專利名稱：一種雙效數(shù)字水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙效數(shù)字水印方法。
背景技術(shù)：
隨著信息社會的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)提供了海量的圖像、視頻和音頻等各種形式的數(shù)字 媒體信息數(shù)據(jù)?；ヂ?lián)網(wǎng)在提供方便服務的同時，一些未獲得相應媒體認證的用戶通過互聯(lián) 網(wǎng)輕易的獲得數(shù)字媒體，稍加修改后就給自己使用，如何來維護原創(chuàng)者的版權(quán)問題，如何來 定位原的信息是否被篡改，數(shù)字水印技術(shù)是將一些標識信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字 載體當中，但不影響原載體的使用價值，也不容易被人的知覺系統(tǒng)(如視覺或聽覺系統(tǒng))覺 察或注意到。數(shù)字水印按功能可分為版權(quán)保護水印和認證水印，前者通過這些隱藏在載體 中的信息，可以達到確認內(nèi)容創(chuàng)建者保護合法的版權(quán)，在發(fā)生版權(quán)糾紛時，創(chuàng)建者或所有者 的信息用于標示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有者，主要為魯棒水印，用于版權(quán)保護的數(shù)字水印要求有非 常強的魯棒性，除了要求能抵抗一般的圖像處理(如濾波、加噪聲、替換、壓縮等)外，還必 須能抵抗一些惡意攻擊如剪切和篡改；而后者進行內(nèi)容完整性認證來判斷載體是否被篡 改等目的，即用于多媒體內(nèi)容真實性鑒定的水印，這種水印同樣是在數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入信息， 內(nèi)容發(fā)生改變時，水印信息會發(fā)生一定程度的改變，因而能夠鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改。主 要為脆弱以及半脆弱水印。它要求有比較強的敏感性，又要能將失真情況檢測出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙效數(shù)字水印方法，其能巧妙地實現(xiàn)一次性嵌入雙效水 印，使得實驗結(jié)果不僅具有很強的魯棒性并且能準確地定位篡改發(fā)生的位置，具有魯棒性 和脆弱性兩種功能。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種雙效數(shù)字水印方法，其特征在于包括以下步驟
1)將原圖像進行8x8分塊，
并對每個分塊進行DCT變換，得到變換后的圖像；
2)對要嵌入水印的信息使用密鑰生成偽隨機序列，然后進行糾錯編碼，使水印信息的 信息標志有更大的代碼分隔，增強糾錯的效果；
3)得到每個變換后的小矩陣，根據(jù)HVS的亮度掩蔽特性，選擇塊內(nèi)兩個中頻系數(shù) D(a, b)和D(c，d)進行比較，并設置嵌入的系數(shù)《，通過人為的調(diào)整系數(shù)《，水印序列重復 嵌入η次
4)水印信息嵌入后，進行DCT反變換，就得到添加水印后的圖像。本發(fā)明實現(xiàn)在一次水印嵌入時有攜帶兩類水印信息，利用嵌入系數(shù)之間的定量分 析能提取脆弱水印，并能準確定位篡改的區(qū)域；而利用嵌入系數(shù)之間的定性分析可以提取 魯棒水印，在經(jīng)過基于證據(jù)理論的水印證據(jù)的融合后能夠有效得抵抗噪聲，JPEG壓縮，剪 切，模糊，替換、惡意竄改等各種攻擊。本發(fā)明不僅有很強的魯棒性并且能準確地定位竄改 發(fā)生的位置，是一個安全且有效的雙效數(shù)字水印。
說明書附圖


圖1是本發(fā)明的流程圖示意圖。
具體實施例方式
在介紹本發(fā)明的具體實施例前，要說明的是，我們在MATLAB 7. 0仿真實驗平臺 下，選擇標準測試圖像Iena(512x512,8位灰度級)作為原始圖像，以說明本文算法的有效 性。水印的圖像水印為32x32的二值小圖標，，糾錯碼為BCH碼(31，21)。假設原水印為 W(I),提取出來的魯棒水印為》'(1)，其相關(guān)系數(shù)為
下面給出本發(fā)明詳細的敘述。為了便于其他領(lǐng)域的技術(shù)人員能很好的理解本發(fā)明，這里我們介紹下證據(jù)理論和 基于糾錯失真度與證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法
證據(jù)理論
在證據(jù)的積累過程中，決策者需要充分地利用冗余信息進行信息的融合。證據(jù)指的 是人們分析命題，判定基本可信的數(shù)分配的依據(jù)，這種依據(jù)通常來自事物的屬性，與客觀環(huán) 境，還包括人們的經(jīng)驗、知識和對該問題所作的觀察和研究。證據(jù)源的不確定的性質(zhì)必然導 致信息融合的困難，而Dempster-Shafer理論是一套基于“證據(jù)”和“組合”來處理不確定 性推理問題的數(shù)學方法。該理論對不確定性的度量貼近于人們的思維習慣，利用上、下限概 率來解決多值映射問題，并把證據(jù)的信任函數(shù)與概率的上下值相聯(lián)系，構(gòu)造了一種不確定 推理的模型框架Θ。對于問題域中任何命題A都應包含于冪集中，并在冪集上定義了基本
置信指派函數(shù)糟，^^^滿足叾賦目爿和^講=!)。其中，使得m(A)>0的A稱為焦元。在識別框架β上基于基本概率分配的m的信任函數(shù)Bel定義為
自多個信息源的證據(jù)經(jīng)過處理后得到各個證據(jù)的基本概率分配函數(shù)和可信度，進行DS 數(shù)據(jù)融合就依據(jù)以下合成規(guī)則
對于“上的兩個m函數(shù)ml, m2的Dempster合成規(guī)則為
其中，K為歸一化常數(shù)
基于糾錯失真度與證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法使用DS方法融合信息的基本思想是，如果把來自多個信息源的證據(jù)進行預處理，然后 計算各個證據(jù)的基本概率分配函數(shù)和可信度，再根據(jù)Dempster的合成規(guī)則計算所有證據(jù) 聯(lián)合作用下的基本概率分配函數(shù)和可信度最后按照一定的判決規(guī)則選擇可信度最大的假 設作為融合結(jié)果。本文利用糾錯碼的糾錯冗余信息將待融合的水印信息從圖像的不同位置 提取出來，通過糾錯碼進行計算它的失真度來確定融合時的可信度。最常見的信道編碼有漢明碼，BCH碼，卷積碼，Turbo碼等。本文采用BCH[n k]碼， 其中總的碼長為n，信息位長度為k，糾錯碼能夠檢錯或糾錯，主要是靠碼字之間有較大 的差別。這可用碼字之間的漢明距離d(x，y)來衡量。它的定義為碼字χ與y之間的對應 位取不同值的碼元個數(shù)。一種糾錯碼的最小距離d定義為該種碼中任兩個碼字之間的距離 的最小值。一個最小距離為d的碼字最多能檢出Ι ^Χ 」位錯誤如果d是偶數(shù)，它最多能 檢查出d/2位錯誤。這樣在水印信道中我們所隱藏的水印信息如果遭到各種攻擊影響，我 們就可以檢測出它的錯誤位數(shù)，并可以用錯誤位數(shù)的大小來大致估計出水印受到攻擊的損 壞程度。水印證據(jù)麗A經(jīng)過糾錯解碼后變成w 式( = 1…I)，它的失真度可以表示為，
我們可以根據(jù)糾錯結(jié)果來判其錯誤位數(shù)e，那么這個水印證據(jù)的失真度一定程度中就能表 示為
、wmC，此時，若e=0表示沒有失真。
η一般地，在實際的融合系統(tǒng)中，僅靠單一的融臺方法難以取得非常理想的效果 .故多種融臺方法的分工和互補是很自然的選擇。證據(jù)權(quán)重系數(shù)除了取決于該證據(jù)本身的 可靠性，還要兼故該證據(jù)與其他證據(jù)的沖突程度.所以，在對幾個證據(jù)賦權(quán)重時，首先
要求得第i個與第J·個證據(jù)的距離 ；/.·每個從水印圖像中提取的水印的信息證據(jù)W, (OASi)是一種m位長的向量.為了衡量水印證據(jù)之間的沖突程度，我們定義任兩個水印
證據(jù)之間的距離為dyvmf;mnf)=,j(yvmf-wm0^mf-wmff /m
當然兩個水印證據(jù)之間的距離越小表明兩個證據(jù)水印的沖突越小，則它們越相似。所 以它們之間的相似度為可以轉(zhuǎn)換 s φνηι q，wm .) = 1 — a (wm q，w )
反映了水印證據(jù)和之間的相似度.由此我們可以得到每一個水印證據(jù)
之間的可信度為 /
2 SiM(WmcjjWraey) T(Wmc1) = ^—-°了解完上述的理論，請參照圖1，我們下面具體介紹下本發(fā)明的方法 水印的嵌入過程
第一步原圖像進行8x8分塊，并對每個分塊進行DCT變換，得到變換后的圖像； 第二步對要嵌入水印的信息使用密鑰生成偽隨機序列，然后進行糾錯編碼，使水印信 息的信息標志有更大的代碼分隔，增強糾錯的效果；第三步得到每個變換后的小矩陣，根據(jù)HVS的亮度掩蔽特性，選擇塊內(nèi)兩個中頻系數(shù) D(a, b)和D(c，d)進行比較，并設置嵌入的系數(shù)β，通過人為的調(diào)整系數(shù)α，水印序列重復 嵌入η次
當待嵌入的水印為1時，系統(tǒng)程序判斷如下 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;
同時當待嵌入的水印為0時，系統(tǒng)程序判斷如下 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;
此時，水印一經(jīng)嵌入，通過定性檢測D(a，b)和Ε>(ε，φ的大小關(guān)系就能得到一個魯棒水 印，通過定量檢測D(Xb)和D(c;d)兩個系數(shù)的差值就能檢測或定位原圖像是否被篡改，就能 得到一種雙效水印的效果。第四步水印信息嵌入后，進行DCT反變換，就得到添加水印后的圖像。水印的提取過程
提取的過程中的水印并不需要原始圖像。我們利用上述的密鑰和嵌入的秘密位置來查 找水印。提取的過程中的水印是描述如下
第一步待檢測的水印圖像進行SxS分塊，并對每個分塊進行DCT變換 第二步根據(jù)水印嵌入的秘密位置，尋找每一個分塊中相應DCT系數(shù)之間的關(guān)系，提取 水印來檢測圖像哪些塊遭到篡改，設定閾值ε ,檢測的公式如下
,若檢測的公式成立，則說明相應的塊受到篡改； 第三步根據(jù)兩個系數(shù)之間的定性關(guān)系來檢測魯棒水印證據(jù) JV {bl, cl) > (b2, c2), then wmc、= 1 \if 4ff' (bls cl) < Il'(b2,c2), then wmc^=O ；
第四步每個提取的水印進行糾錯碼解碼，得到待融合的水印證據(jù)及每一個水印證據(jù) 分組的失真度；
第五步根據(jù)水印分組的失真程度以及水印分組之間的可信程度進行
水印的融合
/ -、 ‘ 、
Tiwmcl) w‘=q. - —
Y^T(Wrmi) \ι-ι/ \
+
1 _Σ對·約)此時 「πι1并且需滿足ν ,，并且當=ο或者^_，, η時有 a, e [0,1 J=1Τλ^wmci J 二 U
^^ — Q, “-1
第六步對于數(shù)據(jù)融合后的水印序列進行量化，并利用密鑰得到水印信息，
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修 飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種雙效數(shù)字水印方法，其特征在于包括以下步驟1)將原圖像進行分塊, 并對每個分塊進行DCT變換，得到變換后的圖像；2)對要嵌入水印的信息使用密鑰生成偽隨機序列，然后進行糾錯編碼，使水印信息的信息標志有更大的代碼分隔，增強糾錯的效果；3)得到每個變換后的小矩陣，根據(jù)HVS的亮度掩蔽特性，選擇塊內(nèi)兩個中頻系數(shù)D(a,b)和D(c,d)進行比較，并設置嵌入的系數(shù),通過人為的調(diào)整系數(shù),水印序列重復嵌入n次 4)水印信息嵌入后，進行DCT反變換，就得到添加水印后的圖像。dest_path_image001.jpg,538377dest_path_image002.jpg,875817dest_path_image002.jpg
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙效數(shù)字水印方法，其特征在于進一步包括以下水印提取 步驟1)待檢測的水印圖像進行8x8分塊，并對每個分塊進行DCT變換；2)根據(jù)水印嵌入的秘密位置，該位置由嵌入過程的偽隨機序列決定，尋找每一個分塊 中相應DCT系數(shù)之間的關(guān)系，提取水印來檢測圖像哪些塊遭到篡改，設定閾值〖，檢測的公 式如下& ,若檢測的公式成立，則說明相應的塊受到篡改；3)根據(jù)兩個系數(shù)之間的定性關(guān)系來檢測魯棒水印證據(jù)；4)每個提取的水印進行糾錯碼解碼，得到待融合的水印證據(jù)及每一個水印證據(jù)分組 的失真度；5)根據(jù)水印分組的失真程度^(WWfi)以及水印分組之間的可信程度IIwmci)進行水印 的融合；6)對于數(shù)據(jù)融合后的水印序列進行量化，并利用所述密鑰得到水印信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙效數(shù)字水印方法，其特征在于所述的水印一經(jīng)嵌入，通過 定性檢測D(a,b)和的大小關(guān)系就能得到一個魯棒水印，通過定量檢測D(a，l3)和兩個系數(shù)的差值就能檢測或定位原圖像是否被篡改，就能得到一種雙效水印的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙效數(shù)字水印方法，其特征在于包括以下步驟1)將原圖像進行分塊,并對每個分塊進行DCT變換，得到變換后的圖像；2)對要嵌入水印的信息使用密鑰生成偽隨機序列，然后進行糾錯編碼，使水印信息的信息標志有更大的代碼分隔，增強糾錯的效果；3)得到每個變換后的小矩陣，根據(jù)HVS的亮度掩蔽特性，選擇塊內(nèi)兩個中頻系數(shù)D(a,b)和D(c,d)進行比較，并設置嵌入的系數(shù),通過人為的調(diào)整系數(shù),水印序列重復嵌入n次；4)水印信息嵌入后，進行DCT反變換，就得到添加水印后的圖像；本發(fā)明能巧妙地實現(xiàn)一次性嵌入雙效水印，使得實驗結(jié)果不僅具有很強的魯棒性并且能準確地定位篡改發(fā)生的位置，具有魯棒性和脆弱性兩種功能。
文檔編號G06T1/00GK101923700SQ201010227469
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者孔祥增, 陳麗萍, 黃榕寧 申請人:福建師范大學