專利名稱：數字水印的加解密方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及數字水印信息安全技術領域，尤其是涉及一種數字水印的加解密方法和系統。
背景技術：
隨著互聯網規模的日益擴大，人們享受到越來越多的資源，資源的防盜版越來越重要。數字水印信息安全技術是目前發展非常快的一種熱門技術，其和圖像處理、數字通訊、密碼學、信息安全學科都有交叉。在數字水印技術中，把需要加密的數據嵌入到多媒體作品中，加入之前需要對這些數據進行變換，變換后的數據稱為數字水印。數字水印加入到作品中作為隱藏信息，不影響原作品，數字水印具有魯棒性，也就是原作品進行放大、剪切、格式變換甚至經過干擾后仍能正確地恢復數字水印，即原來加密的數據。目前數字水印算法主要有兩大類，第一類是基于空間域的算法，如最低有效位算法(LSB)；第二類是基于頻譜域的算法，如基于離散余弦變換(DCT)、小波變換(WT)、傅立葉變換(FT/FFT)的算法。然而，現有的數字水印算法仍存在一些問題，例如，基于空間域的算法魯棒性差， 當遇到干擾或者剪切等很難恢復原來信息；而基于頻譜域的算法，相對于基于空間域的算法來說，魯棒性好，但基于頻譜域的算法所能嵌入的數據量通常較小，加密算法通常固定且較復雜，計算量較大，加密效率較低。
發明內容
本發明實施例提供了一種數字水印的加解密方法和系統，大大簡化了數字水印的加解密算法，顯著減少了加解密計算量，提高了加解密效率，且能夠保證數字水印具有很強的魯棒性。為達到上述目的，本發明實施例的技術方案是這樣實現的本發明實施例提供了一種數字水印的加密方法，所述方法包括對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換DCT，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片。本發明實施例還提供了一種數字水印的解密方法，所述方法包括對接收到的加密圖片進行DCT變換，得到加密圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT 系數；根據與加密端相應的數組提取規則從所述中頻段DCT系數中獲取需要加密的信息所對應的二維數組；利用所述二維數組還原得到需要加密的信息；其中，所述數組提取規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；對于二維數組中的每一元素，在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，調整所述兩個DCT系數的數值滿足相應的邏輯關系。本發明實施例還提供了一種數字水印的加解密系統，所述系統包括加密裝置和解
山且，所述加密裝置包括如下單元DCT系數加密提取單元，用于對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換DCT，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；二維數組獲取單元，用于將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；編碼單元，用于根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；反變換單元，用于對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片；所述解密裝置包括如下單元DCT系數解密提取單元，用于對接收到的加密圖片進行DCT變換，得到加密圖片的 DCT系數，并提取中頻段DCT系數；解碼單元，用于根據與加密端相應的數組提取規則從所述中頻段DCT系數中獲取需要加密的信息所對應的二維數組；信息還原單元，用于利用所述二維數組還原得到需要加密的信息；其中，所述系數交換規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；對于二維數組中的每一元素，在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，調整所述兩個DCT系數的數值滿足相應的邏輯關系；所述數組提取規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個 DCT系數，根據所述兩個DCT系數所滿足的邏輯關系確定二維數組中的相應元素。由上述可見，本發明實施例通過對載體圖片的中頻段DCT系數進行調整，將變換后的數字水印隱含在載體圖片中，提供了一種新型的基于DCT系數的數字水印加密方案。 本發明提供的加密方案只需對中頻段的頻率塊進行調整，如對頻率塊進行重新順序，大大簡化了加密算法，顯著減少了加密計算量，提高了加密效率。相應的，采用本發明提供的解密方案時，由于解密算法大大簡化，也能夠顯著減少解密計算量，從而提高了解密效率。并且，實踐證明，采用本方案加密數字水印時，具有較強的魯棒性，即使在載體圖片受到格式變換、涂改、剪切和噪聲污染等情況下，都能夠正確地回復數字水印。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例一提供的一種數字水印的加密方法流程圖2為本發明實施例二提供的一種數字水印的解密方法流程圖3為本發明實施例四提供的一種數字水印的加解密系統結構示意圖
圖4為本方案提供的一種載體圖片的示例；
圖5為本方案提供的一種水印圖片的示例；
圖6為采用本方案加入數字水印后的載體圖片；
圖7為采用本方案從圖6中提取到的數字水印的水印圖片；
圖8為對加入數字水印的載體圖片進行剪切后的圖片；
圖9為從圖8中提取得到的水印圖片；
圖10為對加入數字水印的載體圖片進行格式轉換后的圖片；
圖11為從圖10中提取得到的水印圖片；
圖12為對加入數字水印的載體圖片加入噪聲后的圖片；
圖13為從圖12中提取得到的水印圖片。
具體實施例方式下面將結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明實施例一提供了一種數字水印的加密方法，參見圖1，所述方法包括11 對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換(DCT)，得到載體圖片的DCT系數， 并提取中頻段DCT系數；12 將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；13 根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；14 對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片。進一步的，上述系數交換規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；對于二維數組中的每一元素，在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，調整所述兩個DCT系數的數值滿足相應的邏輯關系。由上述可見，本發明實施例通過對載體圖片的中頻段DCT系數進行調整，將變換后的數字水印隱含在載體圖片中，提供了一種新型的基于DCT系數的數字水印加密方案。 本發明提供的加密方案只需對中頻段的頻率塊進行調整，如對頻率塊進行重新順序，大大簡化了加密算法，顯著減少了加密計算量，提高了加密效率。
相應的，采用本發明提供的解密方案時，由于解密算法大大簡化，也能夠顯著減少解密計算量，從而提高了解密效率。并且，實踐證明，采用本方案加密數字水印時，具有較強的魯棒性，即使在載體圖片受到格式變換、涂改、剪切和噪聲污染等情況下，都能夠正確地回復數字水印。本方案中所采用的DCT變換系數位于變換域中的中頻區域，主要原因在于如果選擇高頻區域的DCT變換系數時，因為經過研究發現，干擾信息一般都表現在圖像的高頻區域內，這種方式的防干擾性差；如果選擇低頻區域的DCT變換系數時，由于載體圖片的原始信息經過DCT變換后大部分信息都落在了低頻區域內，這種方式會對載體數據有影響， 可能容易被覺察。本方案通過選取中頻段的DCT變換系數，則既避免了受到噪聲的干擾，也不會影響載體圖片本身的內容。本發明實施例二提供了一種數字水印的解密方法，參見圖2，所述方法包括21 對接收到的加密圖片進行DCT變換，得到加密圖片的DCT系數，并提取中頻段 DCT系數；在此，該加密圖片為采用上述實施例一中的加密方式得到的加密圖片。步驟21和上述步驟11中所提取的中頻段DCT系數的范圍保持一致。例如，步驟 11中得到的載體圖片的DCT系數包括順序排列的0至100個DCT系數，提取第30個至第 70個DCT系數作為中頻段DCT系數；則步驟21中也得到加密圖片的0至100個DCT系數， 并提取第30個至第70個DCT系數作為中頻段DCT系數。這種方式能夠進一步保證解密結果的有效性，提高魯棒性。可以理解，在允許的誤差范圍內，步驟21和上述步驟11中所提取的中頻段DCT系數的范圍可以具有一定偏差。22 根據與加密端相應的數組提取規則從所述中頻段DCT系數中獲取需要加密的信息所對應的二維數組。23 利用所述二維數組還原得到需要加密的信息。其中，所述數組提取規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，根據所述兩個DCT系數所滿足的邏輯關系確定二維數組中的相應元素。由上述可見，相應于新型的加密方案，本發明實施例還提供了一種解密方案，該解密方案只需對中頻段的頻率塊進行調整，如對頻率塊進行重新順序，大大簡化了解密算法， 顯著減少了解密計算量，提高了解密效率。并且，實踐證明，采用本方案加密數字水印時，具有較強的魯棒性，即使在載體圖片受到格式變換、涂改、剪切和噪聲污染等情況下，都能夠正確地回復數字水印。下面對本發明實施例三提供的數字加解密方案進行說明。本發明實施例三提供的一種數字水印的加密方法，包括11 對載體圖片的各圖像塊進行DCT變換，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數。在此對上述圖像塊的具體大小不進行限定，例如，可以采用8*8的圖像塊，也可以采用8*16的圖像塊。當采用8*8的圖像塊時，可以通過如下公式進行DCT變換，得到載體圖片的DCT系數
權利要求
1.一種數字水印的加密方法，其特征在于，所述方法包括對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換DCT，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將需要加密的信息進行數字化處理， 得到所對應的二維數組至少包括如下方式將所述需要加密的信息的模擬信號轉化為數字信號，并對該數字信號進行量化，得到所述二維數組；或者，根據需要加密的信息的內容，將需要加密的信息采用白色寫入黑色的圖片中，得到水印圖片，以及，通過提取所述水印圖片的灰度值得到所述二維數組；或者，所述需要加密的信息為需要加密的圖像，將需要加密的圖像灰度化，得到水印圖片，以及，通過提取所述水印圖片的灰度值得到所述二維數組。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中包括設置二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；對于二維數組中的每一元素，在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，調整所述兩個DCT系數的數值滿足相應的邏輯關系。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中包括在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個 DCT系數，所述DCT系數包括第一 DCT系數和第二 DCT系數；所述二維數組為由1和0組成的二值化數組，若二維數組中當前需加密元素為0，判斷邏輯關系是否為第一 DCT系數大于等于第二 DCT系數，若是，保持所述第一 DCT系數和第二 DCT系數，若否，將所述第一 DCT系數和第二 DCT系數交換位置；若二維數組中當前需加密元素為1，判斷邏輯關系是否為第一 DCT系數小于第二 DCT系數，若是，保持所述第一 DCT系數和第二 DCT系數，若否，將所述第一 DCT系數和第二 DCT系數交換位置。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在將所述第一 DCT系數和第二 DCT系數交換位置后，在保證相應邏輯關系成立下，根據第一 DCT系數的數值調整第二 DCT系數的數值，根據第二 DCT系數的數值調整第一 DCT系數的數值。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置由一個奇數處位置和一個偶數處位置組成。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預定位置關系所指示的下一個編碼位置由緊鄰當前奇數處位置的下一個奇數處位置和緊鄰當前偶數處位置的下一個偶數處位置構成。
8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中包括在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個 DCT系數，所述DCT系數包括第一 DCT系數和第二 DCT系數；所述二維數組為由元素A、B和C組成的數組，若二維數組中當前需加密元素為A，判斷邏輯關系是否為第一 DCT系數和第二 DCT系數的差值大于第一閾值，若是，保持所述第一 DCT系數和第二 DCT系數，若否，調整所述第一 DCT系數和第二 DCT系數的數值以使所述邏輯關系成立；若二維數組中當前需加密元素為B，判斷邏輯關系是否為第一 DCT系數和第二 DCT系數的差值大于第二閾值且小于等于第一閾值，若是，保持所述第一 DCT系數和第二 DCT系數， 若否，調整所述第一 DCT系數和第二 DCT系數的數值以使所述邏輯關系成立；若二維數組中當前需加密元素為C，判斷邏輯關系是否為第一 DCT系數和第二 DCT系數的差值小于等于第二閾值，若是，保持所述第一 DCT系數和第二 DCT系數，若否，調整所述第一 DCT系數和第二 DCT系數的數值以使所述邏輯關系成立。
9.一種數字水印的解密方法，其特征在于，所述方法包括對接收到的加密圖片進行DCT變換，得到加密圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；根據與加密端相應的數組提取規則從所述中頻段DCT系數中獲取需要加密的信息所對應的二維數組；利用所述二維數組還原得到需要加密的信息；其中，所述數組提取規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個 DCT系數，根據所述兩個DCT系數所滿足的邏輯關系確定二維數組中的相應元素。
10.一種數字水印的加解密系統，其特征在于，所述系統包括加密裝置和解密裝置， 所述加密裝置包括如下單元DCT系數加密提取單元，用于對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換DCT，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；二維數組獲取單元，用于將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；編碼單元，用于根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；反變換單元，用于對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片；所述解密裝置包括如下單元DCT系數解密提取單元，用于對接收到的加密圖片進行DCT變換，得到加密圖片的DCT 系數，并提取中頻段DCT系數；解碼單元，用于根據與加密端相應的數組提取規則從所述中頻段DCT系數中獲取需要加密的信息所對應的二維數組；信息還原單元，用于利用所述二維數組還原得到需要加密的信息； 其中，所述系數交換規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；對于二維數組中的每一元素，在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，調整所述兩個DCT系數的數值滿足相應的邏輯關系； 所述數組提取規則包括將二維數組中的各元素分別對應于一對數值的邏輯關系；在所述中頻段DCT系數中，按照預定位置關系所確定的當前編碼位置，分別提取兩個DCT系數，根據所述兩個DCT系數所滿足的邏輯關系確定二維數組中的相應元素。
全文摘要
本發明公開了一種數字水印的加解密方法和系統，大大簡化了數字水印的加解密算法，顯著減少了加解密計算量，提高了加解密效率，且能夠保證數字水印具有很強的魯棒性。本發明實施例提供的數字水印的加密方法包括對載體圖片的各圖像塊進行離散余弦變換，得到載體圖片的DCT系數，并提取中頻段DCT系數；將需要加密的信息進行數字化處理，得到所對應的二維數組；根據系數交換規則將所述二維數組映射到所述中頻段DCT系數中，以將需要加密的信息附加在載體圖片中；對所述附加了需要加密的信息的載體圖片進行反DCT變換，得到加密圖片。
文檔編號G06T1/00GK102254298SQ20111023564
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者楊志宇 申請人:北京新媒傳信科技有限公司