專利名稱：一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，可實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域認(rèn)證和被篡改區(qū)域定位，屬于信息安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)在多媒體領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用，也是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的一個重要分支。數(shù)字水印技術(shù)作為一種新型的信息隱藏技術(shù)受到了越來越多的重視，已經(jīng)成為了多媒體信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。數(shù)字水印的概念最早出現(xiàn)在1994年的圖像處理會議(ICIP’ 94)上,Van Schyndel在會議上發(fā)表了題為“A digital watermark”的論文，它是第一篇在國際會議上發(fā)表的關(guān)于數(shù)字水印的論文。在現(xiàn)代通信技術(shù)中，圖像作為信息含量最豐富的載體，具有不可替代的作用?！ぴ趯?shí)際應(yīng)用中，對于觀察者來說，往往只對圖像的一部分感興趣，例如通信中人物頭像的視覺敏感區(qū)，醫(yī)學(xué)圖像中的病理區(qū)域等，這些區(qū)域統(tǒng)稱為“感興趣區(qū)域”(Regions ofInteresting,簡稱R0I)。把感興趣以外的區(qū)域稱為“背景區(qū)域”(Regions of Background,簡稱ROB)。從主觀上來講，感興趣區(qū)域圖像質(zhì)量的好壞直接影響對圖像的整體評價。因此，人們可以在基于感興趣區(qū)域的基礎(chǔ)上對圖像進(jìn)行編碼，這樣既可以滿足人們對圖像的要求，又能降低傳輸時間，節(jié)省存儲空間。例如，在極低比特圖像壓縮中，對圖像的感興趣區(qū)分配較多的比特以保證感興趣區(qū)的恢復(fù)質(zhì)量，而相應(yīng)的背景區(qū)分配較少的比特。這樣，即使背景區(qū)出現(xiàn)模糊，仍有可能獲得較好的主觀質(zhì)量圖像。還可以指定圖片上的感興趣區(qū)域，然后在壓縮時對這些區(qū)域指定壓縮質(zhì)量，或在恢復(fù)時指定某些區(qū)域的解壓縮要求。目前，感興趣區(qū)域圖像編碼是人們對圖像編碼算法除性能外在功能上的一個要求，是更高層次的要求。SCHNEIDER M提出了圖像關(guān)鍵屬性抽象的概念，指出理想的圖像認(rèn)證方法應(yīng)該以圖像關(guān)鍵屬性作為水印，保護(hù)的對象是圖像的內(nèi)容而非形式。但目前的數(shù)字水印算法基本都是對圖像的整體特征操作，在圖像紋理豐富區(qū)域嵌入大量高強(qiáng)度水印，在平坦區(qū)嵌入少量低強(qiáng)度水印，不分主題和背景，基本無法起到對主題內(nèi)容的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有感興趣區(qū)域水印算法存在的不足，本發(fā)明公開了一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，可進(jìn)行感興趣區(qū)域認(rèn)證和精確定位被篡改區(qū)域。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明在嵌入端由用戶定義的感興趣區(qū)域生成數(shù)字水印和HASH碼，利用加密技術(shù)對水印信息進(jìn)行保護(hù)，水印信息被嵌入到圖像背景區(qū)域的小波分解系數(shù)中。在接收端，通過比較感興趣區(qū)域hash碼和水印重建來進(jìn)行雙重認(rèn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法具有較強(qiáng)的抗各種攻擊的能力，同時還能夠精確定位被篡改區(qū)域。本發(fā)明的感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法包括如下具體步驟
I、在嵌入端
第I步由用戶確定的感興趣區(qū)域生成數(shù)字水印和HASH碼，向可信任第三方保存HASH碼用于感興趣區(qū)域認(rèn)證；
第2步利用加密技術(shù)對水印信息進(jìn)行加密保護(hù)；
第3步水印信息嵌入到圖像背景區(qū)域的小波分解系數(shù)中。2、在檢測端
第I步提取感興趣區(qū)域生成HASH碼，與可信任第三方保存的HASH比對，判斷感興趣區(qū)域是否被篡改；
第2步提取嵌入到背景區(qū)域中的水印信息，進(jìn)行水印信息解密和感興趣區(qū)域重建，定位被篡改區(qū)域。


圖I為本發(fā)明水印嵌入流程圖。圖2為小波變換子帶系數(shù)與其父系數(shù)的樹形關(guān)系圖。圖3為本發(fā)明嵌入水印信息I。圖4為本發(fā)明嵌入水印信息O。圖5為本發(fā)明認(rèn)證及篡改檢測流程圖。
具體實(shí)施例方式按本發(fā)明的原理，水印嵌入端的具體實(shí)施過程如下
步驟I :使用雙正交小波基“D9/7”對Lena圖像進(jìn)行離散小波變換；
步驟2 :生成數(shù)字水印，將ROI區(qū)域轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列并使用橢圓曲線加密體質(zhì)進(jìn)行加
密；
步驟3:水印嵌入。根據(jù)如下規(guī)則嵌入水印比特。(I)嵌入O :在本算法中，將水印比特嵌入ROB小波系數(shù)的第5位平面，則修改后的系數(shù)與原系數(shù)的改變量為25=32。為了降低對圖像質(zhì)量的影響，具體嵌入時考慮三種規(guī)則第一種嵌入規(guī)則如圖3值I所示，將第5位平面值改變?yōu)镺 ;第二種嵌入規(guī)則如圖3值2所示，將第6位平面值改變?yōu)?，同時將第4，3，2位平面的值設(shè)置為0，第1，O位平面的值根據(jù)值I第1，O位平面翻轉(zhuǎn)；第三種嵌入規(guī)則如圖3值3所示，將第4，3，2位平面的值設(shè)置為1，第1，O位平面的值根據(jù)值2第1，O位平面翻轉(zhuǎn)。最后，選擇與原小波系數(shù)差值最小的數(shù)值作為最終的嵌入水印比特的系數(shù)。(2)嵌入I :其原理與嵌入O相同，規(guī)則如下第一種嵌入規(guī)則如圖3值I所示，將第5位平面值改變?yōu)镮 ;第二種嵌入規(guī)則如圖3值2所示，將第6位平面值設(shè)置為0，同時將第4，3，2位平面的值設(shè)置為1，第1，O位平面的值根據(jù)值I第1，O位平面翻轉(zhuǎn)；第三種嵌入規(guī)則如圖3值3所示，將第4，3，2位平面的值設(shè)置為1，第1，O位平面的值根據(jù)值2第1，O位平面翻轉(zhuǎn)。最后，選擇與原小波系數(shù)差值最小的數(shù)值作為最終的嵌入水印比特的系數(shù)。步驟4 :將變換域圖像進(jìn)行DWT反變換，最后得到重構(gòu)后的結(jié)果圖像。本章所設(shè)計的是一種盲數(shù)字水印算法，本算法在進(jìn)行水印提取和驗(yàn)證時，既不需要原始圖像，也不需要原始水印信息。水印提取時的關(guān)鍵信息為隨機(jī)數(shù)種子選擇的嵌入位置、小波類型、小波分解的層數(shù)等信息。水印檢測端的具體實(shí)施過程如下
(I)計算ROI的hash碼并與接收到的hash碼進(jìn)行比較,若hash碼相同則ROI通過驗(yàn)證，證明ROI未經(jīng)過任何篡改；
(2)從ROB提取水印信息重建R0I，提取水印過程為嵌入過程的逆過程。
權(quán)利要求
1.一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，可精確定位被篡改的感興趣區(qū)域，屬于信息安全領(lǐng)域，其特征在于包括如下具體步驟。
2.在嵌入端 第I步由用戶確定的感興趣區(qū)域生成數(shù)字水印和HASH碼，向可信任第三方保存HASH碼用于感興趣區(qū)域認(rèn)證； 第2步利用加密技術(shù)對水印信息進(jìn)行加密保護(hù)； 第3步水印信息嵌入到圖像背景區(qū)域的小波分解系數(shù)中。
3.在檢測端 第I步提取感興趣區(qū)域生成HASH碼，與可信任第三方保存的HASH比對，判斷感興趣區(qū)域是否被篡改； 第2步提取嵌入到背景區(qū)域中的水印信息，進(jìn)行水印信息解密和感興趣區(qū)域重建，定位被篡改區(qū)域。
4.如權(quán)利要求書I和2所述的一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，在水印嵌入端確定的感興趣區(qū)域不大于原始圖像的二分之一。
5.如權(quán)利要求書I和2所述的一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，在水印嵌入端生成HASH碼算法選用MD5。
6.如權(quán)利要求書I和2所述的一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，在水印嵌入端加密技術(shù)選用橢圓曲線加密體制。
7.如權(quán)利要求書I和2所述的一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，在水印嵌入端圖像小波分解級數(shù)為3。
全文摘要
一種感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測數(shù)字水印方法，屬于信息安全領(lǐng)域。在水印嵌入端由用戶定義感興趣區(qū)域并生成水印信息和HASH碼，利用加密技術(shù)對水印信息進(jìn)行保護(hù)，水印信息嵌入到圖像背景區(qū)域的小波分解系數(shù)中。在接收端，通過比較感興趣區(qū)域hash碼和水印重建來進(jìn)行雙重認(rèn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法具有較強(qiáng)的抗各種攻擊的能力，同時還能夠精確定位被篡改區(qū)域。本發(fā)明可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、遙感等圖像的感興趣區(qū)域認(rèn)證和篡改檢測。
文檔編號G06T1/00GK102945542SQ201210443250
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者崔得龍, 左敬龍 申請人:崔得龍, 左敬龍