一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法技术

本发明专利技术公开了一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其对原始灰度图像的逼近子图分成不重叠的8×8的子块，将每个子块分割成4×4的区域；对每个区域进行离散余弦变换；根据不同区域的离散余弦变换系数矩阵创建特征水印及自嵌入特征水印；提取时以相同的方式对水印图像的逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据不同区域的离散余弦变换系数矩阵盲提取出特征水印及认证水印；计算特征水印和认证水印之间的归一化相关系数进行版权保护，逐位比较特征水印和认证水印实现全盲篡改定位；优点是只需嵌入一个数字水印就能实现版权保护和篡改定位双功能，提取水印时无需原始图像和原始数字水印的任何信息，能实现水印的全盲检测。

A fully blind digital watermarking method with copyright protection and tamper localization

The invention discloses a completely blind digital watermarking method with copyright protection and tamper localization function, which divides the approximation sub-image of the original gray image into non-overlapping 8*8 sub-blocks, divides each sub-block into 4*4 regions, performs discrete cosine transform on each region and discrete cosine transform coefficient matrix according to different regions. Create feature watermarking and self-embedding feature watermarking; extract each region of each sub-block in the approximation sub-graph of the watermark image in the same way; then extract feature watermarking and authentication watermarking blindly according to the discrete cosine transform coefficient matrix of different regions; calculate feature watermarking and authentication watermarking The normalized correlation coefficients are used to protect the copyright, and the feature watermarking and authentication watermarking are compared bit by bit to realize the blind tamper localization. The advantage is that only one digital watermarking is embedded to realize the dual functions of copyright protection and tamper localization, and the watermark can be extracted without any information of the original image and the original digital watermarking. Totally blind detection.

【技术实现步骤摘要】
一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法
本专利技术涉及一种数字媒体信息安全技术，尤其是涉及一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法。
技术介绍
随着数字媒体及网络技术的迅速发展，数字水印技术已成为媒体版权保护及内容完整性认证的一种有效手段。但是，现有的数字水印技术多为单水印算法，往往存在着功能单一的局限性，即只能实现版权的保护或只能实现内容的认证。显然，具有多功能的数字水印算法在实际应用中有更强烈的需求。多功能数字水印是指在同一幅数字图像中嵌入不同性质的水印，以达到不同的应用目的。例如：在一幅数字图像中同时嵌入一个可见水印和一个不可见水印，前者用于版权通知，后者用于版权保护。又如：在一幅数字图像中同时嵌入一个脆弱水印和一个鲁棒水印，前者用于篡改提示和内容认证，后者用于版权保护等等。2009年，叶天语在《电子与信息学报》上提出了一种多功能双水印算法，该算法在图像分块的奇异值上嵌入鲁棒水印，在含鲁棒水印图像的空域像素最低有效位上嵌入脆弱水印，以此实现版权保护和内容认证双重功能。2012年，林军海在《杭州电子科技大学学报》上提出了一种基于纠错编码的空频域结合的多功能水印算法，该算法对载体图像进行离散小波变换，将鲁棒性水印嵌入到低频子带的对角线子带中，然后利用图像的位平面与鲁棒性水印进行汉明码编码，将生成的校验码嵌入至图像的最低有效位，实现脆弱水印的嵌入。2013年，虞晓庆在《计算机与应用软件》上提出了一种基于提升小波的多功能彩色图像双水印算法，该算法利用彩色RGB图像三个颜色通道的不同特性，通过在蓝色分量的低频系数上嵌入鲁棒水印，在绿色分量的中频系数上嵌入半脆弱水印，实现图像版权保护和内容认证及篡改定位的多重功能。2015年，王娟在《闽南师范大学学报》上提出了一种彩色图像多功能双水印算法，该算法通过提取彩色图像的RGB三个通道，将版权水印量化嵌入在蓝色分量的离散小波低频系数分块奇异值中，再将从红色分量中生成的认证水印自适应量化嵌入在绿色分量分块奇异值中，实验结果表明，该算法具备版权保护与内容认证的双重功能。可见，为了实现数字水印的多功能目的，以上提出的具有多功能的数字水印算法需要将鲁棒水印和脆弱水印(或认证水印)同时嵌入至图像载体中。显然，相比于单水印算法，双重水印的同时嵌入不可避免地会导致图像质量的有所下降；而且由于在同一图像载体中嵌入双重水印，因此鲁棒水印与脆弱水印之间必然存在着一定的干扰，从而影响到后续水印的提取效果。另外，为了实现版权保护和内容认证等功能，对提取的鲁棒水印和脆弱水印需要与原始数字水印分别进行相关性度量和比较，无法实现数字水印的盲检测。因此，为克服以上具有多功能的数字水印算法存在的相关局限性，研究一种只嵌入单水印就能实现多功能目的，并能实现全盲检测的数字水印算法更具有实际应用意义，也必将是信息安全
的发展方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其在嵌入端只需要嵌入一个数字水印就能实现版权保护和篡改定位的双功能，且在保证水印图像质量的前提下，对于常规图像处理具有比较理想的鲁棒性，对于恶意攻击具有很好的敏感性，在检测端提取数字水印时无需原始图像和原始数字水印的任何信息，能够实现数字水印的全盲检测。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于主要处理过程为：在数字水印嵌入端，对原始的8bit灰度图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，创建得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数及创建得到的特征水印中的每位比特，在逼近子图中的每个子块中自嵌入特征水印中的一位比特；最后通过逆离散余弦变换和一级逆离散小波变换得到嵌有数字水印的水印图像；在数字水印提取与检测端，对嵌有数字水印的水印图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，盲提取得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数，盲提取得到认证水印；最后通过计算盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印之间的归一化相关系数来进行版权保护，通过逐位比较盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印来实现全盲篡改定位。该具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法包括数字水印嵌入、数字水印提取与检测两个部分；所述的数字水印嵌入部分的具体步骤为：步骤①_1、选取一幅原始的8bit灰度图像，并记为F，F的尺寸大小为I×J；然后对F进行一级离散小波分解，得到F的三幅细节子图和一幅逼近子图，将F的逼近子图记为FA，FA的尺寸大小为接着将FA分割成个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将FA中的第k个子块记为FABk；再将FA中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域，将FABk中的左上角区域作为FABk中的第1个区域记为将FABk中的右上角区域作为FABk中的第2个区域记为将FABk中的左下角区域作为FABk中的第3个区域记为将FABk中的右下角区域作为FABk中的第4个区域记为其中，I表示F的水平方向分辨率，J表示F的竖直方向分辨率，符号为向下取整运算符号，k为正整数，步骤①_2、对FA中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换，得到FA中的每个子块中的每个区域的离散余弦变换系数矩阵，将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为其中，和的维数均为4×4；步骤①_3、创建特征水印W，具体过程为：计算FA中的每个子块的离散余弦变换直流系数均值，将FABk的离散余弦变换直流系数均值记为FADk，然后根据FA中的所有子块的离散余弦变换直流系数均值，创建得到特征水印W，将W的第k位比特记为Wk，其中，W的长度为表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，δ1为设定的第一阈值；步骤①_4、自嵌入特征水印W，具体过程为：在FA中的每个子块中自嵌入特征水印W中的一位比特，对于FABk，取出Wk，如果Wk＝0且则令然后令实现Wk的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令如果Wk＝0且则对和不作处理，实现Wk的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令如果Wk＝1且则令然后令实现Wk的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令如果Wk＝1且则对和不作处理，实现Wk的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令其中，表示中的第2行第2列元素，表示中的第2行第2列元素，G1和G2均为引入的中间变量，abs(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于主要处理过程为：在数字水印嵌入端，对原始的8bit灰度图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，创建得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数及创建得到的特征水印中的每位比特，在逼近子图中的每个子块中自嵌入特征水印中的一位比特；最后通过逆离散余弦变换和一级逆离散小波变换得到嵌有数字水印的水印图像；在数字水印提取与检测端，对嵌有数字水印的水印图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，盲提取得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数，盲提取得到认证水印；最后通过计算盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印之间的归一化相关系数来进行版权保护，通过逐位比较盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印来实现全盲篡改定位。...

【技术特征摘要】
1.一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于主要处理过程为：在数字水印嵌入端，对原始的8bit灰度图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，创建得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数及创建得到的特征水印中的每位比特，在逼近子图中的每个子块中自嵌入特征水印中的一位比特；最后通过逆离散余弦变换和一级逆离散小波变换得到嵌有数字水印的水印图像；在数字水印提取与检测端，对嵌有数字水印的水印图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，盲提取得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数，盲提取得到认证水印；最后通过计算盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印之间的归一化相关系数来进行版权保护，通过逐位比较盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印来实现全盲篡改定位。2.根据权利要求1所述的一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于该全盲数字水印方法包括数字水印嵌入、数字水印提取与检测两个部分；所述的数字水印嵌入部分的具体步骤为：步骤①_1、选取一幅原始的8bit灰度图像，并记为F，F的尺寸大小为I×J；然后对F进行一级离散小波分解，得到F的三幅细节子图和一幅逼近子图，将F的逼近子图记为FA，FA的尺寸大小为接着将FA分割成个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将FA中的第k个子块记为FABk；再将FA中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域，将FABk中的左上角区域作为FABk中的第1个区域记为将FABk中的右上角区域作为FABk中的第2个区域记为将FABk中的左下角区域作为FABk中的第3个区域记为将FABk中的右下角区域作为FABk中的第4个区域记为其中，I表示F的水平方向分辨率，J表示F的竖直方向分辨率，符号为向下取整运算符号，k为正整数，步骤①_2、对FA中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换，得到FA中的每个子块中的每个区域的离散余弦变换系数矩阵，将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为其中，和的维数均为4×4；步骤①_3、创建特征水印W，具体过程为：计算FA中的每个子块的离散余弦变换直流系数均值，将FABk的离散余弦变换直流系数均值记为FADk，然后根据FA中的所有子块的离散余弦变换直流系数均值，创建得到特征水印W，将W的第k位比特记为Wk，其中，W的长度为表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，δ1为设定的第一阈值；步骤①_4、自嵌入特征水印W，具体过程为：在FA中的每个子块中自嵌入特征水印W中的一位比特，对于FABk，取出Wk，如果Wk＝0且则令...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚训，薛栋，周自忠，程盼，苏秀娥，周明翰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33