[發(fā)明專利]一種JPEG圖像自嵌入數(shù)字水印的生成及認(rèn)證方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010183658.2
• 申請(qǐng)日: 2010-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN101835049A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃繼風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N7/26
• 分類號(hào): H04N7/26
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像安全認(rèn)證技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種JPEG圖像自嵌入數(shù)字水印的生成及認(rèn)證方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展與信息媒體的數(shù)字化，數(shù)字產(chǎn)品的內(nèi)容保護(hù)問(wèn)題顯得尤為重要，而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的脆弱性水印技術(shù)為數(shù)字產(chǎn)品的內(nèi)容保護(hù)提供了技術(shù)保障。脆弱性水印屬于數(shù)字水印的一個(gè)分支，除了具有水印的基本特征，如不可感知性、安全性等，還具有檢測(cè)篡改的能力，并且水印的提取不需要原始圖像。目前對(duì)該領(lǐng)域的研究主要包括脆弱性水印、半脆弱性水印、自嵌入水印等幾個(gè)層次，而自嵌入水印是將圖像本身作為水印嵌入到圖像中的技術(shù)，這不僅可以對(duì)圖像的內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，而且可以部分恢復(fù)被篡改或剪貼的區(qū)域。當(dāng)然，不可能將完整的圖像內(nèi)容信息嵌入到圖像本身。因此，為了降低圖像的內(nèi)容信息，要么使用有損壓縮(比如：JPEG壓縮)，要么只保留圖像的重要信息，如：邊緣信息等。

目前現(xiàn)有的自嵌入水印使用類似于JPEG壓縮過(guò)程的算法，其基本原理是：將圖像按8×8大小進(jìn)行分塊，對(duì)每塊執(zhí)行如下操作：先進(jìn)行DCT變換，然后對(duì)DCT系數(shù)按50％的質(zhì)量因子進(jìn)行量化，最后將量化后的系數(shù)按給定的位圖矩陣進(jìn)行編碼并將之保存到相應(yīng)塊的最不重要信息位(Least?Significant?Bit，LSB)中。這樣的水印方案由于使用了位圖矩陣，對(duì)于那些DCT系數(shù)值的比特位數(shù)大于位圖矩陣中相應(yīng)的比特位時(shí)，恢復(fù)后的圖像就會(huì)造成失真現(xiàn)象，因此只能對(duì)某些特定的圖像進(jìn)行操作，同時(shí)只限于使用小于等于50％的質(zhì)量因子對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化。所以，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種JPEG圖像自嵌入數(shù)字水印的生成及認(rèn)證方法，不僅不需要受限的位圖矩陣，而且可以使用任何的質(zhì)量因子進(jìn)行量化，不但能檢測(cè)到圖像被篡改或損壞的區(qū)域，而且可以恢復(fù)被保護(hù)圖像丟失的信息。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種JPEG圖像自嵌入數(shù)字水印的生成方法，包括數(shù)字水印信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程，數(shù)字水印嵌入過(guò)程和數(shù)字水印提取過(guò)程。

數(shù)字水印信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程的具體方法如下：

A1.將一個(gè)JPEG圖像分成四個(gè)8×8圖像塊，然后縮小為一個(gè)8×8圖像塊，對(duì)縮小后的圖像塊進(jìn)行DCT變換，并用質(zhì)量因子為50的量化表對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化；

A2.對(duì)量化后的DCT系數(shù)用定長(zhǎng)分組編碼法編碼，產(chǎn)生所述圖像塊的水印信號(hào)，再對(duì)所有的圖像塊進(jìn)行量化和編碼；

A3.每個(gè)8×8圖像塊的碼長(zhǎng)取40比特，對(duì)整幅圖像的水印信號(hào)進(jìn)行加密處理，產(chǎn)生用于自嵌入的水印信號(hào)m_i；

數(shù)字水印嵌入過(guò)程的具體方法如下：將四個(gè)8×8塊b_i的水印信息m_i嵌入到另外四個(gè)8×8圖像塊b_i+p中，具體為，讀取圖像塊b_i+p的DCT系數(shù)，然后將水印m_i嵌入到塊b_i+p的低頻DCT系數(shù)上，得到m_i+p，其中，p表示塊b_i+p對(duì)塊b_i的偏移距離，p為圖像尺度的三分之一，嵌入公式如下：

其中，Coef為嵌入水印前圖像塊b_i+p的DCT系數(shù)，Coef′為嵌入水印后b_i+p的DCT系數(shù)，Mod為取余運(yùn)算；

數(shù)字水印提取過(guò)程的具體方法如下：讀取含水印的JPEG圖像的DCT系數(shù)，將DCT系數(shù)以四個(gè)8×8圖像塊為單位提取水印，提取水印的步驟為：

B1.對(duì)含水印的DCT系數(shù)按如下公式提取水印，四個(gè)8×8圖像塊共提取40比特水印信號(hào)m_i：

m_i＝Mod(Coef′，2)；?????????????????????????(2)

B2.對(duì)提取的40比特水印m_i進(jìn)行分組解碼，還原成DCT系數(shù)，再進(jìn)行DCT反變換，得到一個(gè)8×8的灰度圖像。

一種JPEG圖像自嵌入數(shù)字水印的認(rèn)證方法，包含篡改檢測(cè)與修復(fù)過(guò)程，包括如下步驟：

C1.讀取等待認(rèn)證的JPEG圖像y的DCT系數(shù)，并將其劃分成四個(gè)一組的8×8DCT塊，計(jì)為c₁，c₂，...，c_r，從每四塊8×8DCT系數(shù)的低頻系數(shù)中提取水印m′，對(duì)m′進(jìn)行解密后，得到原始嵌入的水印