專利名稱：一種數字水印的嵌入、定位篡改方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及數字水印技術領域，尤其涉及一種數字水印的嵌入、定位篡改 方法及裝置。
背景技術：
近年來，隨著數字化技術和互聯網技術飛速發展，著作權人的權益保護 面臨嚴重威脅。由于著作權人的勞動成果-數字圖像可以以數字形式獲得， 并且可以制作出完美拷貝，因此，著作權人的權益很容易收到損害。數字水 印:汰術應運而生。數字水印技術是將代表著作權人身份的特定信息(即數字水印)，按照某 種方式植入被保護的數字圖像中，而不影響被保護的數字圖像的使用價值， 也不容易被人的知覺系統覺察或者注意到。根據數字水印，可以達到確認著 作權人、購買者或者判斷數字圖像是否被篡改，以維護著作權人權益等目的。 為了下文便于描述，將嵌入數字圖像之前生成的數字水印稱為原始數字水印， 將已經嵌入數字圖像并隨之進行傳播的數字水印稱為第 一數字水印，將沒有 嵌入數字水印的數字圖像稱為原始數字圖像，將嵌入了數字水印的數字圖像 稱為第一數字圖像。現有數字水印技術包括將原始數字水印嵌入原始數字圖像，以及當維護著作人權益時，需要對第一數字水印進行定位篡改。定位篡改具體為將第一數字水印從第 一數字圖像中提取出來，通過對比原始數字水印以及第 一數 字水印，可以得知原始數字圖像被篡改的位置。發明人在研究過程中，發現現有數字水印技術存在如下缺點定位篡改 時，需要將從第 一數字圖像中提取出的第 一數字水印與原始數字水印進行對 比。由于定位篡改時需要原始數字水印，所以，需要將原始數字水印與第一 數字圖像同時進行傳播，而原始數字水印在傳播過程中，同第一數字圖像一 樣極易受到惡意攻擊。若定位篡改時將從第 一數字圖像中提取出的第 一數字 水印與受到惡意攻擊的原始數字水印進行對比，顯然得到的結果是不準確的。7除此之外，現有數字水印技術在嵌入數字水印時不能很好地解決數字水印自身應具有的魯棒性與透明性的矛盾。數字水印的魯棒性是指一個數字水印應該能夠承受大量的、有意或無意的、各種物理和幾何失真。數字水印的透明性是指視覺上的不可見性，即因嵌入數字水印導致數字圖像的變化對觀察者的視覺系統來講應該是不可察覺的。通常情況下，數據量越大，數字水印的魯棒性越好，但是透明性越差。因此，數字水印所應具備的魯棒性與透明性之間的矛盾不能很好的解決。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種數字水印的嵌入、定位篡改方法及裝置，以解決現有技術定位篡改時，需要將從第一數字圖像中提取出的第一數字水印與原始數字水印進行對比的問題。
一種數字水印的嵌入方法，所述方法包括
計算數字水印嵌入參數，并提取原始數字圖像的水平線，對所述水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；
根據所述數字水印嵌入參數以及數字水印嵌入序列進行嵌入，并生成第一數字圖像，所述第 一數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像。
優選地，所述提取原始數字圖像的水平線的具體實現為
根據原始數字圖像確定閾值；
根據所述閾值以及原始數字圖像像素點的像素值構造矩陣；
由所述矩陣生成表示原始數字圖像水平線的矩陣，所述表示原始數字圖像水平線的矩陣對應的數字圖像為原始數字圖像的水平線。
優選地，所述計算數字水印嵌入參數的具體實現為
計算數字水印嵌入強度；
為
根據所述數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌入序列進行嵌入。可選地，所述計算數字水印嵌入參數還包括 計算數字水印的臨界噪聲閾值JND;根據所述數字水印嵌入參數以及數字水印嵌入序列進行嵌入的具體實現為根據所述數字水印的JND、所述數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌 入序列進行嵌入。優選地，計算數字水印嵌入強度的具體實現為將原始數字圖像進行分塊；對每塊進行1級離散小波變換DWT變換，得到高頻水平分量以及高頻垂直分量；根據預先設定的閾值、所述高頻水平分量以及高頻垂直分量計算數字水 印嵌入強度。優選地，所述計算數字圖像的JND的具體實現為 將原始數字圖像進行分塊；根據對比靈敏度的上限值、每塊的亮度平均值、預先設定的灰度范圍值 計算每塊的亮度值對噪聲的掩蓋因子；利用每塊的每種灰度值在該塊中所占的比例計算每塊的熵值；根據所述掩蓋因子以及熵值計算每塊的可允許噪聲閾值；根據所述可允許噪聲閾值以及規一化范圍的端點值計算JND。一種數字水印定位篡改的方法，所述方法包括從第一數字圖像中通過置亂技術提取第 一數字水印，并且從所述第一數 字圖像中提取所述第 一數字圖像的水平線，所述第 一數字圖像為嵌入了數字 水印進行傳播的數字圖像，所述第 一數字水印為所述第 一數字圖像中嵌入的 數字水印；對比提取出的所述第 一數字水印以及所述第 一數字圖像的水平線；根據第 一數字水印以及所述第 一數字圖像的水平線的對比進行定位篡改。
優選地，從第 一數字圖像中提取第 一數字圖像的水平線的具體實現為根據第 一數字圖像確定閾值；
根據所述閾值以及第 一數字圖像像素點的像素值構造矩陣；
由所述矩陣生成表示第 一數字圖像水平線的矩陣，所述表示第 一數字圖像水平線的矩陣對應的第 一數字圖像為第 一數字圖像的水平線。
優選地，從第 一數字圖像中通過置亂技術提取第 一數字水印的具體實現
為
將所述第 一數字圖像進行分塊；
對每塊進行1級DWT變換得到高頻水平分量以及高頻垂直分量；
根據原始數字水印與高頻水平分量以及高頻垂直分量與的對應關系得到第一數字水印嵌入序列；
將所述第一數字水印嵌入序列進行Arnold置亂反變換得到所述第一數字水印。
一種提取數字圖像水平線的方法，所述方法包括根據數字圖像確定閾值；
根據所述閾值以及數字圖像像素點的像素值構造矩陣；
由所述矩陣生成表示數字圖像水平線的矩陣，所述表示數字圖像水平線的矩陣對應的數字圖像為數字圖像的水平線。
優選地，所述由所述矩陣生成表示數字圖像水平線的矩陣的具體實現為
如果矩陣中表示像素點的值的上、下、左、右四鄰域的值全為O,則將所述表示像素點的值記為1,如果所述表示像素點的值的上、下、左、右四鄰域的值的全為1，或者，部分為1且部分為0，則所述表示像素點的值不變，得到的即為表示數字圖像水平線的矩陣。
10一種數字水印嵌入的裝置，所述裝置包括 計算單元，用于計算數字水印嵌入參數；數字水印嵌入序列生成單元，用于提取原始數字圖像的水平線，對所述 水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；嵌入單元，用于根據所述計算單元計算的參數以及所述數字水印嵌入序 列生成單元生成的數字水印嵌入序列進行嵌入，并生成第一數字圖像，第一 數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像。優選地，所述計算單元包括數字水印嵌入強度計算單元，用于計算數字水印嵌入強度；嵌入單元用于根據所述數字水印嵌入強度計算單元計算的數字水印嵌入 強度以及所述數字水印嵌入序列生成單元生成的數字水印嵌入序列進行嵌入。可選地，所述計算單元還包括數字水印JND計算單元，用于計算數字水印的JND;所述嵌入單元用于根據所述數字水印JND計算單元計算的JND、所述數 字水印嵌入強度計算單元計算的數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌入序優選地，所述數字水印嵌入強度計算單元包括 第一分塊單元，用于將原始數字圖像進行分塊；第一變換單元，用于對每塊進行1級DWT變換，得到高頻水平分量以及 高頻垂直分量；數字水印嵌入強度單元，用于根據預先設定的閾值、所述變換單元得到 的高頻水平分量以及高頻垂直分量計算數字水印嵌入強度。優選地，所述數字水印JND計算單元包括第二分塊單元，用于將原始數字圖像進行分塊；掩蓋因子單元，用于根據對比靈敏度的上限值、每塊的亮度平均值、預 先設定的灰度范圍值計算每塊的亮度值對噪聲的掩蓋因子；熵值單元，用于利用每塊的每種灰度值在該塊中所占的比例計算每塊的熵值；可允許噪聲閾值單元，用于利用所述掩蓋因子單元計算的掩蓋因子以及所述熵值單元計算的熵值計算每塊的可允許噪聲閾值；JND單元，用于根據所述可允許噪聲閾值單元計算的可允許噪聲閾值以 及規一化范圍的端點值計算JND。一種數字水印定位篡改的裝置，所述裝置包括提取單元，用于從第一數字圖像中通過置亂技術提取第一數字水印，并 且從所述第 一數字圖像中提取所述第 一數字圖像的水平線，所述第 一數字圖 像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像，第 一數字水印為所述第 一數字圖 像中嵌入的數字水印；對比單元，用于對比所述提取單元提取出的所述第一數字水印以及所述 第一數字圖像的水平線；定位篡改單元，用于根據所述對比單元的對比進行定位篡改。可以看出，本發明具有如下有益效果在定位篡改時，由于將第一數字 水印與第一數字圖像的水平線進行對比，因此不用借助原始數字水印，避免了原始數字水印在傳播過程中受到惡意攻擊，導致定位篡改的結果的不準確。 具體為對于第一數字圖像的水平線，即使對第一數字圖像進行了惡意攻擊， 第 一數字圖像的水平線與原始數字圖像的水平線相比，只有篡改部分發生了 變化，由于數字圖像的水平線所選取的閾值非常穩定，未篡改部分仍然非常 相近，因此，可以將第一數字圖像的水平線作為定位篡改的依據。對于第一 數字水印，在對第一數字圖像進行定位篡改時，從第一數字圖像中提取出第 一數字水印以及第一數字圖像的水平線，由于在提取第一數字水印時Arnold 置亂技術的應用，它通過把遭到損壞的原先集中在一起的比特分散開來，減 小了對人視覺的影響，從而提取的第 一數字水印跟原來嵌入時的原始數字水印很相近。由于原始數字水印是原始數字圖像的水平線，則第一數字水印與 原始數字圖像的水平線很相近。因此，對比第一數字水印與第一數字圖像的 水平線時，只有第一數字圖像的水平線被篡改的部分變化較大，即可實現定 位篡改。此外，本發明實施例在數字水印嵌入時，考慮了JND這一因素，有效解決了數字水印魯棒性與透明性之間的矛盾。
圖1為本發明數字水印嵌入方法流程圖； 圖2為本發明數字水印嵌入方法實施例流程圖； 圖3為本發明原始數字圖像、水平集、水平線示意圖； 圖4為本發明數字水印定位篡改方法流程圖； 圖5為本發明數字水印嵌入裝置結構圖； 圖6為本發明數字水印定位篡改裝置結構圖。
具體實施方式
為使本發明的上述特征、優點更加明顯易懂，下面結合具體實施方式
對 本發明進行詳細說明。請參考圖1,示出了本發明數字水印嵌入方法流程圖，包括步驟101:計算數字水印嵌入參數，并提取原始數字圖像的水平線，對所 述水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；并生成第 一數字圖像，所述第 一數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字 圖像。下面結合實施例對圖1所示各步進行詳細說明。本發明數字水印嵌入實施例可以分為四個部分，分別是求出數字水印嵌 入序列、計算數字水印嵌入強度值、計算臨界噪聲閾值JND (Just Noticable Difference )以及才艮據數字水印嵌入強度值和JND進行嵌入。在包含上述本發明實施例四個部分的基礎上，本發明實施例可以包含以
下步驟，請參考圖2所示
步驟201:提取原始數字圖像的水平線并將原始數字圖像進行分塊；
步驟202:將提出的水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列，并對每塊計 算JND以及數字水印嵌入強度；
步驟203:利用數字水印嵌入序列、JND、數字水印嵌入強度進行嵌入；
步驟204:對每個塊進行1級離散小波變換DWT反變換得到第一數字圖像。
下面對圖2所示步驟進行詳細說明。假設原始數字圖像為m x m的矩陣。 首先，求出數字水印嵌入序列。本發明實施例利用數字圖像的自身特性-水 平線生成數字水印嵌入序列。在說明在前，首先引入水平集的概念，定義圖 像在閾值為/1的水平集為數字圖像中所有大于等于義的像素值組成的集合。
其中，A (D)稱為閣值面積函數，為圖像中具有像素值D的所有輪廓所 包圍的面積。
義的選取位于直方圖兩峰之間的最低點。由于直方圖是閾值面積函數的導 數，所以，兩峰之間的最低點變化最緩慢，即義的變化最緩慢。進而，選取義 作為水平集的閾值，將使得水平集的變化最緩慢。
水平線是水平集構成的圖像的邊緣，由于水平集的變化最緩慢，所以水 平線對原始數字圖像來說變化最緩慢，或者幾乎不發生變化。
請參考圖3,為原始數字圖像301、原始數字圖像的水平集構成的圖像302、 原始數字圖像的水平線303的示意圖。在圖3中，原始數字圖像的水平集是 由大于義的像素值組成的集合構成的圖像，原始數字圖像的水平線是原始數字 圖像的水平集構成的圖像的邊緣。
以上對原始數字圖像的水平線進行了詳細說明，在了解原始數字圖像水 平線概念的基礎上，下面對如何求出原始數字圖像的水平線進行詳細說明， 可以包括以下步驟
其中，義由直方圖求出。定義直方圖為H(")首先需要指出的是在本實施例中，由于計算數字水印嵌入強度值以及
計算JND需要將原始數字圖像進行4x4分塊，所以，求出原始數字圖像水平 線之前需要將原始數字圖像的長與寬各縮小為原來的四分之一。另外，根據 對原始數字圖像不同的分塊，在求原始數字圖像水平線時對原始數字圖像縮 小的比例不局限于此。
步驟Al 、從原始數字圖傳 泉素值D的直方圖中確定閾值義；
步驟A2、將原始數字圖像中像素值大于等于義的像素點標記為1，將原 始數字圖像中像素值小于義的像素點標記為0，得到數值為0或1的mxm矩 P車，i己為levelset;
步驟A2僅為較佳實施例，其實施并不局限于此種方法。
步驟A3、將得到的levelset進行矩陣擴展，擴展成(m + 2 ) x (m + 2 ) 的矩陣，記為levelsef ,并將擴展的數值全部賦予值0,便于后續處理；
步驟A4、將得到的levelset'進行四鄰域反填充，得到水平線，具體為 布支設levelse1/的行為i,列為j ，對于levelset' 中位于2《i《m+l、 2《j《m + 1的像素點，如果其上、下、左、右四鄰域的值全為0,則將像素點的值記 為1,如果其上、下、左、右四鄰域的值全為1,則該像素點的值不變，如果 其上、下、左、右四鄰域的值不全為l或者不全為O,則該像素點的值仍然不 變。這樣得到的m x m的矩陣即為原始數字圖像的水平線。
步驟A4為本發明的較佳實施例，根據步驟A2不同的標記方法，步驟 A4的實施不局限于此。
為了便于理解步驟A4，請參考圖3,在圖3的原始數字圖像的水平集構 成的圖像302中，黑色部分的像素值為O,白色部分的像素值為l,即原始數 字圖像的水平集為白色，其余部分為黑色。假設黑色部分某個像素點，如果 其上、下、左、右的四個像素點的值均為0,則將該像素點的值置為1,以及， 如果其上、下、左、右四鄰域的值全為l，則該像素點的值不變，對應于圖3 中原始數字圖像的水平線303的白色部分。如果其上、下、左、右四鄰域的 值不全為1或者不全為0,則該像素點的值不變，對應于圖3中原始數字圖像 的水平線303中的圖像輪廓，即原始數字圖像水平線。步驟A5、將得到的原始數字圖像的水平線進行Arnold置亂，得到數字水 印嵌入序列。本發明實施例中，數字水印嵌入序列由0和1組成，即w (i, j) 為0或者1。本步驟中，置亂技術不局限于此，例如，還可以使用幻方置亂技 術。
下面計算數字水印嵌入強度值。
步驟B1 、將原始數字圖像進行4x4分塊；
步驟Bl進行的4x4分塊僅為較佳實施例，分塊的處理不局限于4 x 4方 式，例如可以是2x2,或者6x6。
步驟B2、將得到的每個塊進行1級DWT變換，得到每個塊的兩個分量， 即高頻水平分量HL、高頻垂直分量LH;
步驟B3、利用公式(1 )計算每個塊HL、 LH分量的數字水印嵌入強度
值；
其中，A是預先設定的閾值，為了防止公式(1)的分母為O,":表示原 始數字圖像的第(u, v)塊進行l級DWT變換后的^分量，^e"7/,/ffi,ffi^， x、 y表示每個分量矩陣的下標值，xe{0，l}je{0，l}。
至此，計算出了數字水印嵌入強度值，數字水印嵌入強度值表示可嵌入 數據量的強度因子。下面對計算JND進行詳細說明。
JND充分利用了人類視覺系統的屏蔽特性，對人眼的某些視覺現象進行 了觀察分析，并結合了視覺心理等因素。可以包括以下步驟
步驟C1、與B1相同，將原始數字圖像進行4x4分塊；
步驟C2、利用公式(2)計算每塊的亮度值(即每塊灰度值的和的平均 值)對噪聲的掩蓋因子w(/z，v)』1
0.02,
■ + O.Olj if ow(m， v):
0.02)[— ，，)-/2〗2
(255-
if < av< ， v)《J2. .+ 0.02， if 肌'e(ii,v)〉i2
(2)
公式(2)中，A表示對比靈敏度的最大值，ave(u,v)表示原始數字圖像第 (u, v)塊的亮度平均值，/,， /2分別為預先設定的灰度范圍值。
步驟C3、利用公式(3)計算每個塊的熵值，其中/^是4x4小塊中每種 灰度像素值在此塊中所占百分比。
16
,,力=-2 &/^ (3) 步驟C4、根據步驟C2與C3,計算每個塊的可允許噪聲閾值r (u， v ),
即
J' (U, V) =wO,。XH(u，v) (4)
步驟C5、對J' (u, v)進行規一化處理，利用公式(5)求出每個塊的
JND,其中，規一化范圍是(c， d)，且c、 d大于0，
〃 、
-[■/' (w, v) _ min(7')] + c
(5)
max(y') -min(y')
以上對求數字水印嵌入序列，計算數字水印嵌入強度值，計算JND進 行了詳細說明，下面詳細說明利用數字水印嵌入序列、數字水印嵌入強度值 以及JND進行嵌入。
本發明實施例利用公式(6)進行嵌入
if a (/, j') = 1 ,and dif < J(u,v) ,where dif:sum(Z^)-sum(Z^)
(x,力=(;c,力+《t (x,力 A^(x,力A^(x，力一《(x,力
2
,v)-刷
2
G/("，力-
2
、( /("一刷
(6)
if a (/,力=0,and dif < J(u,v) ,where dif=sum( )-sum( )
根據公式(6),可以得出如下關系對于dif= s謂(X)J-s臓(D^),有
17<formula>formula see original document page 18</formula>
由公式(5 )計算得出的J ( u, v)恒大于0,所以dif = x謹(^)肌)-s訓CD^) 恒大于0。
戶斤以，當《 (i， j) =1時，《^(￡)見)>^/ (￡)^); 乂十于dif =幼m(^)^)-^w(X)肌)，同才羊有dif = J ( u, v )，所以，當《 (i, j) = 0時，) < —/)w)。
嵌入之后，對每個塊進行1級DWT變換即可得到第一數字圖像。
至此，對本發明數字水印嵌入方法實施例進行了詳細說明。
將原始數字7JC印嵌入原始數字圖像后，即可得到第 一數字圖像，當需要
對第一數字圖像進行定位篡改時，請參考圖4所示，包括以下步驟
步驟401:從第一數字圖像中通過置亂技術提取第一數字水印，并且從所 述第 一數字圖像中提取所述第 一數字圖像的水平線，所述第一數字圖像為嵌 入了數字水印進行傳播的數字圖像，所述第 一數字水印為所述第一數字圖像 中嵌入的數字水印；
步驟402:對比提取出的所述第 一數字水印以及所述第 一數字圖像的水平
線；
步驟403:根據第一數字水印以及所述第一數字圖像的水平線的對比進行 定位篡改。
下面結合實施例進行詳細說明。圖4所示定位篡改的步驟可以分為兩個 部分， 一個部分是提取部分，即從第一數字圖像中提取出第一數字水印以及 第一數字圖像的水平線，另一個部分是定位篡改部分，即比較所述第一數字 水印以及所述第一數字圖像的水平線，得到差值圖像，根據所述差值圖像進行定位篡改。下面分別進行說明。
對于提取部分，分為提取第 一數字水印以及提取第 一數字圖像的水平線。 提取第一數字圖像的水平線與本發明數字水印嵌入實施例部分的步驟Al至
A5相同，不同之處僅在于步驟Al至A5提取原始數字圖像的水平線，而此 處是提取第一數字圖像的水平線，在此不再贅述。
提取第 一數字水印可以包括以下步驟 步驟D1:將第一數字圖像進行4x4分塊；
需要指出的是，在步驟D1進行的分塊需要與第一數字圖像中的第一數字 水印嵌入時進行的分塊相同，在本發明數字水印嵌入實施例中進行了 4x4分 塊，在提取時，根據第一數字圖像可以解析出曾經嵌入原始數字水印時進行 了4x4分塊，所以，在提取時，也要進行4x4分塊。另外，步驟D1進行的 4x4分塊僅為較佳實施例，根據嵌入時進行的不同分塊，提取時分塊的處理 不局限于4x4方式，例如可以是2x2,或者6x6。
步驟D2:對第一數字圖像的每塊進行1級DWT變換，得到HL以及LH
分量；
步驟D3:判斷s臓(與幼附(Dw)的大小關系，若s臓(D見)> s應(ZXh)' 則第一數字水印嵌入序列的數字水印值為1,否則，數字水印值為0;
步驟D4:根據步驟503得到的0、 1序列得到第一數字水印嵌入序列；
步驟D5:將數字水印嵌入序列進行Arnold置亂反變換得到第一數字水印。
步驟D5中，通過置亂技術得到第一數字水印的方法不局限于此，例如， 還可以通過幻方置亂技術得到第 一數字水印。但是所應用的置亂技術應與步 驟A5中應用的置亂技術相同，例如，在本發明實施例中，步驟A5應用了 Arnold置亂技術，所以，在步驟D5中，也相應地應用了 Arnold置亂技術。
從第 一數字圖像中提取出第 一數字水印以及第 一數字圖像的水平線后， 將第 一數字水印與第 一數字圖像的水平線進行對比，對比的方法可以包括 將得到第一數字水印與第一數字圖像進行異或，或者，將得到的第一數字水印與第一數字圖像的相應點的值相減，并取差值的絕對值，可以得到一個差 值圖像，對差值圖像進行分析即實現了對第 一數字圖像的定位篡改。
可以看出，由于產生水平線所選取的閾值非常穩定，即使對第一數字圖 像進行了惡意攻擊，第 一數字圖像的水平線與原始數字圖像的水平線相比， 未篡改部分仍然非常相近，因此，可以將第一數字圖像的水平線作為定位篡 改的依據。在對第一數字圖像進行定位篡改時，從第一數字圖像中提取出第
一數字水印以及第一數字圖像的水平線，由于在提取第一數字水印時Arnold 置亂技術的應用，它通過把遭到損壞的原先集中在一起的比特分散開來，減 小了對人視覺的影響，從而提取的第一數字水印跟原來嵌入時的原始數字水 印很相近。由于篡改部分形成的水平線只在第 一數字圖像的水平線中出現， 此時將第 一數字水印以及第 一數字圖像的水平線進行對比，即可實現定位篡 改。
從而，不用借助原始數字水印，避免了原始數字水印在傳播過程中受到 惡意攻擊，導致定位篡改的結果的不準確。
此外，本發明實施例在數字水印嵌入時，考慮了JND這一因素，有效解 決了數字水印魯棒性與透明性之間的矛盾。
請參考圖5，示出了本發明的數字水印嵌入的裝置結構圖，包括
計算單元501,用于計算數字水印嵌入參數；
數字水印嵌入序列生成單元502,用于提取原始數字圖像的水平線，對所 述水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；
嵌入單元503,用于根據所述計算單元計算的參數以及所述數字水印嵌入
一數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像。
基于圖5所示的裝置，在本發明嵌入裝置實施例中，所述計算單元可以 包括
數字水印嵌入強度計算單元501-1,用于計算數字水印嵌入強度； 所述計算單元還可以包括
20數字水印JND計算單元501-2，用于計算數字水印的JND;
所述數字水印嵌入強度計算單元可以包括
第一分塊單元501-1-1,用于將原始數字圖像進行分塊；
第一變換單元501-1-2,用于對每塊進行1級DWT變換，得到高頻水平 分量以及高頻垂直分量；
數字水印嵌入強度單元501-1-3,用于根據預先設定的閾值、所述變換單 元得到的高頻水平分量以及高頻垂直分量計算數字水印嵌入強度。 所述數字水印JND計算單元可以包括 第二分塊單元501-2-1，用于將原始數字圖像進行分塊；
掩蓋因子單元501-2-2,用于根據對比靈敏度的上限值、每塊的亮度平均 值、預先設定的灰度范圍值計算每塊的亮度值對噪聲的掩蓋因子；
熵值單元501-2-3，用于利用每塊的每種灰度值在該塊中所占的比例計算 每塊的熵值；
可允許噪聲閾值單元501-2-4,用于利用所述掩蓋因子單元計算的掩蓋因 子以及所述熵值單元計算的熵值計算每塊的可允許噪聲閾值；
JND單元501-2-5，用于根據所述可允許噪聲閾值單元計算的可允許噪聲 閾值以及規一化范圍的端點值計算JND。
下面結合方法實施例對圖5各單元所執行的步驟進行詳細說明。
第一分塊單元將原始數字圖像進行4x4分塊，第一變換單元將每塊進行 1級DWT變換，得到HL以及LH,數字水印嵌入強度單元利用方法實施例 的公式(1 )計算數字水印嵌入強度。
由于第一分塊單元進行了 4x4分塊，第二分塊單元同樣將原始數字圖像 進行4x4分塊，掩蓋因子單元利用方法實施例公式(2)計算出每塊的亮度 值對噪聲的掩蓋因子，熵值單元利用方法實施例公式(3 )計算出每塊的熵值， 可允許噪聲闊值單元利用方法實施例公式(4)計算出可允許噪聲閾值，JND 單元利用方法實施例公式(5)計算每塊的JND。嵌入單元利用方法實施例公式(6 )進行嵌入，對每個塊進行1級反DWT 變換得到第一數字圖像。
以上對本發明嵌入裝置實施例進行了詳細說明，下面對定位篡改裝置進 行說明。
請參考圖6，在本發明定位篡改裝置中，包括
提取單元601,用于從第一數字圖像中通過置亂技術提取第一數字水印， 并且從所述第一數字圖像中提取所述第一數字圖像的水平線，所述第一數字 圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像，第一數字水印為所述第一數字 圖像中嵌入的數字水印；
對比單元602，用于對比所述提取單元4是取出的所述第一數字水印以及所 述第一數字圖像的水平線；
定位篡改單元603,用于根據所述對比單元的對比進行定位篡改。
在定位篡改裝置實施例中，提取單元對于提取第一數字水印執行的步驟 與定位篡改方法實施例圖5所示的步驟相同，具體請參考圖5,在此不再贅述。
以上對本發明裝置實施例進行了詳細說明，可以看出，定位篡改時，提 取單元從第 一數字圖像中提取第 一數字水印以及第 一數字圖像的水平線，由 于數字圖像的水平線非常穩定，而且，原始數字水印在嵌入時也是根據原始 數字圖像的水平線進行嵌入的，所以，在原始數字水印嵌入原始數字圖像， 稱為第一數字水印后，將第一數字水印與第一數字圖像的水平線相比較，即 可實現定位篡改。從而，不用借助原始數字水印，避免了原始數字水印在傳 播過程中受到惡意攻擊，導致定位篡改的結果的不準確。
此外，本發明實施例在數字水印嵌入時，考慮了JND這一因素，有效解 決了數字水印魯棒性與透明性之間的矛盾。
本發明可用于眾多通用或專用的計算系統環境或配置中。例如個人 計算機、服務器計算機、手持設備或便攜式設備、平板型設備、多處理器 系統、包括以上任何系統或設備的分布式計算環境等等。
本發明可以在由計算機執行的計算機可執行指令的 一般上下文中描
22述，例如程序模塊。 一般地，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象 數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等等。也可以在分布式計 算環境中實踐本發明，在這些分布式計算環境中，由通過通信網絡而被連 接的遠程處理設備來執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可以位于 包括存儲設備在內的本地和遠程計算機存儲介質中。
最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術 語僅僅用來將一個實體或者操作與另 一個實體或操作區分開來，而不一定 要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而 且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含， 從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素， 而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、 物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一 個......"限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者
設備中還存在另外的相同要素。
以上對本發明所提供的一種數字水印的嵌入、定位篡改方法及裝置進
闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想； 同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本 發明的限制。
2權利要求
1、一種數字水印的嵌入方法，其特征在于，所述方法包括計算數字水印嵌入參數，并提取原始數字圖像的水平線，對所述水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；根據所述數字水印嵌入參數以及數字水印嵌入序列進行嵌入，并生成第一數字圖像，所述第一數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取原始數字圖像的 水平線的具體實現為才艮據原始數字圖像確定閾值；根據所述閾值以及原始數字圖像像素點的像素值構造矩陣；由所述矩陣生成表示原始數字圖像水平線的矩陣，所述表示原始數字圖 像水平線的矩陣對應的數字圖像為原始數字圖像的水平線。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算數字水印嵌入參 數的具體實現為計算數字水印嵌入強度；為根據所述數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌入序列進行嵌入。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述計算數字水印嵌入參 數還包括計算數字水印的臨界噪聲閾值JND;為根據所述數字水印的JND、所述數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌 入序列進行嵌入。
5、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，計算數字水印嵌入強度的具體實現為將原始數字圖像進行分塊；對每塊進行1級離散小波變換DWT變換，得到高頻水平分量以及高頻垂 直分量；根據預先設定的閾值、所述高頻水平分量以及高頻垂直分量計算數字水 印嵌入強度。
6、 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述計算數字圖像的JND 的具體實現為將原始數字圖像進行分塊；根據對比靈敏度的上限值、每塊的亮度平均值、預先設定的灰度范圍值 計算每塊的亮度值對噪聲的掩蓋因子；利用每塊的每種灰度值在該塊中所占的比例計算每塊的熵值；根據所述掩蓋因子以及熵值計算每塊的可允許噪聲閾值；根據所述可允許噪聲閾值以及規一化范圍的端點值計算JND。
7、 一種數字水印定位篡改的方法，其特征在于，所述方法包括從第 一數字圖像中通過置亂技術提取第 一數字水印，并且從所述第 一數 字圖像中提取所述第 一數字圖像的水平線，所述第 一數字圖像為嵌入了數字 水印進行傳播的數字圖像，所述第一數字水印為所述第一數字圖像中嵌入的 數字水印；對比提取出的所述第 一數字水印以及所述第 一數字圖像的水平線； 根據第 一數字水印以及所述第 一數字圖像的水平線的對比進行定位篡改。
8、 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，從第一數字圖像中提取第 一數字圖像的水平線的具體實現為根據第 一數字圖像確定閣值；根據所述閾值以及第 一數字圖像像素點的像素值構造矩陣；由所述矩陣生成表示第 一數字圖像水平線的矩陣，所述表示第 一數字圖 像水平線的矩陣對應的第 一數字圖像為第 一數字圖像的水平線。
9、 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，從第一數字圖像中通過置 亂技術提取第 一數字水印的具體實現為將所述第 一數字圖像進行分塊；對每塊進行1級DWT變換得到高頻水平分量以及高頻垂直分量；根據原始數字水印與高頻水平分量以及高頻垂直分量與的對應關系得到 第一數字水印嵌入序列；將所述第一數字水印嵌入序列進行Arnold置亂反變換得到所述第一數字 水印。
10、 一種提取數字圖像水平線的方法，其特征在于，所述方法包括 根據數字圖像確定閾值；根據所述閾值以及數字圖像像素點的像素值構造矩陣；由所述矩陣生成表示數字圖像水平線的矩陣，所述表示數字圖像水平線 的矩陣對應的數字圖像為數字圖像的水平線。
11、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述由所述矩陣生成表 示數字圖像水平線的矩陣的具體實現為如果矩陣中表示像素點的值的上、下、左、右四鄰域的值全為0,則將所 述表示像素點的值記為1,如果所述表示像素點的值的上、下、左、右四鄰域 的值的全為l,或者，部分為l且部分為O,則所述表示像素點的值不變，得 到的即為表示數字圖像水平線的矩陣。
12、 一種數字水印嵌入的裝置，其特征在于，所述裝置包括 計算單元，用于計算數字水印嵌入參數；數字水印嵌入序列生成單元，用于提取原始數字圖像的水平線，對所述水平線進行置亂生成數字水印嵌入序列；嵌入單元，用于根據所述計算單元計算的參數以及所述數字水印嵌入序 列生成單元生成的數字水印嵌入序列進行嵌入，并生成第一數字圖像，第一 數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像。
13、根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述計算單元包括數字水印嵌入強度計算單元，用于計算數字水印嵌入強度；嵌入單元用于根據所述數字水印嵌入強度計算單元計算的數字水印嵌入 強度以及所述數字水印嵌入序列生成單元生成的數字水印嵌入序列進行嵌
14、根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述計算單元還包括數字水印JND計算單元，用于計算數字水印的JND;所述嵌入單元用于根據所述數字水印JND計算單元計算的JND、所述數 字水印嵌入強度計算單元計算的數字水印嵌入強度以及所述數字水印嵌入序
15、 根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述數字水印嵌入強度 計算單元包括第一分塊單元，用于將原始數字圖像進行分塊；第一變換單元，用于對每塊進行1級DWT變換，得到高頻水平分量以及 高頻垂直分量；數字水印嵌入強度單元，用于根據預先設定的閾值、所述變換單元得到 的高頻水平分量以及高頻垂直分量計算數字水印嵌入強度。
16、 根據權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述數字水印JND計算 單元包括第二分塊單元，用于將原始數字圖像進行分塊；掩蓋因子單元，用于根據對比靈敏度的上限值、每塊的亮度平均值、預先設定的灰度范圍值計算每塊的亮度值對噪聲的掩蓋因子；熵值單元，用于利用每塊的每種灰度值在該塊中所占的比例計算每塊的熵值；可允許噪聲閾值單元，用于利用所述掩蓋因子單元計算的掩蓋因子以及 所述熵值單元計算的熵值計算每塊的可允許噪聲闊值；JND單元，用于根據所述可允許噪聲閾值單元計算的可允許噪聲閾值以 及規一化范圍的端點值計算JND。
17、 一種數字水印定位篡改的裝置，其特征在于，所述裝置包括提取單元，用于從第一數字圖像中通過置亂技術提取第一數字水印，并 且從所述第 一數字圖像中提取所述第 一數字圖像的水平線，所述第 一數字圖 像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像，第 一數字水印為所述第 一數字圖 像中嵌入的數字水印；對比單元，用于對比所述提取單元提取出的所述第一數字水印以及所述 第一數字圖像的水平線；定位篡改單元，用于根據所述對比單元的對比進行定位篡改。
全文摘要
本發明公開了一種數字水印的嵌入、定位篡改方法及裝置。本發明提供的定位篡改的方法包括從第一數字圖像中通過置亂技術提取第一數字水印，并且從所述第一數字圖像中提取所述第一數字圖像的水平線，所述第一數字圖像為嵌入了數字水印進行傳播的數字圖像，所述第一數字水印為所述第一數字圖像中嵌入的數字水印；對比提取出的所述第一數字水印以及所述第一數字圖像的水平線；根據第一數字水印以及所述第一數字圖像的水平線的對比進行定位篡改。通過本發明，在定位篡改時不用借助原始數字水印，避免了原始數字水印在傳播過程中受到惡意攻擊，導致定位篡改的結果的不準確。
文檔編號G06T1/00GK101661605SQ20081014728
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月26日 優先權日2008年8月26日
發明者張明勛, 頡 江, 鄭小林, 陳德人 申請人:浙江大學