專利名稱:一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理和信息安全領域，具體涉及了一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入、提取的方法及裝置。
背景技術：
隨著數(shù)字圖像處理的快速發(fā)展與廣泛應用，數(shù)字圖像處理技術與信息安全也緊密地結合在一起，如以印章形式表現(xiàn)出來的數(shù)字圖像處理就具備這種數(shù)字圖像結合信息安全要求的典型特點。
印章有著悠久的歷史，在政治、經濟和文化生活中具有特殊的地位和作用。印章的種類很多，有為國家機關、企事業(yè)單位、社會團體服務的辦公用章，也有為廣大民眾服務的個人用章。印章作為信譽憑證，在社會生活各個領域發(fā)揮著重要作用。也因為印章的特殊作用，所以總有不法分子偽造印章、并利用偽造印章進行各種違法犯罪活動，不但嚴重擾亂了正常的經濟秩序和治安秩序，還會給國家、集體和個人造成了巨大的經濟損失和惡劣的社會影響。
隨著計算機網(wǎng)絡和數(shù)字簽名技術迅速發(fā)展，一種新興的數(shù)字印章技術應允而生。它將單位、個人的數(shù)字簽名與其特定的公章、私章相對應，使印章的持有者可以在電子文件上完成簽字、蓋章，與傳統(tǒng)的手寫簽名、蓋章具有完全相同功能。數(shù)字印章可以解決電子文件的簽字蓋章問題，用于辨識電子文件簽署者的身份，保證文件的完整性，確保文件的真實性、可靠性。同時數(shù)字簽名技術也可以用于普通文件打印中來確定身份。但是在目前電子商務還不普及的情況下，大多數(shù)的正規(guī)文檔和協(xié)議仍然需要物理性質的蓋章，這使得數(shù)字簽名的應用收到了極大的限制。因此，目前尋求的可行的解決方案就是利用數(shù)字水印技術將數(shù)字簽名無縫地融合到“數(shù)字印章”中，從而使得“數(shù)字簽名”能夠以數(shù)字或紙質形態(tài)存在與文件之上。那么在技術上所面臨的問題就是如何保證數(shù)字簽名信息能夠在圖像失真、文檔的打印、掃描、傳輸過程中保持完整，換句話說，就是如何使得所應用的數(shù)字水印算法具有較高的魯棒性。
現(xiàn)有技術中提出了一種采用二值水印技術的數(shù)字防偽方法。其中提到，該二值圖像水印技術可以應用于包括印章圖像在內的二值圖像中，結合數(shù)字簽名技術，可以解決電子文檔和紙制文檔的真?zhèn)握J證功能。但其構造的二值圖像水印模型存在如下缺陷1、數(shù)字水印嵌入過程中，首先對圖像進行矩形分塊，然后在每個像素值之和大于門限值S的圖像塊中藏入1位信息。若圖像分塊越大，可以藏入的信息量會減少；若圖像分塊越小，出現(xiàn)全黑或者全白區(qū)域的可能性會增大，信息量也會減少，并且如果一個全白的區(qū)域被惡意或者非故意地污染，檢測時可能會造成很大程度的誤識別；2、由于一個圖像塊中藏入1位的信息，而信息的檢測只是依賴于該圖像中的像素值之和。如果要能夠抵抗打印、掃描及復印過程的攻擊，則每個圖像塊中需改變的像素點的個數(shù)必須非常多，而這必然會造成視覺效果的下降；3、該二值圖像水印的提取成功率過多的依賴于打印、掃描和復印的濃度設置。如果圖像復制過程中的濃度過大或者過小，就會造成某些圖像塊中的像素值之和的增加或減少，這會直接影響檢測效果。
綜上所述，這種二值圖像水印模型并沒有在真正意義上解決了視覺效果、信息量和提取成功率之間的矛盾，換句話說，并沒有很好地解決二值圖像水印算法對打印及掃描過程的魯棒性。并且現(xiàn)有技術中所有的二值圖像水印算法都存在著和該模型類似的弱點，都不具備良好的魯棒性。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入、提取的方法及裝置，用以提高數(shù)字水印使用中的魯棒性，解決數(shù)字圖像中的信息嵌入量小，視覺效果較差的問題，進一步地解決了數(shù)字圖像用于普通紙介質文檔時，由于圖像失真、幾何形變、打印、掃描和復印等操作所帶來的信息丟失問題。
本發(fā)明一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入方法，技術方案包括如下步驟按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；根據(jù)所述各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)；按所述第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
較佳地，所述將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域，包括如下步驟確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
較佳地，所述子區(qū)域為m個，所述m為大于零的偶數(shù)。
較佳地，所述第一步長是步長奇偶法或奇偶嵌入法的步長。
較佳地，根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值，按第一步長的奇偶倍數(shù)對該比值進行調整，以所述調整的幅度乘以平均黑點個數(shù)得到第一個數(shù)。
較佳地，所述第一步長小于0.5。
較佳地，進一步包括如下步驟將兩兩相鄰的子區(qū)域劃分為一組，對于一個分組內的第一子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第二子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
較佳地，進一步包括如下步驟根據(jù)子區(qū)域的黑點個數(shù)進行分組，對于一個分組內的第三子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第四子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
較佳地，所述的分組是將黑點個數(shù)數(shù)目相鄰的兩個子區(qū)域劃分為一組。
本發(fā)明還提供了一種數(shù)字水印嵌入方法的數(shù)字水印提取方法，技術方案包括如下步驟按所述第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。
較佳地，所述將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域，包括如下步驟確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
較佳地，所述子區(qū)域為m個，所述m為大于零的偶數(shù)。
較佳地，所述第一步長是步長奇偶法或奇偶嵌入法的步長。
較佳地，根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值及第一步長的奇偶倍數(shù)提取水印信息位串。
本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入裝置，技術方案包括分塊模塊，用于按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計模塊，與分塊模塊相連，用于統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；個數(shù)計算模塊，與統(tǒng)計模塊相連，用于根據(jù)所述各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)；翻轉模塊，與個數(shù)計算模塊相連，用于按所述第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
較佳地，所述分塊模塊包括中心點確定單元，用于確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元，與中心點確定單元相連，用于根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
較佳地，所述個數(shù)計算模塊進一步用于根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值，按第一步長的奇偶倍數(shù)對該比值進行調整，以所述調整的幅度乘以平均黑點個數(shù)得到第一個數(shù)。
較佳地，所述翻轉模塊包括第一分組單元，用于將兩兩相鄰的子區(qū)域劃分為一組；第一翻轉單元，與第一分組單元相連，用于對于一個分組內的第一子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第二子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
較佳地，所述翻轉模塊包括第二分組單元，用于將黑點個數(shù)數(shù)目相鄰的兩個子區(qū)域劃分為一組；第二翻轉單元，與第二分組單元相連，用于對于一個分組內的第三子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第四子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
本發(fā)明還提供了一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印提取裝置，技術方案包括分塊模塊，用于按所述第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計模塊，與分塊模塊相連，用于統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；提取模塊，與統(tǒng)計模塊相連，用于根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。
較佳地，所述分塊模塊包括中心點確定單元，用于確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元，與中心點確定單元相連，用于根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
較佳地，所述提取模塊進一步用于根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值及第一步長的奇偶倍數(shù)提取水印信息位串。
本發(fā)明有益效果如下由于本發(fā)明不是考慮單個子區(qū)域內絕對的像素個數(shù)，而是考慮了與平均黑點個數(shù)之間的比例關系，因此可以避免由于打印、掃描和復印過程中不同的濃度設置帶來的單個子區(qū)域內部像素絕對個數(shù)的變化，從而可以更好地抵抗打印、掃描和復印過程中的不確定因素攻擊，尤其對于打印、復印、掃描等圖像復制過程中的分辨率不匹配問題，以及由于不同程度的縮放因素導致的圖像偏差，具有很好地適應性和魯棒性。
圖1為實施例中所述在數(shù)字印章中嵌入數(shù)字水印方法實施流程示意圖；圖2為實施例中所述原始的數(shù)字印章圖像示意圖；圖3為實施例中所述數(shù)字印章圖像分割示意圖；圖4為實施例中所述利用圖3所示分割方法剖分圖2所示圖像的示意圖；圖5為實施例中所述圖4剖分后一個子區(qū)域放大的示意圖；圖6為實施例中所述圖2所示的印章圖像嵌入數(shù)字水印后的效果示意圖；圖7為實施例中所述在數(shù)字印章中提取數(shù)字水印方法實施流程示意圖；圖8為實施例中所述數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入裝置結構示意圖；圖9為實施例中所述數(shù)字圖像的數(shù)字水印提取裝置結構示意圖；圖10為實施例中所述用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入與提取的實施流程示意圖。
具體實施方式本發(fā)明的構思在于，通過將數(shù)字圖像按照一定的方法進行劃分、利用每個剖分子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比例關系以及步長將水印信息嵌入到數(shù)字圖像中，從而得到一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入和提取方法。下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施進行說明。
由于數(shù)字印章圖像在數(shù)字圖像對信息安全在要求上的代表性，實施中以在數(shù)字印章嵌入以及提取數(shù)字水印為例來進行說明。實施中，作為實施例的數(shù)字印章圖像帶有突出的印章特點，即圓形，但是隨著對本發(fā)明具體實施的說明，顯然，對所舉例的數(shù)字印章圖像處理的方法同樣適用于對所有數(shù)字圖像的應用。
圖1為在數(shù)字印章中嵌入數(shù)字水印方法實施流程示意圖，如圖所示，包括以下步驟步驟101、確定數(shù)字印章圖像的方向，并剖分數(shù)字印章圖像；圖2為原始的數(shù)字印章圖像示意圖，實施中以該圖來進行說明，本步驟中，選取如圖2所示的數(shù)字印章圖像，其中心的圖符為正五角星。確定數(shù)字印章圖像的方向時，可以先定位數(shù)字印章圖像的外接矩形，確定外接矩形的中心點為數(shù)字印章圖像的中心點；同時圖2也跟其他印章圖像一樣，可以很容易地找出其中心對稱線201。201均勻地分割印章圖像同時，也是五角星的中心對稱線，201所在的直線方向也即為該數(shù)字印章圖像的方向。取201的中點為整個印章圖像的中心點，然后以中心點為基準均勻剖分印章圖像。圖3為數(shù)字印章圖像分割示意圖，如圖所示，在實施中，以印章圖像的中心點為起點，以201為起始射線，采用如圖3所示的分割方法將印章圖像進行均勻剖分。分割的子區(qū)域個數(shù)m可以根據(jù)需隱藏水印信息量的大小而發(fā)生變化，但m為任意大于零的偶數(shù)。為了說明方便，將圖3所示的圓均勻分割為了60個扇形區(qū)域，每兩個個區(qū)域可以隱藏一個Bit信息，可以隱藏的總信息量為30bit。圖4為利用圖3所示分割方法剖分圖2所示圖像的示意圖，圖5為圖4剖分后一個子區(qū)域放大的示意圖，如圖所示，將圖3所示的分割方法分割的圓的區(qū)域對應疊加到圖2上，便得到如圖4所示的印章圖像被均勻分割后的效果示意圖，將其中的一個子區(qū)域放大后的效果示意圖如圖5所示。
需要說明的是，實施中針對印章圖像的特點選用了以中心輻射來均分的方式對圖像進行分割，但由本發(fā)明的構思可知，只要能達到將圖像分割成區(qū)域便可實現(xiàn)本發(fā)明，同時，由下述步驟102中對區(qū)域的分組處理可知，分隔成的區(qū)域也并非需要均等。同理可知，實施中對中心點以及中心線的選取僅為對本發(fā)明對印章圖像實施的一個說明，本發(fā)明適用于所有圖像形狀的水印嵌入提取，也就是當圖像為不規(guī)則形狀時，依據(jù)發(fā)明構思，只要將圖像劃分成子區(qū)域即可。在本發(fā)明中嵌入與提取的過程是相應的，因此在嵌入時按第一規(guī)則劃分子區(qū)域時，則在提取時也按第一規(guī)則進行劃分，第一規(guī)則表達了二者之間劃分時的一致性，但并非限于表述一個固定的劃分規(guī)則。
步驟102、分別統(tǒng)計剖分后的印章圖像子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并計算印章圖像的平均黑點個數(shù)；分別統(tǒng)計步驟101中均勻剖分印章圖像后的各子區(qū)域內部的黑點個數(shù)，記為∑i，其中i＝1，2，3...60。計算總的黑點個數(shù)之和∑∑＝∑1+∑2+∑3+...∑60；并計算平均的黑點個數(shù)
為Σ-=Σ/60;]]>步驟103、根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比例關系、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)；該步驟中，計算每個子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)
之間的比例關系Πi=Σi/Σ-,]]>i＝1，2，3...60；接下來，在判斷嵌入水印的0/1數(shù)據(jù)位時，實施例中可以采用步長奇偶法來給與說明，步長奇偶法是奇偶嵌入法的擴展。每個剖分后的子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值相對于一定步長Q的倍數(shù)的奇偶性來表示0/1。這樣使得算法具有一定的容錯能力，經過水印攻擊后上述的比值最大不超過Q/2都可以被有效檢測出來。打印掃描過程后得到的圖像與原圖像看似相同，實際上這個過程綜合了多種圖像處理過程，圖像的像素值及幾何位置發(fā)生了很大變換，需要水印算法具有很強的魯棒性才能抵抗這種攻擊。此時步長Q的選擇變得尤為重要，如果步長過大，需要改變的像素點的個數(shù)勢必增加，這樣會對原文本圖像的視覺效果造成很大影響；若步長過小，受打印掃描過程的影響，嵌入后的數(shù)據(jù)信息特別容易丟失。在優(yōu)選實施例中，選擇步長為0.1，一般來說步長的選取不要超過0.5。
計算出每個子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值后，根據(jù)第一步長的奇偶倍數(shù)的限制，進行對該比值進行修改，修改的幅度乘以平均黑點個數(shù)即為第一個數(shù)。
為了使得隱藏信息位串的子區(qū)域內黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值保持不變，就必須保證在修改每個子區(qū)域內的黑點個數(shù)后，印章圖像的總的黑點個數(shù)不發(fā)生變化。為此，當一個子區(qū)域內的黑點個數(shù)發(fā)生變化后，另外一個相應的子區(qū)域內的黑點個數(shù)要做相反的變化。也就是說，當一個子區(qū)域內的黑點個數(shù)增加時，另外的一個子區(qū)域內的黑點個數(shù)必須以相同的數(shù)量減少，反之亦然。
這里，只要保證整個印章圖像的黑點個數(shù)總和保持不變，子區(qū)域內的黑點個數(shù)的變化方式劃分可以有多種。最直接的方法就是，將剖分后的m個子區(qū)域以兩兩相鄰的子區(qū)域為一組進行平均劃分，對于一個分組內部的兩個子區(qū)域A和B，子區(qū)域A按照其第一個數(shù)翻轉內部的像素點，而本組內的另外一個子區(qū)域，則按照相同的第一個數(shù)做相反的翻轉像素點操作，保證數(shù)字印章的圖像總的黑點個數(shù)保持不變，反之亦然。
但是如果相鄰的兩個子區(qū)域內的黑點個數(shù)差別較大時，而需要改變相同的像素點數(shù)時，對視覺效果的影響比較大。因此，考慮到各子區(qū)域的黑點個數(shù)不同，可以先將剖分后的m個子區(qū)域按照黑點個數(shù)的多少進行排序，從一端開始按照兩兩相鄰的為一組進行均勻劃分，每個分組內的兩個子區(qū)域分別按照相同的第一個進行相反的翻轉像素點操作，從而使得各子區(qū)域內部的像素點之間的翻轉相對均衡。由區(qū)域分組可以看出本發(fā)明的精神在于區(qū)域內黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的關系應用，也即在于黑點個數(shù)而非區(qū)域的大小或均等，通過分組的處理克服了不同區(qū)域中黑點個數(shù)不同的問題，因此對于不具備規(guī)則形狀的其他數(shù)字圖像而言，其處理方法是一致的。
經過上述過程，便可以計算出每個子區(qū)域內的需要反轉像素點的第一個數(shù)。
步驟104、按第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
該步驟中，搜索每個子區(qū)域內的圖像邊界輪廓。此時如果黑色像素點組成的連通區(qū)域處在子區(qū)域的內部，則圖像邊界輪廓是閉合；否則是不閉合的。改變黑點個數(shù)時，沿子區(qū)域內的每條輪廓連續(xù)地翻轉一組像素，需要增加黑色點時沿輪廓方向遍歷，翻轉黑點八鄰域內的白點為黑色，直到翻轉了第一個數(shù)像素為止。需要減少黑點時，同樣沿輪廓遍歷，翻轉輪廓黑點為白色，直到翻轉第一個數(shù)像素為止。其中對上下左右均同色的黑點不作翻轉，可以起到一定平滑視覺效果的作用。
圖6為圖2所示的印章圖像嵌入數(shù)字水印后的效果示意圖，利用上述的方法嵌入水印信息后的印章圖像效果如圖所示，由圖可以看出，變化前后的視覺平滑度比較理想，不仔細對比查看是不容易發(fā)現(xiàn)其中隱藏信息的。
基于同一構思，本發(fā)明還提供了在數(shù)字圖像中提取數(shù)字水印的方法，將數(shù)字水印嵌入的方法中的過程相逆便可以將數(shù)字水印提取，即通過對嵌入水印的數(shù)字圖像中的黑點個數(shù)等將嵌入的水印信息提取，從而將數(shù)字圖像還原。下面結合附圖來對提取方法的具體實施進行說明。根據(jù)對在嵌入方法的實施中的說明，本方法實施時仍舊以數(shù)字印章為例。
圖7為在數(shù)字印章中提取數(shù)字水印方法實施流程示意圖，如圖所示，包括以下步驟步驟701、獲取數(shù)字印章圖像，確定數(shù)字印章圖像的方向，并剖分數(shù)字印章圖像；實施中可以通過掃描儀等設備，獲取打印后的數(shù)字印章灰度圖像，然后進行如下的操作對灰度圖像進行糾斜處理；將灰度圖像進行閾值化處理后得到黑白二值圖像，可以采用大津法、迭代法或雙峰法以及其他的邊緣跟蹤算法等；在二值圖像中重新確定印章的方向，確定方向的方法跟嵌入過程相同；采用跟嵌入過程相同的方法對數(shù)字印章圖像進行剖分。
步驟702、分別統(tǒng)計剖分后的印章圖像子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并計算平均黑點個數(shù)；分別統(tǒng)計S701中均勻剖分印章圖像后的各子區(qū)域內部的黑點個數(shù)，記為∑i，其中i＝1，2，3...60。計算總的黑點個數(shù)之和∑∑＝∑1+∑2+∑3+...∑60；并計算平均的黑點個數(shù)
為Σ-=Σ/60;]]>步驟703、根據(jù)每個子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值關系及第一步長提取出所嵌入的水印信息位串。
計算每個子區(qū)域內部的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值，根據(jù)第一步長的奇偶倍數(shù)，提取出水印信息中0或1位串。
基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供了一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入與提取裝置，下面結合附圖對嵌入與提取裝置的具體實施方式
進行說明。
圖8為數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入裝置結構示意圖，如圖所示，嵌入裝置中統(tǒng)計模塊802與分塊模塊801相連，個數(shù)計算模塊803與統(tǒng)計模塊802、翻轉模塊804相連，其中分塊模塊按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域后，統(tǒng)計模塊統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)，個數(shù)計算模塊則根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)，最后翻轉模塊按第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
在分塊模塊801中包括了與中心點確定單元8011相連的劃分單元8012，其中中心點確定單元確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元根據(jù)中心點確定單元確定的中心點來確定中心線后劃分子區(qū)域。
個數(shù)計算模塊803可以是根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值，按第一步長的奇偶倍數(shù)對該比值進行調整，以調整的幅度乘以平均黑點個數(shù)得到第一個數(shù)，在優(yōu)選實施例中，選擇步長為0.1，一般來說步長的選取不要超過0.5。
翻轉模塊804中包括第一分組單元將兩兩相鄰的子區(qū)域劃分為一組；第一翻轉單元與第一分組單元相連，對于一個分組內的第一子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第二子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
所述翻轉模塊還可以包括第二分組單元將黑點個數(shù)數(shù)目相鄰的兩個子區(qū)域劃分為一組；第二翻轉單元與第二分組單元相連，對于一個分組內的第三子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第四子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
圖9為數(shù)字圖像的數(shù)字水印提取裝置結構示意圖，如圖所示，嵌入裝置中統(tǒng)計模塊802與分塊模塊801、提取模塊901相連，其中分塊模塊按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計模塊統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；提取模塊根據(jù)子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。
在分塊模塊801中包括了與中心點確定單元8011相連的劃分單元8012，其中中心點確定單元確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元根據(jù)中心點確定單元確定的中心點來確定中心線后劃分子區(qū)域。
提取模塊901根據(jù)子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值及第一步長的奇偶倍數(shù)提取水印信息位串。
本發(fā)明中嵌入與提取是一個相應的過程，下面再舉一實施例用以說明本發(fā)明在同一發(fā)明構思下進行完整的數(shù)字水印嵌入與提取的具體實施過程。
圖10為用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入與提取的實施流程示意圖，如圖所示，該實施中，給出了水印嵌入及提取的完整過程，用以進一步對本發(fā)明總構思的具體實施進行全面的說明，實施中可以包括以下步驟步驟1001、按第一規(guī)則確定數(shù)字圖像的方向，并剖分數(shù)字圖像；步驟1002、統(tǒng)計各剖分子區(qū)域中的黑點個數(shù)；步驟1003、計算平均黑點個數(shù)；步驟1004、分別計算各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比例關系；步驟1005、計算各子區(qū)域內的需要反轉的像素第一個數(shù)；步驟1006、翻轉各子區(qū)域內的像素點；步驟1007、獲取加入水印后的圖像；步驟1008、按第一規(guī)則確定數(shù)字圖像的方向，并剖分數(shù)字圖像；步驟1009、分別統(tǒng)計剖分后的圖像子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并計算平均黑點個數(shù)；步驟1010、提取水印位信息。
使用本發(fā)明可以避免由于打印、掃描和復印過程中不同的濃度設置帶來的單個子區(qū)域內部像素絕對個數(shù)的變化，從而能夠更好地抵抗打印、掃描和復印過程中的不確定因素攻擊；尤其對于打印、復印、掃描等圖像復制過程中的分辨率不匹配問題、以及由于不同程度的縮放因素導致的圖像偏差，都具有很好地適應性和魯棒性。
本發(fā)明精神在于，根據(jù)數(shù)字圖像剖分后子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的關系、以及步長將水印信息嵌入數(shù)字圖像中，然后依同理從中提取水印信息。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求
及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入方法，其特征在于，包括如下步驟按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；根據(jù)所述各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)；按所述第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
2.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，所述按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域，包括如下步驟確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
3.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，所述子區(qū)域為m個，所述m為大于零的偶數(shù)。
4.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，所述第一步長是步長奇偶法或奇偶嵌入法的步長。
5.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值，按第一步長的奇偶倍數(shù)對該比值進行調整，以所述調整的幅度乘以平均黑點個數(shù)得到第一個數(shù)。
6.如權利要求
1、或4、或5所述的方法，其特征在于，所述第一步長小于0.5。
7.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，進一步包括如下步驟將兩兩相鄰的子區(qū)域劃分為一組，對于一個分組內的第一子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第二子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
8.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，進一步包括如下步驟根據(jù)子區(qū)域的黑點個數(shù)進行分組，對于一個分組內的第三子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第四子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
9.如權利要求
7所述的方法，其特征在于，所述的分組是將黑點個數(shù)數(shù)目相鄰的兩個子區(qū)域劃分為一組。
10.一種如權利要求
1所述嵌入方法的數(shù)字水印提取方法，其特征在于，包括如下步驟按所述第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。
11.如權利要求
10所述的方法，其特征在于，按所述第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域，包括如下步驟確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
12.如權利要求
10所述的方法，其特征在于，所述子區(qū)域為m個，所述m為大于零的偶數(shù)。
13.如權利要求
10所述的方法，其特征在于，所述第一步長是步長奇偶法或奇偶嵌入法的步長。
14.如權利要求
10所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值及第一步長的奇偶倍數(shù)提取水印信息位串。
15.一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入裝置，其特征在于，包括分塊模塊，用于按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計模塊，與分塊模塊相連，用于統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；個數(shù)計算模塊，與統(tǒng)計模塊相連，用于根據(jù)所述各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出每個子區(qū)域內需要翻轉的像素第一個數(shù)；翻轉模塊，與個數(shù)計算模塊相連，用于按所述第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。
16.如權利要求
15所述的裝置，其特征在于，所述分塊模塊包括中心點確定單元，用于確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元，與中心點確定單元相連，用于根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
17.如權利要求
15所述的裝置，其特征在于，所述個數(shù)計算模塊進一步用于根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)的比值，按第一步長的奇偶倍數(shù)對該比值進行調整，以所述調整的幅度乘以平均黑點個數(shù)得到第一個數(shù)。
18.如權利要求
15所述的裝置，其特征在于，所述翻轉模塊包括第一分組單元，用于將兩兩相鄰的子區(qū)域劃分為一組；第一翻轉單元，與第一分組單元相連，用于對于一個分組內的第一子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第二子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
19.如權利要求
15所述的裝置，其特征在于，所述翻轉模塊包括第二分組單元，用于將黑點個數(shù)數(shù)目相鄰的兩個子區(qū)域劃分為一組；第二翻轉單元，與第二分組單元相連，用于對于一個分組內的第三子區(qū)域按照第一個數(shù)翻轉像素點，第四子區(qū)域按照第一個數(shù)對像素點做相反的翻轉。
20.一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印提取裝置，其特征在于，包括分塊模塊，用于按所述第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計模塊，與分塊模塊相連，用于統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)，并根據(jù)子區(qū)域數(shù)量與黑點總個數(shù)計算平均黑點個數(shù)；提取模塊，與統(tǒng)計模塊相連，用于根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。
21.如權利要求
20所述的裝置，其特征在于，所述分塊模塊包括中心點確定單元，用于確定數(shù)字圖像的外接矩形，并確定外接矩形的中心點為數(shù)字圖像的中心點；劃分單元，與中心點確定單元相連，用于根據(jù)中心點確定中心線后劃分子區(qū)域。
22.如權利要求
20所述的裝置，其特征在于，所述提取模塊進一步用于根據(jù)所述子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)之間的比值及第一步長的奇偶倍數(shù)提取水印信息位串。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于數(shù)字圖像的數(shù)字水印嵌入、提取方法及裝置，嵌入時包括按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；統(tǒng)計各子區(qū)域內的黑點個數(shù)；根據(jù)各子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)、水印信息位串、以及第一步長計算出需要翻轉的像素第一個數(shù)；按第一個數(shù)翻轉每個子區(qū)域內的像素點。提取時按第一規(guī)則將數(shù)字圖像分成若干子區(qū)域；根據(jù)子區(qū)域內的黑點個數(shù)與平均黑點個數(shù)及第一步長提取水印信息位串。本發(fā)明可以更好地抵抗打印、掃描和復印過程中的不確定因素攻擊，尤其對于打印、復印、掃描等圖像復制過程中的分辨率不匹配問題，以及由于不同程度的縮放因素導致的圖像偏差，具有很好地適應性和魯棒性。
文檔編號G06T1/00GK1996381SQ200710063389
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月10日
發(fā)明者亓文法, 李曉龍 申請人:北京北大方正電子有限公司, 北京大學, 北大方正集團有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan