專(zhuān)利名稱(chēng)：應(yīng)用二維碼實(shí)現(xiàn)魯棒數(shù)字水印的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明方法所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)閿?shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)安全等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)水印提取的過(guò)程是否需要原始圖像，數(shù)字水印分為盲水印和非盲水印。盲水 印在提取過(guò)程中不需要原始圖像的參與，而非盲水印在檢測(cè)的過(guò)程中需要原始圖像的參與。早期盲水印的實(shí)現(xiàn)主要是基于空域的實(shí)現(xiàn)，該類(lèi)實(shí)現(xiàn)魯棒性較差，不能抵抗攻擊。 Hsieh提出了一種基于DCT域的盲水印算法，該算法對(duì)于大部分的攻擊均具有較高的魯棒 性，但是對(duì)于JPEG壓縮的魯棒性較差。Fuentes提出的基于ICA的盲水印算法，具有較高的 魯棒性，但是該算法比較復(fù)雜，需要產(chǎn)生較復(fù)雜的密鑰信息，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定的難度。Huang 等提出了一種基于遺傳算法的盲水印算法，該算法較好地實(shí)現(xiàn)了盲提取，但算法的運(yùn)算量 較大，效率較低。本發(fā)明方法主要應(yīng)用了 QR二維碼技術(shù)(Quick Response Code)和提升小波技術(shù)。QR碼除了具有一維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可顯示漢字和圖像等多 種文字信息、保密性高等特點(diǎn)外，還具有超高速識(shí)讀、全方位識(shí)讀、糾錯(cuò)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在識(shí) 別的過(guò)程中，即使有50%的圖像發(fā)生污損仍然可以很好地恢復(fù)原始圖像。因此，將QR碼應(yīng) 用于數(shù)字水印領(lǐng)域，可以很好地增強(qiáng)水印的魯棒性。提升小波是由第一代小波變換的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。提升小波既有第一代小波的優(yōu) 點(diǎn)，又克服了它的局限性。它運(yùn)算速度快、允許完全原位計(jì)算，并且其逆變換是正變換的反 運(yùn)算。因此應(yīng)用提升小波進(jìn)行變換，可以很好地恢復(fù)原始圖像。提升小波的正向提升過(guò)程分為三個(gè)過(guò)程分裂、預(yù)測(cè)和修正。首先假設(shè)已知需要處 理的序列集為人。，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為
1)分裂。將、分解為人—和兩個(gè)子集。
2)預(yù)測(cè)。用和其預(yù)測(cè)值P(入J之間的差值來(lái)表示，即
Y-, = Y-「PU-i)3)修正。用來(lái)更新，即，入廠入洲“)重復(fù)迭代上述算法，即完成提升小波變換。提升小波有良好的可逆性。一旦完成前 向變換，即可快速得到逆向提升小波變換，與前向操作的唯一不同就是加號(hào)與減號(hào)的區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方法在嵌入水印時(shí)，首先對(duì)需要版權(quán)保護(hù)的圖像進(jìn)行提升小波變換，然后 對(duì)水印圖像進(jìn)行QR碼編碼處理，再對(duì)得到的QR碼圖像進(jìn)行混沌處理以提高算法的安全性， 最后將經(jīng)過(guò)QR碼編碼、混沌處理的水印信息通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)處理嵌入到原始圖像的提升 小波逼近子圖中。水印提取時(shí)，對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的圖像應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)、混沌系統(tǒng)、QR碼
3解碼得到原始水印信息。該實(shí)現(xiàn)方法具有較高的魯棒性，能夠抵抗剪切、修改、噪聲等攻擊。 該實(shí)現(xiàn)方法能夠廣泛應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，具有一定的實(shí)用價(jià)值。


附圖為Moore型元胞自動(dòng)機(jī)示意圖
具體實(shí)施例方式該水印方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為水印嵌入過(guò)程和提取過(guò)程兩個(gè)步驟，在具體實(shí)現(xiàn)中需 要實(shí)現(xiàn)盲水印，并對(duì)數(shù)字水印的安全性作出處理，具體實(shí)施方式
如下。1盲水印的實(shí)現(xiàn)元胞自動(dòng)機(jī)(cellular automata，也稱(chēng)細(xì)胞自動(dòng)機(jī))是一組具有一定狀態(tài)的元胞 單元組成的陣列。元胞自動(dòng)機(jī)由元胞、元胞狀態(tài)集合、鄰居和局部規(guī)則組成。在每一個(gè)時(shí)刻， 每個(gè)元胞在局部規(guī)則和鄰居元胞狀態(tài)的共同作用下產(chǎn)生新的狀態(tài)，作為下一時(shí)刻的元胞狀 態(tài)的更新值。本文提出的實(shí)現(xiàn)方法采用Moore型元胞自動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)盲水印。這種模型中一個(gè)元 胞的上、下、左、右、左上、右上、左下、右下相鄰八個(gè)元胞為該元胞的鄰居。通過(guò)修改原始圖 像中特定點(diǎn)的像素值來(lái)實(shí)現(xiàn)盲提取，特定點(diǎn)的像素值由其鄰居點(diǎn)像素值及水印圖像中對(duì)應(yīng) 點(diǎn)的像素值共同決定。嵌入水印時(shí)，計(jì)算附圖中A、B、C、D、F、G、H、I等8個(gè)點(diǎn)的像素值的平均值EE，然后
將該值與水印圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的像素值進(jìn)行線性運(yùn)算得到一個(gè)新的值EN，如下所示ENj = EEi+ a將原始圖像中E點(diǎn)像素值賦值為EN，即得到含有水印信息的載體圖像。提取水印時(shí)，首先計(jì)算E點(diǎn)周?chē)?個(gè)點(diǎn)的像素均值EE*，然后將此均值與E點(diǎn)的實(shí) 際像素值EN*進(jìn)行線性運(yùn)算得到水印信息，如下ffi = (EN*-EE*) / a2安全性的實(shí)現(xiàn)在具體實(shí)現(xiàn)中，采用了混沌系統(tǒng)以保證嵌入信息的安全性。被廣為應(yīng)用的混沌是 Logistic混沌系統(tǒng)，它的改進(jìn)形式為x +1 =l-2x2n x e[-l，l]它對(duì)初值極為敏感，初始值稍微不同，就會(huì)出現(xiàn)完全不同的結(jié)果。本文提出的盲水 印采用該序列對(duì)QR碼圖像進(jìn)行置亂排序。用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為n (此處n為需要置亂的水印數(shù)列長(zhǎng)度)的數(shù)列CI，將 該數(shù)列進(jìn)行排序，從而得到一個(gè)升序數(shù)列CIS。通過(guò)計(jì)算數(shù)列CIS中的每個(gè)數(shù)據(jù)在數(shù)列CI 中的下標(biāo)，得到一個(gè)數(shù)列I。應(yīng)用公式為I(i) = FI(CIS(i))，(1 彡 i 彡 n)式中，函數(shù)FI (parameter)的功能為找出參數(shù)parameter在數(shù)列CI中的下標(biāo)。嵌入水印信息時(shí)，先將水印信息數(shù)列W按照數(shù)列I進(jìn)行置亂排序得到數(shù)列W0，應(yīng)用 公式為W0(i) = ff(I(i)), (1 ^ i ^ n)
然后，將W0嵌入到載體圖像中。提取水印信息時(shí)，在含水印圖像中提取水印信息數(shù)列W(f，然后將W(f進(jìn)行逆置亂， 應(yīng)用的公式為W*(I(i)) = W0*(i), (1 ≤ i ≤n)此時(shí)，得到正常排序的水印信息礦。應(yīng)用上述混沌處理過(guò)程保證了嵌入過(guò)程的安全性和可靠性。3水印嵌入過(guò)程水印嵌入過(guò)程用來(lái)將水印信息嵌入到載體圖像內(nèi)，包括如下6個(gè)步驟。3. 1針對(duì)原始圖像的提升小波變換假設(shè)原始圖像0的大小為NXN像素，將圖像0進(jìn)行提升小波變換，得到提升小波 變換的4個(gè)分量，包括逼近子圖和水平、垂直、對(duì)角線方向的細(xì)節(jié)子圖，分別記為0a、0h、0v、 0d，4個(gè)分量的大小均為NXN/4。3. 2元胞自動(dòng)機(jī)處理為了提高水印的魯棒性，將水印嵌入到提升小波變換的逼近子圖0a中。對(duì)0a進(jìn) 行元胞自動(dòng)機(jī)運(yùn)算，即將0a分解為3X3大小的子塊，按照盲水印實(shí)現(xiàn)中所介紹的方法更改 子塊中E點(diǎn)的像素值。處理后的圖像記為0c。3. 3針對(duì)水印信息的QR碼處理假定水印信息為S，將S處理為QR碼圖像Sw。3. 4混沌加密處理應(yīng)用安全性實(shí)現(xiàn)中所介紹內(nèi)容，將圖像Sw進(jìn)行置亂，得到置亂后的圖像Swl。3. 5水印嵌入應(yīng)用盲水印實(shí)現(xiàn)中所介紹的方法將水印信息嵌入到載體圖像中。公式中a為嵌 入強(qiáng)度，a的值越小，則水印的透明性越好；a的值越大，則水印的魯棒性越高。因此，為了 在高魯棒性與良好的透明性之間取得平衡，需要對(duì)a的取值進(jìn)行控制。此時(shí)，將處理后的 圖像0c記為Oce。3. 6逆提升小波變換將Oce與Oh、0v、0d 一起參與逆提升小波運(yùn)算，得到嵌入水印的載體圖像0e。嵌入過(guò)程結(jié)束，此時(shí)0e即為能夠進(jìn)行版權(quán)認(rèn)證的含有水印信息的版權(quán)圖像。4水印提取過(guò)程水印提取過(guò)程即為水印嵌入過(guò)程的逆過(guò)程，主要包括以下5個(gè)步驟。4. 1提升小波變換首先對(duì)含水印圖像進(jìn)行提升小波變換，得到提升小波變換的逼近子圖0a和細(xì)節(jié) 子圖 0h、0v、0d。4. 2元胞自動(dòng)機(jī)處理將提升小波逼近子圖0a分解為3X3大小的子塊，按照安全性中介紹的元胞自動(dòng) 機(jī)處理方法，將子塊內(nèi)E點(diǎn)像素值更改為其鄰居的平均值，得到Oac。4. 3水印信息提取將0a和Oac按照安全性中介紹的方法進(jìn)行運(yùn)算，提取水印信息。a此處取值與嵌 入時(shí)一致。
4. 4混沌系統(tǒng)處理對(duì)得到的水印信息應(yīng)用混沌系統(tǒng)中介紹的逆置亂方法進(jìn)行處理，得到QR碼圖像 Wqr。4. 5QR碼解碼處理對(duì)得到的圖像Wqr進(jìn)行QR解碼，得到原始水印信息S*。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用二維碼實(shí)現(xiàn)魯棒數(shù)字水印的方法，其特征是采用二維碼技術(shù)確保數(shù)字水印的魯 棒性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是綜合應(yīng)用了元胞自動(dòng)機(jī)、混沌系統(tǒng)、提升小波 技術(shù)、二維碼技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是采用元胞自動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的盲提取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是采用混沌系統(tǒng)確保數(shù)字水印的安全性。
全文摘要
本發(fā)明方法的名稱(chēng)為“應(yīng)用二維碼實(shí)現(xiàn)魯棒數(shù)字水印的方法”，所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)閿?shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)安全等。本發(fā)明方法應(yīng)用提升小波變換提高算法的魯棒性，應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)水印的盲提取，應(yīng)用混沌系統(tǒng)確保實(shí)現(xiàn)方法的高安全性。在嵌入水印時(shí)，首先對(duì)需要版權(quán)保護(hù)的圖像進(jìn)行提升小波變換，然后對(duì)水印圖像進(jìn)行QR碼編碼處理，再對(duì)得到的QR碼圖像進(jìn)行混沌處理以提高算法的安全性，最后將經(jīng)過(guò)QR碼編碼、混沌處理的水印信息通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)處理嵌入到原始圖像的提升小波逼近子圖中，應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)確保水印提取時(shí)不需要原始圖像。水印提取時(shí)，對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的圖像應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)、混沌系統(tǒng)、QR碼解碼得到原始水印信息。該實(shí)現(xiàn)方法具有較高的魯棒性，能夠抵抗剪切、修改、噪聲等攻擊。該實(shí)現(xiàn)方法能夠廣泛應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102005026SQ201010553178
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者常春波, 張麗珠, 李立宗, 王創(chuàng)榮, 程卿, 顧巧論, 高鐵杠 申請(qǐng)人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)