇区 间或者偶区间中；提取时只需要判断该数值的奇偶性即可实现水印的提取。
[0127]
为了抵抗非对称剪切和缩放攻击，作为一种实施方式，本技术第一实施例 还可以包括：在与图像中心点具有预定的相对位置的区域，以嵌入水印信息相 同的方式嵌入同步码；同步码的作用是解码时确定原始图像的图像中心点，避 免图像经过变形后无法确定图像中心点；所述变形包括缩放、剪切、旋转等几 何变换。
[0128]
步骤s404，将所述目标域嵌水印嵌入块逆变换到原域的图像原位置中，获 得所述嵌入水印的图像。
[0129]
下面具体介绍采用奇偶量化法，将待嵌入的水印信息嵌入到水印嵌入块中 的过程。
[0130]
由于视频压缩过程中y通道压缩率比u通道更大，且人类视觉系统(hvs) 对u通道的颜色敏感度更低，因此为获得更好的视觉质量，将水印嵌入基准点 在视频帧中的空间位置坐标转换到u通道的dct域中。
[0131]
在u通道中，以水印嵌入基准点x为顶点，向右下方延伸为4
×
4图像子区 域。对图像子区域进行dct变换，大小为m
×
n(这里为4
×
4)图像子区域x 的dct变换如下：
[0132][0133]
其中：
[0134][0135]
dct变换后，现有方法一般都是在变换后得到的y的交流分量的中频分量 嵌入水印，而高频分量嵌入水印一般认为会因视频压缩量化导致被一定程度的 破坏。而本技术则可以在高频分量(最右下角)，即图5中的(3,3)位置嵌入水印， 也可以嵌入到图5中的31、22、13、32、23、33等高频系数的位置。采用较大 量化步长的奇偶量化法把水印嵌入视频帧中。因量化步长较大，重压缩的量化 过程对高频分量的改变量小于量化步长时水印可正确提取，因此抗重压缩能力 强。此外，因为在高频分量上嵌入水印，水印的不可感知性较好。
[0136]
将每个水印嵌入基准点对应的图像子区域，采用奇偶量化方法改变原始u 通道dct系数高频分量的值来嵌入水印。原始视频帧dct系数高频分量的值 为f(i,j)，嵌入水印后高频分量的值为fw(i,j)。由于dct系数存在负数，且高频 分量大多数值较小，采用改进后的奇偶量化方法嵌入水印，dct域高频奇偶量 化方法如下。
[0137]
当dct域高频分量数值较大时，量化方法与常规奇偶量化一致，即|f|》δ时 量化方法如下：
[0138]
当水印比特与的奇偶性相同时：
[0139][0140]
当水印比特与的奇偶性相异时：
[0141][0142]
当dct域高频分量数值较小时，即|f|≤δ时，需采用改进的量化方法，具 体如下：
[0143]
当水印比特与的奇偶性相同时：
[0144][0145]
当水印比特与的奇偶性相异时：
[0146][0147]
其中，|.|表示取绝对值，表示取下整数，δ为表示量化步长。多次实验结 果表明，量化步长δ对水印提取正确率有较大影响，若压缩前后嵌入水印的高频 分量值变化范围较小，即水印可完整提取出来。经实 验测试δ＝220时具有较好的视觉质量，且保持较高水印提取正确率。
[0148]
嵌入水印后，将修改后的视频帧图像子区域dct系数进行逆离散余弦变换 (idct)，以获得含水印视频帧，并将含水印视频帧采用h.264有损压缩标准(或 者h.265、mpeg4、avs等标准)编码为含水印视频，逆离散余弦变换方法如下：
[0149][0150]
其中：i＝0,1,2,
…
,m-1，j＝0,1,2,
…
,n-1。
[0151]
为实现非对称剪切、缩放攻击下水印的同步，还需要生成同步码。同步码 采用logistic映射生成，映射方法如下：
[0152]
x
n+1
＝λxn(1-xn)，λ∈[0，4]，xn∈[0，1]
[0153]
当λ∈[λ
∞
,4]，λ
∞
＝3.569946572
…
时logistic映射呈现混沌状态。对初值 x0生成的序列进行多次映射即可获得一个值在[0,1]范围内的伪随机序列，记同步 码为(ai,1≤i≤16)，则ai获取方法如下：
[0154][0155]
其中，xi由前面的logistic映射方法得到。
[0156]
生成16位随机同步码后，在视频帧中心点向右向下延伸为个共16个图像 子区域中，用嵌入水印相同的方式将同步码嵌入16个图像子区域的u通道dct 域高频分量中。经实验测试同步码量化步长δa＝330时具有较好的视觉质量，同 步码定位正确率较高。
[0157]
需要说明的是，如果需要对视频文件嵌入水印，则首先将视频解码为视频 帧序列，针对每一视频帧采用上述向图像中嵌入水印的方法嵌入水印。
[0158]
至此，完成了对本技术第一实施例的介绍，本技术第一实施例，通过以下 几个关键技术方案克服现有视频水印方案难以同时抵抗高强度重压缩攻击、几 何攻击、插入攻击、时间同步攻击组成的组合攻击且保持较低视觉失真的缺点：
[0159]
(1)抵抗时间同步攻击：将视频解码为视频帧序列，每个视频帧都嵌入完整 水印，即使丢帧或者插帧攻击下无法获取所有视频帧也能提取完整水印信息， 因此可抵抗时间同步攻击。
[0160]
(2)保持较低视觉失真：根据视频压缩过程中y通道压缩率比u通道更大和 人类视觉系统(hvs)对u通道的颜色敏感度更低的特点在u通道嵌入水印，且 在离散余弦变换(dct)域的高频分量上嵌入水印可保持较低视觉失真。
[0161]
(3)抵抗高强度重压缩攻击：结合视频编解码的基本模块离散余弦变换 (dct)，在dct域嵌入水印可抗压缩攻击；且在dct域高频分量嵌入水印引 入的视觉失真较小，因此在量化步长较大的情况下可以抵抗高强度重压缩攻击， 并同时保持较低视觉失真。
[0162]
(4)抵抗插入攻击：每个视频帧的u通道上都在由极坐标和logistic映射确 定的同心圆位置上嵌入5重相同水印，引入的冗余水印可在遭受插入攻击时增 加水印存活率，并利用投票的方式来提高最终水印提取正确率，实现抵抗插入 攻击。
[0163]
(5)抵抗几何攻击：利用logistic映射确定随机同步码，在遭受对称/非对称 剪切和缩放的几何攻击时，结合同步码校验机制在视频帧中心范围搜索同步码 确定视频帧的中心点，对第5重水印同步并提取水印，实现抵抗对称/非对称剪 切和缩放几何攻击。
[0164]
与本技术第一实施例提供的向图像中嵌入水印的方法相对应，本技术第二 实施例提供一种从图像中提取水印的方法。以下结合图6、图7进行介绍。
[0165]
步骤601，获得已嵌入水印信息的图像。
[0166]
步骤602，从所述图像中确定具有预定形状的基准图形。
[0167]
所述预定形状的基准图形，包括：圆形或同心圆；当然，如前所述，也可 以采用其他形式的基准图形。
[0168]
所述从所述图像中确定具有预定形状的基准图形的步骤之前，可以执行如 下步骤：
[0169]
在所述图像中，确定第一重到第五重基准图形的几何不变参考点；
[0170]
根据所述几何不变参考点，确定第一重至第五重基准图形所在位置。
[0171]
由于第5重水印的几何不变参考点为图像的中心点，但由于非对称剪切会 导致中心点发生偏移。同时第5重水印的最大半径为固定值，因此缩放攻击会 导致提取水印时嵌入的同心圆半径计算错误，导致水印提取失败，因此第5重 水印的提取依赖于同步码的定位。
[0172]
作为一种实施方式，本技术第一实施例还可以包括：在所述已嵌入水印信 息的图像搜索同步码，并根据同步码确定位于图像中央的第五重基准图形的中 心。
[0173]
步骤603，根据预设的规则，在所述基准图形所确定的区域上，确定水印提 取基准点。
[0174]
所述基准图形所确定的区域，包括：圆形的边界线，或者同心圆中每个圆 形的边界线。
[0175]
所述水印提取基准点，可以指在基准图形上符合预设规则的离散点。
[0176]
步骤604，根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，从已嵌入水印信息的 图像中提取出已嵌入的水印信息。
[0177]
所述根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，从已嵌入水印信息的图像 中提取出已嵌入的水印信息，包括：
[0178]
根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，确定已嵌入水印信息的水印嵌 入块；
[0179]
从所述水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
[0180]
水印嵌入块，可以指将各水印提取基准点作为顶点延伸为预设尺寸的图像 子区域。其中，图像子区域可以为4x4、8x8、16x16、64x64等大小的图像子区 域。具体实施时，水印嵌入块是可以是以水印提取基准点作为顶点向下向右延 伸、或者向上向左延伸的图像子区域，此处不对具体的延伸方向进行限制。
[0181]
作为一种实施方式，从水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息时，对于从 第一重到第五重基准图形中，由于位置对应的水印嵌入基准点嵌入了相同的水 印信息，则提取时，对于位置对应的水印嵌入基准点提取的水印信息，可以采 用针对多重嵌入的提取机制，确定正确的水印信息。具体而言，由于在提取水 印时，被嵌入水印信息的图像往往已经经过破坏，在对应的水印嵌入基准点中 嵌入的相同信息在提取时很可能不同；因此，可以利用多重嵌入的特点，采用 针对多重嵌入的提取机制，确定正确的水印信息。例如，位置对应的水印嵌入 基准点中嵌入的是相同的水印信息，则可以采用投票机制确定正确的水印信息， 即将位置对应的水印嵌入基准点提取的水印信息相互之间进行比较，若多数基 准点的水印信息为a，则这些位置对应的水印嵌入基准点中嵌入的水印信息即 为该水印信息a。除了上述投票机制之外，也可以通过其他机制实现校验，以 获得正确的水印信息；例如，采用根据基准点位置加权的办法来确定正确的水 印信息，这种方法可以反映出某些基准点的水印信息更为可靠的客观情况。此 外，还可以采用如相加、加权相加等方法；这些方法将相加后的获得的信息作 为正确的水印信息，其原理是，在水印信息存在受到破坏的可能性的情况下， 通过不同位置的相加，能够产生不同方向的破坏相互抵消的后果，相加结果更 可能为正确的水印信息。
[0182]
所述从所述水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息中，包括：
[0183]
确定提取所述水印信息的嵌入通道；
[0184]
将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
[0185]
从目标域的水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
[0186]
所述从目标域的水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息，包括：
[0187]
采用奇偶量化法，从目标域的水印嵌入块中的高频分量中提取出已嵌入的 水印信息。
[0188]
下面结合图7介绍从图像中提取水印的具体过程。
[0189]
在提取水印时，确定需要找到视频帧嵌入水印时的几何不变参考点，根据 几何不变参考点，再确定第一重至第五重基准图形所在位置，因此首先确定视 频帧的顶点和中心点。
[0190]
首先，需要找到视频帧的4个顶点和中心点，为了能在顶点旋转出界以及 有其它黑色边界情况下正确搜索到顶点，采用直线计算交点的方式进行几何不 变参考点的定位。
搜索流程如图7所示，首先最下方从左往右搜索第一个不为 零的点p1，并从右往左搜索第一个不为零的p2，如果p1与p2的距离较小，则 可认为p1是第1重水印的顶点。若未搜索到不为零的点，则减小y坐标继续重 复搜索找到不为零的点为止。以此类推，找到其它边不为零的p3,p4,p5,p6,p7,p8。 同理若p3与p4距离较小，则可认为p3是第2重水印的顶点；若p5与p6距离 较小，则可认为p5是第3重水印的顶点；若p7与p8距离较小，则可认为p7 是第2重水印的顶点；当这几个非零点存在距离较大时，则通过计算直线交点 确定这四个顶点。具体而言，p1、p8所在直线与p2、p3所在直线的交点确定， p2、p3所在直线与p4、p5所在直线的交点确定；p4、p5所在直线与p6、p7 所在直线的交点确定；p6、p7所在直线与p1、p8所在直线的交点确定。视频 帧中心点由顶点计算中点获得。
[0191]
找到顶点和中心点后可按照嵌入水印时的方案计算得到第1～4重水印提取 基准点空间坐标，并延伸为图像子区域后进行dct变换，最后对dct域高频 分量按改进的奇偶量化法提取即可。具体而言，即和向图像中嵌入水印的方法 一样，可计算出参考长度，再用密钥(假设密钥为混沌伪随机序列的初始值) 生成伪随机序列，进而得到水印提取基准点的坐标。这样，就成功地实现了1～4 重水印的同步，最后对水印提取位置采用基于dct域高频奇偶量化法提取即可。
[0192]
第5重水印的参考点为视频帧的中心点，但由于非对称剪切会导致中心点 发生偏移。同时第5重水印的最大半径为固定值，因此缩放攻击会导致提取水 印时嵌入的同心圆半径计算错误，水印提取失败，故第5重水印的提取依赖于 同步码的定位。在视频帧中心点附近一定范围内对16个图像子区域进行dct 域高频分量搜索匹配，完成同步码的定位。但为了抵抗重压缩攻击，同步码嵌 入时量化步长较大，在中心点附近会出现与同步码内容相同的重复图像子区域， 因此需要加入校验机制。该校验机制为多次实验发现的规律，同步码位置即原 始载体视频帧中心点对应的16个图像子区域，横坐标和纵坐标分别偏移1个像 素或者同时偏移1个像素时，对应的该16个图像子区域提取的信息与同步码相 同。因此当搜索匹配到16个图像子区域提取信息与同步码相同时，再分别对该 位置的左上、左下、右上、右下偏移一个像素的四个点位置所对应的16个图像 子区域进行信息提取，若也和同步码相同，则该位置为同步码位置。确定了同 步码位置，即可确定原始图像的中心点，得到第5重水印的几何不变参考点， 实现非对称剪切下的第5重水印的同步和提取。若存在缩放，则同步码搜索失 败，此时遍历缩放比例，将同步码嵌入点位置乘以缩放比例后再结合校验机制 进行搜索匹配，直到匹配成功。匹配成功时的缩放比例即第5重水印最大半径 的缩放比例，因此乘以该缩放比例后再按前面计算第5重水印嵌入基准点位置 的方法即可确定水印提取基准点位置，并根据提取第5重水印。
[0193]
在获取水印提取基准点位置后，对该位置对应的4x4图像子区域的dct域 高频分量按照奇偶量化法提取水印。因高频分量含负数，故对奇偶量化法的提 取过程做以下改进：
[0194][0195]
其中f
′w代表受到攻击以后视频帧u通道dct域高频分量的数值，w代表该 图像子区域提取的水印比特，|.|表示取绝对值。上述提取到的水印比特为未译 码的水印比特即
水印码字，需经过bch译码得到最终的水印比特。具体的，需 要分别对提取的第1～4重投票后的水印码字及第5重水印码字进行译码。译码 可纠正5bit以内的码字错误，因此码字错误在5bit以内即可译码成功，如大于 5bit则译码失败。如第1～4重投票后的水印码字及第5重水印码字中任一码字译 码成功则保存该水印作为提取结果；如两种方式提取的码字都译码失败则整帧 水印提取失败。
[0196]
与本技术第一实施例提供的向图像中嵌入水印的方法相对应的，本技术第 三实施例提供一种向图像中嵌入水印的装置。
[0197]
所述向图像中嵌入水印的装置，包括：
[0198]
信息获得单元，用于获得作为载体的图像和待嵌入的水印信息；
[0199]
基准图像设置单元，用于在所述图像中设置具有预定形状的基准图形；
[0200]
水印嵌入基准点确定单元，用于根据预设的规则在所述基准图形所确定的 区域上，确定水印嵌入基准点；
[0201]
水印嵌入单元，用于根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入 水印的图像。
[0202]
作为一种实施方式，所述预定形状的基准图形，包括：圆形或同心圆；所 述基准图形所确定的区域，包括：圆形的边界线，或者同心圆中每个圆形的边 界线。
[0203]
作为一种实施方式，所述基准图像设置单元具体用于：
[0204]
将所述图像分为四个面积相等的矩形区域，
[0205]
在每个矩形区域中，分别嵌入以矩形区域对称中心位置为圆心的预定标准 的基准同心圆作为第一至第四重基准图形；
[0206]
以所述图像的对称中心为圆心，嵌入所述基准同心圆作为第五重基准图形。
[0207]
作为一种实施方式，所述水印嵌入基准点确定单元具体用于：在所述基准 同心圆上选择符合预设规则的离散点作为所述水印嵌入基准点。
[0208]
作为一种实施方式，所述水印嵌入基准点的坐标采用以基准同心圆的圆心 为原点的极坐标表达。
[0209]
作为一种实施方式，所述水印嵌入基准点的极径和极角均采用预设的映射 方式生成的混沌伪随机序列确定，初始点坐标值作为安全密钥。
[0210]
作为一种实施方式，对于第一重至第五重基准图形，在位置对应的水印嵌 入基准点中插入相同的或不同的水印信息。
[0211]
所述水印嵌入单元，具体用于：
[0212]
根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，确定所述图像中用于嵌入所述 水印信息的图像子区域作为水印嵌入块；
[0213]
将待嵌入的所述水印信息嵌入到所述水印嵌入块中，获得嵌入水印的图像。
[0214]
作为一种实施方式，所述水印嵌入单元具体用于：
[0215]
确定嵌入所述水印信息的嵌入通道；
[0216]
将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
[0217]
将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的水印嵌入块中，获得嵌入水印信 息的目标域水印嵌入块；
[0218]
将所述目标域嵌水印嵌入块逆变换到原域的图像原位置中，获得所述嵌入 水印的图像。
[0219]
作为一种实施方式，所述水印嵌入单元具体用于：
[0220]
采用奇偶量化法，将所述待嵌入的水印信息嵌入到目标域的高频分量中。
[0221]
作为一种实施方式，在与图像中心点具有预定的相对位置的区域，以嵌入 水印信息相同的方式嵌入同步码。
[0222]
作为一种实施方式，所述装置还包括：
[0223]
编码单元，用于在水印嵌入单元工作之前，对所提供的待嵌入的水印信息 以预设的编码方式编码，将编码后的水印信息作为该步骤中实际嵌入到所述水 印嵌入块的信息。
[0224]
需要说明的是，对于本技术第三实施例提供的装置的详细描述可以参考对 本技术第一实施例的相关描述，这里不再赘述。
[0225]
与本技术第一实施例提供的向图像中嵌入水印的方法相对应的，本技术第 四实施例提供一种电子设备，包括：
[0226]
处理器；以及
[0227]
存储器，用于存储向图像中嵌入水印的方法的程序，该设备通电并通过所 述处理器运行该向图像中嵌入水印的方法的程序后，执行下述步骤：
[0228]
获得作为载体的图像和待嵌入的水印信息；
[0229]
在所述图像中设置具有预定形状的基准图形；
[0230]
根据预设的规则在所述基准图形所确定的线条上，确定水印嵌入基准点；
[0231]
根据所述水印嵌入基准点的空间位置坐标，生成嵌入水印的图像。
[0232]
需要说明的是，对于本技术第四实施例提供的电子设备的详细描述可以参 考对本技术第一实施例的相关描述，这里不再赘述。
[0233]
与本技术第二实施例提供的从图像中提取水印的方法相对应的，本技术第 五实施例提供一种从图像中提取水印的装置。
[0234]
所述从图像中提取水印的装置，包括：
[0235]
图像获得单元，用于获得已嵌入水印信息的图像；
[0236]
基准图形确定单元，用于从所述图像中确定具有预定形状的基准图形；
[0237]
水印提取基准点确定单元，用于根据预设的规则，在所述基准图形所确定 的区域上，确定水印提取基准点；
[0238]
水印提取单元，用于根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，从已嵌入 水印信息的图像中提取出已嵌入的水印信息。。
[0239]
作为一种实施方式，所述预定形状的基准图形，包括：圆形或同心圆；所 述基准图形所确定的区域，包括：圆形的边界线，或者同心圆中每个圆形的边 界线。
[0240]
作为一种实施方式，所述装置还包括：基准图形位置确定单元，用于所述 基准图形确定单元工作之前，在所述图像中，确定第一重到第五重基准图形的 几何不变参考点；根据所述几何不变参考点，确定第一重至第五重基准图形所 在位置。
[0241]
作为一种实施方式，所述装置还包括：同步码获得单元，用于在所述已嵌 入水印信息的图像搜索同步码，并根据同步码确定位于图像中央的第五重基准 图形的中心。
[0242]
作为一种实施方式，对于从第一重到第五重基准图形中，对于位置对应的 水印嵌
入基准点提取的水印信息，采用投票机制确定正确的水印信息。
[0243]
作为一种实施方式，所述水印提取单元，具体用于：
[0244]
根据所述水印提取基准点的空间位置坐标，确定已嵌入水印信息的水印嵌 入块；
[0245]
从所述水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
[0246]
作为一种实施方式，所述水印提取单元，具体用于：
[0247]
确定提取所述水印信息的嵌入通道；
[0248]
将所述嵌入通道中对所述水印嵌入块进行域变换，将所述水印嵌入块从原 域变换到目标域；
[0249]
从目标域的水印嵌入块中提取出已嵌入的水印信息。
[0250]
作为一种实施方式，所述水印提取单元，具体用于：
[0251]
采用奇偶量化法，从目标域的水印嵌入块中的高频分量中提取出已嵌入的 水印信息。
[0252]
需要说明的是，对于本技术第五实施例提供的装置的详细描述可以参考对 本技术第二实施例的相关描述，这里不再赘述。
[0253]
本技术虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本技术，任何本 领域技术人员在不脱离本技术的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改， 因此本技术的保护范围应当以本技术权利要求所界定的范围为准。
[0254]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出 接口、网络接口和内存。
[0255]
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。 内存是计算机可读介质的示例。
[0256]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任 何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序 的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、 静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随 机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器 (eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数 字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁 性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。 按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
[0257]
本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程 序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和 硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算 机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、 光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。