專利名稱：一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)字圖像水印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置。
背景技術(shù)：
常用的圖像特征有顏色特征、紋理特征、形狀特征、空間關(guān)系特征。顏色特征是一種全局特征，描述了圖像或圖像區(qū)域所對(duì)應(yīng)的景物的表面性質(zhì)。一般顏色特征是基于像素點(diǎn)的特征。紋理特征需要在包含多個(gè)像素點(diǎn)的區(qū)域中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。在模式匹配中，這種區(qū)域性的特征具有較大的優(yōu)越性，不會(huì)由于局部的偏差而無法匹配成功。各種基于形狀特征的檢索方法都可以比較有效地利用圖像中感興趣的目標(biāo)來進(jìn)行檢索?？臻g關(guān)系，是圖像中分割出來的多個(gè)目標(biāo)之間的相互的空間位置或相對(duì)方向關(guān)系，這些關(guān)系也可分為連接/鄰接關(guān)系、交疊/重疊關(guān)系和包含/包容關(guān)系等?；舴蚵幋a是一種編碼方式，是一種用于無損數(shù)據(jù)壓縮的熵編碼算法。霍夫曼樹又稱最優(yōu)二叉樹，是一種帶權(quán)路徑長度最短的二叉樹。所謂樹的帶權(quán)路徑長度，就是樹中所有的葉結(jié)點(diǎn)的權(quán)值乘上其到根結(jié)點(diǎn)的路徑長度。數(shù)字圖像水印技術(shù)是目前檢測(cè)數(shù)字圖像可信度的有效方法之一。因其具有良好的隱蔽性、魯棒性和可檢測(cè)性，目前已經(jīng)引起了研究者的廣泛關(guān)注。但數(shù)字圖像水印技術(shù)較高的算法復(fù)雜度卻成為制約其發(fā)展的不利因素。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)提供的數(shù)字圖像水印技術(shù)，算法復(fù)雜度較高，可擴(kuò)展性較差，應(yīng)用復(fù)雜，難以廣泛推廣的問題。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，該數(shù)字水印裝置包括:數(shù)字圖像采集模塊、數(shù)據(jù)水印生成模塊、水印嵌入模塊、圖像重構(gòu)模塊；所述數(shù)字圖像采集模塊與所述水印嵌入模塊及數(shù)據(jù)水印生成模塊相連接，所述數(shù)據(jù)水印生成模塊與所述水印嵌入模塊相連接，所述水印嵌入模塊與所述圖像重構(gòu)模塊相連接。進(jìn)一步，所述數(shù)字水印裝置還包括:水印提取模塊、辨別模塊；所述圖像重構(gòu)模塊與所述水印提取模塊相連接，所述水印提取模塊與所述辨別模塊相連接。進(jìn)一步，所述數(shù)字水印裝置還包括:圖像攻擊模塊；所述圖像攻擊模塊與所述圖像重構(gòu)模塊相連接。進(jìn)一步,所述圖像攻擊模塊進(jìn)一步包括:善意修改單元、惡意篡改單元；所述善意修改單元及惡意篡改單元分別與所述圖像重構(gòu)單元相連接。[0014]進(jìn)一步，所述數(shù)字圖像采集模塊可以是衛(wèi)星，也可以是數(shù)碼相機(jī)，或者能夠直接獲得的地圖信息，作者原創(chuàng)的數(shù)字圖像或是自己的照片。本實(shí)用新型提供的基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，數(shù)字圖像采集模塊采集待嵌入數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，數(shù)據(jù)水印生成模塊利用Canny算子生成待嵌入的數(shù)字水印信息，水印嵌入模塊采用霍夫曼編碼原理把數(shù)字水印信息嵌入到采集到的數(shù)字圖像中，圖像重構(gòu)模塊生成含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，圖像攻擊模塊對(duì)含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像進(jìn)行各種類型的攻擊，當(dāng)版權(quán)發(fā)生糾紛時(shí)，水印提取模塊把數(shù)字圖像中的數(shù)字水印信息提取出來，從而進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e，辨別模塊利用提取出來的數(shù)字水印信息與原始水印信息進(jìn)行比較，來辨別數(shù)字圖像的可用性和真實(shí)性，該數(shù)字水印裝置可采用多種圖像特征，具有很好的擴(kuò)展性，減小了數(shù)字圖像水印技術(shù)的算法復(fù)雜度，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置的結(jié)構(gòu)框圖。為了便于說明，僅僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分。該數(shù)字水印裝置包括:數(shù)字圖像采集模塊11、數(shù)據(jù)水印生成模塊12、水印嵌入模塊13、圖像重構(gòu)模塊14 ；數(shù)字圖像采集模塊11與水印嵌入模塊13及數(shù)據(jù)水印生成模塊12相連接，數(shù)據(jù)水印生成模塊12與水印嵌入模塊13相連接，水印嵌入模塊13與圖像重構(gòu)模塊14相連接。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該數(shù)字水印裝置還包括:水印提取模塊15、辨別模塊16 ；圖像重構(gòu)模塊14與水印提取模塊15相連接，水印提取模塊15與辨別模塊16相連接。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該數(shù)字水印裝置還包括:圖像攻擊模塊17 ；圖像攻擊模塊17與圖像重構(gòu)模塊14相連接。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，圖像攻擊模塊17進(jìn)一步包括:善意修改單元171、惡意篡改單元172 ；善意修改單元171及惡意篡改單元172分別與圖像重構(gòu)單元相連接。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，數(shù)據(jù)水印生成模塊12生成的待嵌入的數(shù)字水印信息利用的是數(shù)字圖像采集模塊11采集到的數(shù)字圖像的邊緣信息。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，數(shù)據(jù)水印生成模塊12通過Canny算子提取數(shù)字圖像采集模塊11采集到的數(shù)字圖像的邊緣信息。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，水印嵌入模塊13采用基于霍夫曼編碼原理把數(shù)據(jù)水印生成模塊12提取到的數(shù)字水印信息嵌入到數(shù)字圖像采集模塊11采集到的數(shù)字圖像中。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該數(shù)字水印裝置中的圖像特征可采用形狀特征、空間關(guān)系、紋理特征、顏色特征、突變特征或關(guān)系特征。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，辨別模塊16利用相關(guān)系數(shù)來定量地衡量水印提取模塊15提取出的水印信息與原始水印信息的相似度。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，數(shù)字圖像采集模塊11可以是衛(wèi)星，也可以是數(shù)碼相機(jī)航空拍攝，或者能夠直接獲得的地圖信息，作者原創(chuàng)的數(shù)字圖像或是自己的照片。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，包括:數(shù)字圖像采集裝置，用于采集待嵌入數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像；數(shù)據(jù)水印生成模塊12，主要用于生成待嵌入的數(shù)字水印信息；水印嵌入模塊13，主要用于把數(shù)字水印信息嵌入到采集到的數(shù)字圖像中；圖像重構(gòu)模塊14，主要用于生成含有數(shù)字水印信息的圖像；圖像攻擊模塊17，主要用于對(duì)含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像進(jìn)行各種類型的攻擊，包括善意修改和惡意篡改；水印提取模塊15，主要用于當(dāng)版權(quán)發(fā)生糾紛時(shí)，利用此模塊把數(shù)字水印信息提取出來，從而進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e；辨別模塊16，主要用于利用提取出來的數(shù)字水印信息和原始的數(shù)字水印信息進(jìn)行比較，來辨別數(shù)字圖像的可用性和真實(shí)性。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，在該數(shù)字水印裝置中，嵌入水印時(shí)，數(shù)字水印信息利用的是數(shù)字圖像的邊緣信息；提取數(shù)字圖像邊緣信息時(shí)利用的是Canny算子；嵌入數(shù)字水印信息時(shí)，使用的方法是基于霍夫曼編碼原理的，將數(shù)字圖像三級(jí)小波變換后的第三級(jí)低頻邊緣特征分成若干個(gè)4*4小矩陣，每個(gè)小矩陣中有十六個(gè)像素值，將這十六個(gè)像素值利用霍夫曼編碼的方法進(jìn)行編碼，然后用最頂層樹結(jié)點(diǎn)替換中頻中的像素值，此結(jié)點(diǎn)即是要嵌入的水印信息，具體替換哪個(gè)像素值由葉子結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定，即如果有N個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)，就替換中頻中對(duì)應(yīng)小矩陣中的第N個(gè)像素值；該數(shù)字水印裝置也可采用圖像的其他特征，比如紋理特征、顏色特征、突變特征、關(guān)系特征等，具有很好的擴(kuò)展性；可以利用相關(guān)系數(shù)來定量地衡量提取水印和原始水印的相似度。數(shù)字圖像采集模塊11可以是衛(wèi)星，也可以是數(shù)碼相機(jī)航空拍攝，或者能夠直接獲得的地圖信息，作者原創(chuàng)的數(shù)字圖像或是自己的照片。該數(shù)字水印裝置生成水印時(shí)，數(shù)字水印信息利用的是數(shù)字圖像的邊緣特征。圖像邊緣是圖像的基本特征之一，它包含對(duì)人類視覺和機(jī)器視覺有價(jià)值的物體邊緣信息。圖像中急劇變化的點(diǎn)，通常對(duì)應(yīng)于代表圖像結(jié)構(gòu)的邊緣部位，也就是圖像信息的主要部分。該數(shù)字水印裝置嵌入水印時(shí)，使用的方法是基于霍夫曼編碼原理的，將數(shù)字圖像三級(jí)小波變換后的第三級(jí)低頻邊緣特征分成若干個(gè)4*4小矩陣，每個(gè)小矩陣中有十六個(gè)像素值，將這十六個(gè)像素值利用霍夫曼編碼的方法進(jìn)行編碼，然后用最頂層樹結(jié)點(diǎn)替換中頻中的像素值，此結(jié)點(diǎn)即是本算法的數(shù)字水印信息，具體替換哪個(gè)像素值由葉子結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定，即如果有N個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)，就替換中頻中對(duì)應(yīng)小矩陣中的第N個(gè)像素值。根據(jù)人類視覺特性的視覺掩蓋效應(yīng)，只要水印強(qiáng)度低于某一閾值，人眼就無法分辨出來。因此，在視覺不敏感的部分加入大幅度的數(shù)字水印信號(hào)，而在視覺敏感的部分僅加入小幅度的水印信號(hào)。在該數(shù)字水印裝置中，對(duì)重構(gòu)圖像進(jìn)行攻擊時(shí)，可以采用的攻擊方式有:逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)I度、2度、5度、IO度，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)I度、2度、5度、IO度，圖像縮小到原來的95 %，圖像放大到原來的105%，0.1高斯噪聲，0.1椒鹽噪聲，高斯白噪聲，重新采樣，調(diào)整對(duì)比度，銳化圖像，腐蝕圖像，篡改，2*2濾波，3*3濾波，圖像增亮，圖像填充，JPEG壓縮，兩副圖像相乘，波浪扭曲，動(dòng)感模糊，擠壓，顆粒紋理，彩塊化，水平I像素右移，垂直I像素下移等。該數(shù)字水印裝置中，提取水印時(shí)，從小波變換第三級(jí)中頻中根據(jù)嵌入過程嵌入的位置，提取出像素值，此像素值即是提取出的數(shù)字水印信息。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，數(shù)字圖像采集模塊11采集待嵌入數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，數(shù)據(jù)水印生成模塊12利用Canny算子生成待嵌入的數(shù)字水印信息，水印嵌入模塊13采用霍夫曼編碼原理把數(shù)字水印信息嵌入到采集到的數(shù)字圖像中，圖像重構(gòu)模塊14生成含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，圖像攻擊模塊17對(duì)含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像進(jìn)行各種類型的攻擊，當(dāng)版權(quán)發(fā)生糾紛時(shí)，水印提取模塊15把數(shù)字圖像中的數(shù)字水印信息提取出來，從而進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e，辨別模塊16利用提取出來的數(shù)字水印信息與原始水印信息進(jìn)行比較，來辨別數(shù)字圖像的可用性和真實(shí)性，該數(shù)字水印裝置可采用多種圖像特征，具有很好的擴(kuò)展性，減小了數(shù)字圖像水印技術(shù)的算法復(fù)雜度，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)。以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，其特征在于，該數(shù)字水印裝置包括:數(shù)字圖像采集模塊、數(shù)字水印生成模塊、水印嵌入模塊、圖像重構(gòu)模塊； 所述數(shù)字圖像采集模塊與所述水印嵌入模塊及數(shù)字水印生成模塊相連接，所述數(shù)字水印生成模塊與所述水印嵌入模塊相連接，所述水印嵌入模塊與所述圖像重構(gòu)模塊相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印裝置，其特征在于，所述數(shù)字水印裝置進(jìn)一步包括:水印提取模塊、辨別模塊； 所述圖像重構(gòu)模塊與所述水印提取模塊相連接，所述水印提取模塊與所述辨別模塊相連接。
3.按權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印裝置，其特征在于，所述數(shù)字水印裝置還包括:圖像攻擊模塊； 所述圖像攻擊模塊與所述圖像重構(gòu)模塊相連接。
4.按權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印裝置，其特征在于，所述數(shù)字圖像采集模塊可以是衛(wèi)星，也可以是數(shù)碼相機(jī)，或者能夠直接獲得的地圖信息，作者原創(chuàng)的數(shù)字圖像或是自己的照片。
專利摘要本實(shí)用新型適用于數(shù)字圖像水印技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于圖像特征及霍夫曼編碼原理的數(shù)字水印裝置，數(shù)字圖像采集模塊采集待嵌入數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，數(shù)據(jù)水印生成模塊利用Canny算子生成待嵌入的數(shù)字水印信息，水印嵌入模塊采用霍夫曼編碼原理把數(shù)字水印信息嵌入到采集到的數(shù)字圖像中，圖像重構(gòu)模塊生成含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像，圖像攻擊模塊對(duì)含有數(shù)字水印信息的數(shù)字圖像進(jìn)行各種類型的攻擊，當(dāng)版權(quán)發(fā)生糾紛時(shí)，水印提取模塊把數(shù)字圖像中的數(shù)字水印信息提取出來，從而進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e，辨別模塊利用提取出來的數(shù)字水印信息與原始水印信息進(jìn)行比較，來辨別數(shù)字圖像的可用性和真實(shí)性，有效地減小了數(shù)字圖像水印技術(shù)的算法復(fù)雜度。
文檔編號(hào)G06T1/00GK202929680SQ201220084310
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者李亞琴 申請(qǐng)人:蘇州市職業(yè)大學(xué)