水印嵌入与提取方法、装置及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多媒体信息安全领域，具体而言，尤其涉及一种基于形状的水印嵌入与提取方法、装置及其系统。
【背景技术】
[0002]目前,数字水印技术(Digital Watermarking)逐渐开始被用于数字载体信息的版权保护，除此之外，还被用于原始数据的真伪鉴别、数据侦测与版权跟踪等。它是利用人类的听觉、视觉系统的特点，在图像、音频、视频等数字载体中加入一标识信息(即数字水印)，使人们很难分辨出加水印后的数字作品与原始数字作品的区别，而通过专门的检测方法又能提取出所加信息，通过这些隐藏在载体中的标识信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。
[0003]数字水印技术通过将数字、序列号、文字、图像标志等标识信息嵌入到数字载体中，在嵌入过程中对载体进行尽量小的修改，以达到最强的鲁棒性，当嵌入水印后的数字载体受到攻击后，仍然可以恢复水印或者检测出水印的存在。
[0004]传统的水印技术多是向载体中嵌入比特位，即嵌入“O”或“1”，很多数字水印的最终表达形式就是一维比特流。例如，当嵌入的内容为序列号的时候，这些序列号被转换成比特流；当嵌入的内容为文字或图像标识的时候，首先将文字或图像标识制作成一幅二值图像，然后将二值图像转换成比特流。这种基于比特位的嵌入方法存在以下两点不足:
[0005]I)存在水印的冗余性嵌入。
[0006]大多的水印信息都是以二值图像的形式表达处理，即将水印信息绘制到一幅二值图像中。一般情况下，一幅二值水印图像中，作为前景水印信息所占的像素个数很少，而背景的像素个数较多，例如带有一个logo的二值水印图像，logo图案本身的像素个数并不多，而背景点像素个数占绝大比例。水印嵌入时，真正想嵌入的是水印信息，即一个logo图案或一些标识性文字，而在基于比特位的嵌入方法中，很多背景像素点作为二值水印图像的比特位被嵌入到多媒体载体中，这些背景像素点的嵌入就是一种冗余性嵌入。水印信息的冗余性嵌入最直接的影响就是给原始多媒体载体造成较多的修改，影响原始多媒体载体的质量，同时嵌入冗余影响了水印信息的嵌入容量，因为每嵌入一个水印信息，就要嵌入相当比例的冗余信息。所以说，基于比特位的嵌入方法在嵌入容量方面存在局限性。例如在公开号为CN103295180A、专利名称为“鲁棒性与透明性最佳平衡的数字水印方法”的中国专利文献中，水印是一幅二值图像，其整个数字水印方法存在冗余性嵌入，采用该方法难以在嵌入容量上取得较大突破。
[0007]2)水印的嵌入与提取过程过于依赖位置信息。
[0008]在基于比特位的嵌入方法中，每个比特位一般都是嵌入在一个指定位置，提取水印的时候就需要去这个指定的位置提取。这种在指定位置嵌入和提取水印的方法对旋转、缩放、剪切、偏移等攻击的鲁棒性较弱。水印的嵌入与提取过程过于依赖位置信息不仅影响算法的鲁棒性，而且在嵌入和提取时需要较多的参数信息，增加了整个算法的数据量。若在提取时需要的参数信息太多，会严重影响水印作为版权认证证据的有效性。水印作为版权认证证据的时候，最好是不需要任何参数信息就能直接提取出水印，即水印盲提取。如果在嵌入和提取水印时需要较多的参数信息，则水印的可信度就会被质疑，而在现实应用当中，不能成为有效证据的水印是没有任何意义的。例如在公开号为CN103237209A，专利名称为“一种基于区域DCT系数的H264视频水印方法”的中国专利文献中，水印的嵌入位置信息太多，提取的时候自然需要位置信息，这不仅仅影响算法的鲁棒性更重要的是影响到水印作为证据的有效性。
[0009]由此，在数字水印技术领域中亟待提出一种新的水印嵌入与提取方法。
【发明内容】
[0010]基于此，本发明实施例提供了一种基于形状的水印嵌入与提取方法、装置及其系统。
[0011]为了达到本发明实施例的目的，本发明实施例采用以下技术方案实现:
[0012]一种水印嵌入方法，包括:
[0013]将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，并将所述几何形状基于相应的几何函数生成离散点集；
[0014]从多媒体载体的空间域或变换域中获取用以嵌入所述水印信息的宿主区域；
[0015]依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集嵌入宿主区域。
[0016]优选地，将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，并将所述几何形状基于相应的几何函数生成离散点集的步骤包括:
[0017]将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，其中，每个几何形状对应一具体的几何函数表达；
[0018]将这些几何形状基于相应的几何函数生成离散点集，使得离散点集成为水印信息的基于几何形状的表达；
[0019]以及，依据各个几何形状的相对分布关系获取各个离散点集的分布关系。
[0020]优选地，依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集嵌入宿主区域的步骤包括:
[0021]在宿主区域任意选取一起始嵌入点，并基于该起始嵌入点及离散点集的分布关系获得各个离散点的嵌入位置；
[0022]依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集中的离散点嵌入宿主区域中相应的嵌入位置。
[0023]优选地，在宿主区域中将离散点嵌入相应的嵌入位置即将该嵌入位置置为I。
[0024]优选地，所述宿主区域为一选自多媒体载体空间域或变换域的位平面。
[0025]一种水印嵌入装置，其包括:
[0026]解析模块，用于将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，并将所述几何形状基于相应的几何函数生成离散点集；
[0027]宿主区域生成模块，用于从多媒体载体的空间域或变换域中获取用以嵌入所述水印信息的宿主区域；
[0028]嵌入模块，用于依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集嵌入宿主区域。
[0029]优选地，所述解析模块包括:
[0030]第一解析单元，用于将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，其中，每个几何形状对应一具体的几何函数表达；
[0031]第二解析单元，用于将这些几何形状基于相应的几何函数生成离散点集，使得离散点集成为水印信息的基于几何形状的表达；
[0032]以及，第三解析单元，用于依据各个几何形状的相对分布关系获取各个离散点集的分布关系。
[0033]优选地，所述嵌入模块包括:
[0034]获取单元，用于依据在宿主区域任意选取的一起始嵌入点及离散点集的分布关系获得各个离散点的嵌入位置；
[0035]执行单元，用于依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集中的离散点嵌入宿主区域中相应的嵌入位置。
[0036]优选地，所述执行单元在宿主区域中将嵌入相应离散点的嵌入位置置为I。
[0037]优选地，所述宿主区域为一选自多媒体载体空间域或变换域的位平面。
[0038]一种水印提取方法，其包括:
[0039]从多媒体载体的空间域或变换域中获取已嵌入水印信息的宿主区域；
[0040]对宿主区域进行几何形状检测，以提取水印信息。
[0041]优选地，对宿主区域采用霍夫变换直线检测和霍夫变换圆弧检测进行几何形状检测，以提取水印信息。
[0042]一种水印提取装置，其包括:
[0043]分析模块，用于从多媒体载体的空间域或变换域中获取已嵌入水印信息的宿主区域；
[0044]水印提取模块，用于对宿主区域进行几何形状检测，以提取水印信息。
[0045]优选地，所述提取模块对宿主区域采用霍夫变换直线检测和霍夫变换圆弧检测进行几何形状检测，以提取水印信息。
[0046]一种系统,其包括:
[0047]发送端，用于将二值水印图像中的水印信息解析成由至少一个几何形状组成的集合，并将所述几何形状基于相应的几何函数生成离散点集；进一步用于从多媒体载体的空间域或变换域中获取用以嵌入所述水印信息的宿主区域；以及进一步用于依据相应几何函数关系将与相应几何形状对应的离散点集嵌入宿主区域，之后发送所述多媒体载体至接收端;
[0048]接收端，用于从获取的多媒体载体的空间域或变换域中获取已嵌入水印信息的宿主区域；用于对宿主区域进行几何形状检测，以提取水印信息。
[0049]与现有的水印信息嵌入方法相比，采用本发明，没有引入冗余嵌入，在一定程度上减少了对原始多媒体载体的修改量