[發(fā)明專利]基于提升小波變換的可逆數(shù)字水印方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810052005.3
• 申請日: 2008-01-03
• 公開（公告）號: CN101477675A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 高鐵杠;顧巧論;李立宗
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術領域

本發(fā)明涉及應用計算機軟件，信息安全等內容。主要是在數(shù)字圖像中嵌入水印信息，并能夠從嵌入水印的圖像中無損地恢復水印信息與原始圖像。該方法具有較強的安全性，在嵌入水印的圖像遭受攻擊的情況下仍能有效地提取水印信息。該項技術能夠應用于醫(yī)學、軍事、遠程遙感等保密性要求較高的圖像認證中。

2.背景技術

數(shù)字水印技術已經被廣泛的應用在數(shù)字媒體的安全保護領域。為了保護數(shù)字圖像的版權，數(shù)字圖像的版權人可以將自己的信息作為水印嵌入到圖像內。嵌入數(shù)字水印的圖像可以被出版、傳播，當圖像的擁有者發(fā)現(xiàn)可疑圖像時，可以提取數(shù)字圖像的水印信息。通過對水印的認證，可以決定圖像的版權人作為一項新的引人注目的技術，可逆數(shù)字水印技術不僅僅可以將水印信息嵌入到原始圖像內，而且可以在需要的時候從可疑圖像中有效地還原原始圖像。這些特性，使得該技術可以廣泛地用于醫(yī)學、軍事、遠程遙感等領域的圖像認證中。該技術已經引起越來越多的專家和學者關注「」。

關于可逆數(shù)字水印的第一篇報道是由Honsinger提出的關于數(shù)字圖像認證的發(fā)明，他通過附加模型在空域內實現(xiàn)了可逆數(shù)字水印。Tian提出了根據(jù)相鄰像素的差值來擴展當前點，并有效地預防了擴展后的上溢和下溢，這種方式通過希爾小波變換去除了大量的相鄰點間的冗余信息，在空域得到了改進。Adnan通過應用向量而不是像素點的方式擴展了Tian提出的方法，該方法提高了算法的信息嵌入量和計算效率，能夠在臨近像素點間的向量集內隱藏若干比特位，仿真結果表明，它能在較高的信噪比下隱藏大量水印信息。

3.發(fā)明內容

3.1?要解決的技術問題

因為需要在原始圖像內嵌入新的數(shù)據(jù)信息，因此在嵌入的過程中不可避免的會發(fā)生數(shù)據(jù)的溢出。因此Alattar提出了首先定位嵌入位置然后進行嵌入的方法，Thodi和Rodriguez應用JPEG-LS來控制溢出。然而，如果數(shù)字圖像被破壞，那么對應點的信息就會發(fā)生變化，從而導致錯誤。因此，我們引入了混沌算法來控制嵌入點的位置，即使有一個甚至更多點被攻擊，使得象素值發(fā)生改變，我們仍舊可以從其他點準確的恢復水印信息。該方法有效地解決了攻擊問題，具有較強的魯棒性，能夠使圖像抵抗裁剪等攻擊；如果嵌入水印的圖像沒有被破壞，該方法可以精確地提取出原始圖像。

3.2?技術方案

首先將原始圖像分成8×8像素點大小的互不相交的像素塊，然后在這些像素塊上執(zhí)行提升小波變換。根據(jù)這些像素塊的屬性值來決定是否嵌入數(shù)字水印圖像。為了保證嵌入數(shù)字水印圖像的安全性和健壯性，首先應用混沌系統(tǒng)來生成一個置換序列，然后應用該序列來控制數(shù)字水印的嵌入。

3.3?有益效果

該方法實現(xiàn)了一種全新的基于提升小波的數(shù)字水印嵌入方式。為了提高安全性，采用了混沌序列來控制水印的嵌入。實驗仿真結果表明，該方法能夠保證水印的安全性，并能有效的抵抗圖像的裁剪等攻擊。在嵌入了水印的圖像沒有被破壞的情況下，當提取完水印信息后，可以精確地恢復原始圖像。本方法能有效的應用于醫(yī)學、軍事、遠程遙感等領域的圖像認證中。

4.附圖說明

將該方法應用于512×512×8比特位的圖像“Lena”，“Boat”and“Baboon”中，得到的峰值信噪比(PSNR)分別為35.7951dB，40.2351dB和42.0527dB。在沒有遭受任伺攻擊的條件下，圖1(a-e)分別為‘Lena’原始圖像、水印圖像、嵌入水印圖像、從嵌入水印的圖像中提取出的水印圖像、從嵌入水印的圖像中提取出來的原始圖像。

為了測試該方法的安全性和抗裁剪性，圖2(a)顯示了當應用正確混沌序列初始值x₀＝0.234時所提取的數(shù)字水印圖像，圖2(b)顯示了當應用x₀＝0.2340000001作為提取初始值所提取出的數(shù)字水印圖像。從圖可以看出即使混沌序列的初始值發(fā)生極其微小的變化，提取出的水印圖像也會發(fā)生重構，此時圖像與原來圖像存在巨大差異，變得無法識別。

圖3顯示了遭受攻擊的示例。圖3中(a)、(c)分別顯示了發(fā)生裁剪和涂抹時的嵌入水印圖像，圖3中(b)、(d)分別顯示了從上述嵌入水印圖像中恢復的水印圖像，圖3(e)顯示了當嵌入水印圖像遭受0.5％的椒鹽攻擊時從嵌入水印圖像中提取的數(shù)字水印圖像。圖4顯示了塊的像素矩陣圖。

5.具體實施方案

5.1?實施方案概述

步驟1：對于灰度圖像中的任何一對值(x，y)，定義它們的平均值1和差值h

?h＝x-y???????????????(1)