专利名称：一种双效数字水印方法
技术领域：
本发明涉及一种双效数字水印方法。
背景技术：
随着信息社会的发展，互联网提供了海量的图像、视频和音频等各种形式的数字 媒体信息数据。互联网在提供方便服务的同时，一些未获得相应媒体认证的用户通过互联 网轻易的获得数字媒体，稍加修改后就给自己使用，如何来维护原创者的版权问题，如何来 定位原的信息是否被篡改，数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字 载体当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉 察或注意到。数字水印按功能可分为版权保护水印和认证水印，前者通过这些隐藏在载体 中的信息，可以达到确认内容创建者保护合法的版权，在发生版权纠纷时，创建者或所有者 的信息用于标示数据的版权所有者，主要为鲁棒水印，用于版权保护的数字水印要求有非 常强的鲁棒性，除了要求能抵抗一般的图像处理(如滤波、加噪声、替换、压缩等)外，还必 须能抵抗一些恶意攻击如剪切和篡改；而后者进行内容完整性认证来判断载体是否被篡 改等目的，即用于多媒体内容真实性鉴定的水印，这种水印同样是在数据内容中嵌入信息， 内容发生改变时，水印信息会发生一定程度的改变，因而能够鉴定原始数据是否被篡改。主 要为脆弱以及半脆弱水印。它要求有比较强的敏感性，又要能将失真情况检测出来。
发明内容
本发明的目的是提供一种双效数字水印方法，其能巧妙地实现一次性嵌入双效水 印，使得实验结果不仅具有很强的鲁棒性并且能准确地定位篡改发生的位置，具有鲁棒性 和脆弱性两种功能。本发明是这样实现的一种双效数字水印方法，其特征在于包括以下步骤
1)将原图像进行8x8分块，
并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；
2)对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的 信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；
3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数 D(a, b)和D(c，d)进行比较，并设置嵌入的系数《，通过人为的调整系数《，水印序列重复 嵌入η次
4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像。本发明实现在一次水印嵌入时有携带两类水印信息，利用嵌入系数之间的定量分 析能提取脆弱水印，并能准确定位篡改的区域；而利用嵌入系数之间的定性分析可以提取 鲁棒水印，在经过基于证据理论的水印证据的融合后能够有效得抵抗噪声，JPEG压缩，剪 切，模糊，替换、恶意窜改等各种攻击。本发明不仅有很强的鲁棒性并且能准确地定位窜改 发生的位置，是一个安全且有效的双效数字水印。
说明书附图
图1是本发明的流程图示意图。
具体实施例方式
在介绍本发明的具体实施例前，要说明的是，我们在MATLAB 7. 0仿真实验平台 下，选择标准测试图像Iena(512x512,8位灰度级)作为原始图像，以说明本文算法的有效 性。水印的图像水印为32x32的二值小图标，，纠错码为BCH码(31，21)。假设原水印为 W(I),提取出来的鲁棒水印为》'(1)，其相关系数为
下面给出本发明详细的叙述。为了便于其他领域的技术人员能很好的理解本发明，这里我们介绍下证据理论和 基于纠错失真度与证据理论的数据融合方法
证据理论
在证据的积累过程中，决策者需要充分地利用冗余信息进行信息的融合。证据指的 是人们分析命题，判定基本可信的数分配的依据，这种依据通常来自事物的属性，与客观环 境，还包括人们的经验、知识和对该问题所作的观察和研究。证据源的不确定的性质必然导 致信息融合的困难，而Dempster-Shafer理论是一套基于“证据”和“组合”来处理不确定 性推理问题的数学方法。该理论对不确定性的度量贴近于人们的思维习惯，利用上、下限概 率来解决多值映射问题，并把证据的信任函数与概率的上下值相联系，构造了一种不确定 推理的模型框架Θ。对于问题域中任何命题A都应包含于幂集中，并在幂集上定义了基本
置信指派函数糟，^^^满足叾赋目爿和^講=!)。其中，使得m(A)>0的A称为焦元。在识别框架β上基于基本概率分配的m的信任函数Bel定义为
自多个信息源的证据经过处理后得到各个证据的基本概率分配函数和可信度，进行DS 数据融合就依据以下合成规则
对于“上的两个m函数ml, m2的Dempster合成规则为
其中，K为归一化常数
基于纠错失真度与证据理论的数据融合方法使用DS方法融合信息的基本思想是，如果把来自多个信息源的证据进行预处理，然后 计算各个证据的基本概率分配函数和可信度，再根据Dempster的合成规则计算所有证据 联合作用下的基本概率分配函数和可信度最后按照一定的判决规则选择可信度最大的假 设作为融合结果。本文利用纠错码的纠错冗余信息将待融合的水印信息从图像的不同位置 提取出来，通过纠错码进行计算它的失真度来确定融合时的可信度。最常见的信道编码有汉明码，BCH码，卷积码，Turbo码等。本文采用BCH[n k]码， 其中总的码长为n，信息位长度为k，纠错码能够检错或纠错，主要是靠码字之间有较大 的差别。这可用码字之间的汉明距离d(x，y)来衡量。它的定义为码字χ与y之间的对应 位取不同值的码元个数。一种纠错码的最小距离d定义为该种码中任两个码字之间的距离 的最小值。一个最小距离为d的码字最多能检出Ι ^Χ 」位错误如果d是偶数，它最多能 检查出d/2位错误。这样在水印信道中我们所隐藏的水印信息如果遭到各种攻击影响，我 们就可以检测出它的错误位数，并可以用错误位数的大小来大致估计出水印受到攻击的损 坏程度。水印证据丽A经过纠错解码后变成w 式( = 1…I)，它的失真度可以表示为，
我们可以根据纠错结果来判其错误位数e，那么这个水印证据的失真度一定程度中就能表 示为
、wmC，此时，若e=0表示没有失真。
η一般地，在实际的融合系统中，仅靠单一的融台方法难以取得非常理想的效果 .故多种融台方法的分工和互补是很自然的选择。证据权重系数除了取决于该证据本身的 可靠性，还要兼故该证据与其他证据的冲突程度.所以，在对几个证据赋权重时，首先
要求得第i个与第J·个证据的距离 ；/.·每个从水印图像中提取的水印的信息证据W, (OASi)是一种m位长的向量.为了衡量水印证据之间的冲突程度，我们定义任两个水印
证据之间的距离为dyvmf;mnf)=,j(yvmf-wm0^mf-wmff /m
当然两个水印证据之间的距离越小表明两个证据水印的冲突越小，则它们越相似。所 以它们之间的相似度为可以转换 s φνηι q，wm .) = 1 — a (wm q，w )
反映了水印证据和之间的相似度.由此我们可以得到每一个水印证据
之间的可信度为 /
2 SiM(WmcjjWraey) T(Wmc1) = ^—-°了解完上述的理论，请参照图1，我们下面具体介绍下本发明的方法 水印的嵌入过程
第一步原图像进行8x8分块，并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像； 第二步对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信 息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；第三步得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数 D(a, b)和D(c，d)进行比较，并设置嵌入的系数β，通过人为的调整系数α，水印序列重复 嵌入η次
当待嵌入的水印为1时，系统程序判断如下 if (D(a,b)<D(c,d))
D(a,b)= ^'[D(a,b)+D(c,φ]+ct
D(c，d)= ^[D(a,b)+D(c,d)]-α dseif (D(a,b)-D(c,d)#2Q；) D(a,b)HD(c,d)f2 a;
同时当待嵌入的水印为0时，系统程序判断如下 if (D(a,b)>D(c,ii))
D(a,b)= l^[D(a,b)+DCc,d)]-a
D(c,d)= .^[(0(3 D(c,d)]+a else if (D(a,b)-D(c,d) *2a)
D(c,dH>(a,b)4-2a;
此时，水印一经嵌入，通过定性检测D(a，b)和Ε>(ε，φ的大小关系就能得到一个鲁棒水 印，通过定量检测D(Xb)和D(c;d)两个系数的差值就能检测或定位原图像是否被篡改，就能 得到一种双效水印的效果。第四步水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像。水印的提取过程
提取的过程中的水印并不需要原始图像。我们利用上述的密钥和嵌入的秘密位置来查 找水印。提取的过程中的水印是描述如下
第一步待检测的水印图像进行SxS分块，并对每个分块进行DCT变换 第二步根据水印嵌入的秘密位置，寻找每一个分块中相应DCT系数之间的关系，提取 水印来检测图像哪些块遭到篡改，设定阈值ε ,检测的公式如下
,若检测的公式成立，则说明相应的块受到篡改； 第三步根据两个系数之间的定性关系来检测鲁棒水印证据 JV {bl, cl) > (b2, c2), then wmc、= 1 \if 4ff' (bls cl) < Il'(b2,c2), then wmc^=O ；
第四步每个提取的水印进行纠错码解码，得到待融合的水印证据及每一个水印证据 分组的失真度；
第五步根据水印分组的失真程度以及水印分组之间的可信程度进行
水印的融合
/ -、 ‘ 、
Tiwmcl) w‘=q. - —
Y^T(Wrmi) \ι-ι/ \
+
1 _Σ对·約)此时 「πι1并且需满足ν ,，并且当=ο或者^_，, η时有 a, e [0,1 J=1Τλ^wmci J 二 U
^^ — Q, “-1
第六步对于数据融合后的水印序列进行量化，并利用密钥得到水印信息，
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种双效数字水印方法，其特征在于包括以下步骤1)将原图像进行分块, 并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；2)对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数,通过人为的调整系数,水印序列重复嵌入n次 4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像。dest_path_image001.jpg,538377dest_path_image002.jpg,875817dest_path_image002.jpg
2.根据权利要求1所述的双效数字水印方法，其特征在于进一步包括以下水印提取 步骤1)待检测的水印图像进行8x8分块，并对每个分块进行DCT变换；2)根据水印嵌入的秘密位置，该位置由嵌入过程的伪随机序列决定，寻找每一个分块 中相应DCT系数之间的关系，提取水印来检测图像哪些块遭到篡改，设定阈值〖，检测的公 式如下& ,若检测的公式成立，则说明相应的块受到篡改；3)根据两个系数之间的定性关系来检测鲁棒水印证据；4)每个提取的水印进行纠错码解码，得到待融合的水印证据及每一个水印证据分组 的失真度；5)根据水印分组的失真程度^(WWfi)以及水印分组之间的可信程度IIwmci)进行水印 的融合；6)对于数据融合后的水印序列进行量化，并利用所述密钥得到水印信息。
3.根据权利要求1所述的双效数字水印方法，其特征在于所述的水印一经嵌入，通过 定性检测D(a,b)和的大小关系就能得到一个鲁棒水印，通过定量检测D(a，l3)和两个系数的差值就能检测或定位原图像是否被篡改，就能得到一种双效水印的效果。
全文摘要
本发明涉及一种双效数字水印方法，其特征在于包括以下步骤1)将原图像进行分块,并对每个分块进行DCT变换，得到变换后的图像；2)对要嵌入水印的信息使用密钥生成伪随机序列，然后进行纠错编码，使水印信息的信息标志有更大的代码分隔，增强纠错的效果；3)得到每个变换后的小矩阵，根据HVS的亮度掩蔽特性，选择块内两个中频系数D(a,b)和D(c,d)进行比较，并设置嵌入的系数,通过人为的调整系数,水印序列重复嵌入n次；4)水印信息嵌入后，进行DCT反变换，就得到添加水印后的图像；本发明能巧妙地实现一次性嵌入双效水印，使得实验结果不仅具有很强的鲁棒性并且能准确地定位篡改发生的位置，具有鲁棒性和脆弱性两种功能。
文档编号G06T1/00GK101923700SQ201010227469
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者孔祥增, 陈丽萍, 黄榕宁 申请人:福建师范大学