[發(fā)明專利]脊波變換與DCT變換相結(jié)合的圖像水印嵌入和提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210590076.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN103079066A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永梅;馬禮;王勝烈;何麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N7/26
• 分類號(hào): H04N7/26;H04N1/32
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)字圖像水印技術(shù)，具體說(shuō)，涉及一種脊波變換與DCT相結(jié)合的圖像水印嵌入和提取方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)已成為發(fā)展文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的重要保障。創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)是以版權(quán)為基礎(chǔ)衍生發(fā)展而形成的產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的核心是版權(quán)，因此只有做好版權(quán)保護(hù)才能促進(jìn)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的騰飛。

每年全球有大量數(shù)字信息被侵權(quán)盜版，盜版使得數(shù)字信息的真實(shí)性、完整性受到嚴(yán)重威脅。如果這些信息涉及到政府機(jī)要、司法訴訟、醫(yī)療記錄、電子商務(wù)等具有特殊意義應(yīng)用場(chǎng)合，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及嚴(yán)重的社會(huì)后果。因此，迫切需要一種新的技術(shù)來(lái)保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)、真實(shí)性和完整性。

數(shù)字水印技術(shù)已應(yīng)用到版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，它將版權(quán)所有者的唯一標(biāo)識(shí)嵌入到數(shù)字作品中，利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)識(shí)不可見(jiàn)或不可聽，從而既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的，同時(shí)它還可以檢測(cè)到數(shù)據(jù)的偽造以及篡改。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者即可從盜版作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。對(duì)這種應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，水印技術(shù)必須具有較好的魯棒性、安全性、透明性和水印嵌入的可逆性。

魯棒性是數(shù)字水印技術(shù)的一個(gè)重要特性，實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)要求數(shù)字水印有很高的魯棒性，魯棒性保證了當(dāng)數(shù)字信息收到有意或者無(wú)意的處理或者攻擊時(shí)，仍能夠通過(guò)檢測(cè)提取到確認(rèn)版權(quán)的水印信息。

脆弱性是數(shù)字水印在數(shù)字信息完整保護(hù)中用到的特性，如果數(shù)字信息是一些具有特殊意義的信息，當(dāng)遭到惡意攻擊和篡改偽造時(shí)就需要具有良好脆弱性的數(shù)字水印驗(yàn)證數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，驗(yàn)證數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的真?zhèn)危_定數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被篡改的位置，避免不必要的損失。

現(xiàn)在絕大多數(shù)數(shù)字水印算法在功能上是單一的。魯棒性水印算法對(duì)篡改操作不夠敏感，篡改檢測(cè)和定位能力差，很難實(shí)現(xiàn)內(nèi)容認(rèn)證；脆弱性水印算法不具備抵抗攻擊的能力；半脆弱性水印算法很難做到同時(shí)具備良好的魯棒性和敏感的脆弱性。

近年來(lái)也有一些研究者提出了在圖像中同時(shí)嵌入魯棒性水印和脆弱性水印的雙水印方法。但普遍存在不可見(jiàn)性差或不抗JPEG壓縮等缺陷。

現(xiàn)有的數(shù)字圖像水印算法可分為兩類：空域法和變換域法。空域法是通過(guò)直接改變圖像的某些像素的灰度值來(lái)加入水印，而變換域法是先對(duì)圖像作某種變換，然后通過(guò)改變某些系數(shù)來(lái)嵌入水印。

空域法直接修改圖像的像素，特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低，但魯棒性較差，典型的有：最低有效位法（Least?Significant?Bit，LSB）算法、patchwork算法等。

變換域法的優(yōu)點(diǎn)是：變換域中嵌入的水印信號(hào)能量可分布到空域的所有像素上，有利于保證水印的不可見(jiàn)性；在變換域中，可以更方便地將人類視覺(jué)系統(tǒng)（HVS）的某些特性結(jié)合到水印算法中；變換域方法可與現(xiàn)有的圖像壓縮方法兼容，從而實(shí)現(xiàn)壓縮圖像的水印嵌入。

主流的變換域有DCT（離散余弦變換）變換域和DWT（離散小波變換）變換域。目前主要的方法包括基于DCT的數(shù)字水印方法、基于DWT的數(shù)字水印方法，以及DWT與DCT結(jié)合的數(shù)字水印方法。

DCT是數(shù)字圖像處理以及信號(hào)處理常用的一種正交變換，是一種特殊的傅里葉變換。DCT圖像水印對(duì)壓縮、濾波具有很強(qiáng)的穩(wěn)健性，具有壓縮比高、誤碼率小、信息集中能力和計(jì)算復(fù)雜性綜合效果較好等優(yōu)點(diǎn)，但DCT是從圖像空間到頻率空間的全局變換而非局部變換，沒(méi)有保留原圖像塊的精細(xì)結(jié)構(gòu)，從中反映不了原圖像塊的邊緣、輪廓等信息，不能很好地解決突變信號(hào)的問(wèn)題。

DWT是空間和頻率的局部變換，在時(shí)域和頻域均能做到局部化。DWT將水印信號(hào)嵌入到小波變換后的數(shù)字圖像的低頻帶或高頻帶系數(shù)上時(shí)，不僅考慮了對(duì)DWT變換系數(shù)進(jìn)行加性、乘性、量化、替換，有時(shí)還考慮到人類視覺(jué)系統(tǒng)的一些特性，如視覺(jué)掩蔽特性、頻率敏感性、亮度敏感性等，有利于提高水印的魯棒性，但在DWT域嵌入水印，抵抗幾何形變攻擊能力較弱。而對(duì)于DWT的二維小波，雖然可以有效處理分離的、不連續(xù)的邊緣點(diǎn)，但卻不能處理光滑的邊緣輪廓線，且小波變換只能獲得有限的方向信息。因此，在表示圖像的邊緣輪廓線時(shí)，小波變換存在不足，沒(méi)有考慮現(xiàn)狀奇異性的問(wèn)題。

脊波變換是在Radon域上的小波變換基礎(chǔ)上形成的，即線狀奇異性的脊波分析可用點(diǎn)狀奇異性的小波分析來(lái)完成，而小波能很好地處理點(diǎn)狀的奇異性，和DWT相比，脊波變換一方面能更完整地保留圖像的線性邊緣和紋理；另一方面，脊波變換在保留小波變換空/頻局部性等重要性質(zhì)的同時(shí)，其多通道分解比小波變換更加匹配人類視覺(jué)系統(tǒng)的多通道結(jié)構(gòu)。脊波變換相對(duì)于小波變換具有很好的方向識(shí)別性。