一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法及系统，该方法包括生成含数字水印图像的步骤和检测遭受径向变换的图像是否含有数字水印的步骤。其中，在检测时，首先根据生成水印图像时所用的水印嵌入密钥生成数字水印矩阵，并估算图像的形变参数根据对生成的数字水印矩阵进行径向变换，之后再分别对图像和矩阵进行DCT变换，并对变换后的DCT系数进行zigzag排序，取排序结果中的若干个连续的元素构成序列QI和QW，最后通过判断序列QI和QW的相似度是否大于相似度阈值判定出图像中是否嵌入了数字水印。通过该方法及系统能够从发生的径向变换的图像中检测出是否嵌入了数字水印。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字视频
，具体涉及一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法及系统。
技术介绍
伴随着信息技术的快速发展，对数字图像、视频、音乐等多媒体文件的恶意复制和修改带了极大的便利，这些非法行为严重地侵害了作者的著作权，给版权所有者带来巨大的经济损失。在这一背景下，数字水印技术走进了人们的视野。数字水印的基本手段是将版权、作者等数字信息(称为水印)嵌入到数字媒体中。嵌入的水印应当不降低数字媒体的视觉和听见的质量、同时不易被察觉，并且能够经受一定的攻击，需要时可以通过检测嵌入的水印来声明版权。近些年，随着数字水印技术的发展，对数字水印的攻击技术也不断发展。通常，对数字水印的攻击类型可以分为一般图像处理攻击和几何变换攻击两类。一般图像处理攻击主要包括噪声、滤波、压缩等图像处理操作；几何变换攻击主要是对图像进行操作使其产生几何形变。遭受几何形变攻击后，水印虽然还在图像中，但是水印的位置和顺序已经发生了改变。一般而言，一般图像处理攻击只是降低了水印的能量，而几何变换攻击改变了水印的几何位置又降低了水印的能量。因此，几何变换攻击一直是数字水印技术需要应对的难题。现有的数字水印方法主要可以抵抗旋转、缩放、平移、仿射变换等几何变换攻击。径向变换可分为桶形变换和枕形变换两种，如图1所示，(a)为原始图像，(b)为经过桶形畸变的图像，(c)为经过枕形畸变的图像。径向变换的数学模型为：<br>r·=r(1+k1r2+k2r4+...+kir2i+...)]]>(公式1)其中，和r分别是原始图像和形变图像的像素点到图像中心的距离。ki是是径向变换的形变参数。当ki是为正数时，径向变换的视觉效果为桶形形变；当ki是为负数时，径向变换的视觉效果为枕形形变。在实际的应用中该模型常常被简化为：r·=r(1+k1r2+k2r4)]]>(公式2)目前，能够抵抗径向变换这一几何变换攻击的水印系统非常少。本专利技术正是针对该需要而提供了一种能够有效抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法及系统。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法及系统，通过该方法及系统能够很好的判断出发生了径向变换攻击的图像中是否嵌入了数字水印。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，包括以下步骤：步骤一、数字水印的嵌入：设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵，将数字水印矩阵嵌入到需要添加数字水印的原始图像中，得到含水印图像；步骤二、判断遭受径向变换的图像中是否嵌入了数字水印，判断步骤包括：(1)根据所述水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵；(2)估算图像的径向变换形变参数估算方式为：1)选择图像边缘处的任意M个点，得到M个点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标，M≥3；2)根据所述M个点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算得到图像的径向变换形变参数(3)根据图像的径向变换形变参数对步骤(1)中的数字水印矩阵进行径向变换，得到径向变换后的数字水印矩阵(4)分别对图像和经过径向变换后的数字水印矩阵进行离散余弦变换，并分别对离散余弦变换后得到的离散余弦变换系数进行zigzag排序，取排序结果中的若干个连续的元素构成序列QI和QW，计算序列QI和QW的相似度x；(5)判断所述相似度x是否大于相似度阈值X，若是，则判定图像中含有数字水印，若否，则判定图像中未嵌入数字水印。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(2)中，当M＝3时，根据三个边缘点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算得到图像的径向变换形变参数当M＞3时，对于M个边缘点，以三个边缘点为一组，估算出每组所对应的径向变换形变参数，将多组对应的径向变换形变参数的均值确定为图像的径向变换形变参数根据三个边缘点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算得到图像的径向变换形变参A=r23r·1-r13r·2r25r·1-r15r·2r33r·1-r13r·3r35r·1-r15r·3]]>Z=r1r·2-r2r·1r1r·3-r3r·1]]>其中，r1、r2和r3分别为图像中三个边缘点经过径向变换后在极坐标系中的极径，和分别为三个边缘点未经过径向变换时在极坐标中的极径，k1和k2分别为径向变换的一阶形变参数和二阶形变参数，k^=k1k2.]]>进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(4)中，所述若干个连续的元素为排序结果中的第s+1个至第s+L个元素，s≥0，L小于原始图像中像素的总数。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，L为原始图像中像素总数的1/8。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(5)，所述相似度阈值X的确定方式为：设置N个错误的水印嵌入密钥，重复步骤(1)～(4)，计算得到N个相似度，所述相似度阈值X大于N个相似度的最大值，N为正整数。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(5)，所述设定阈值的确定方式为：设置N个错误的水印嵌入密钥，重复步骤(1)～(4)，计算得到N个相似度，计算N个相似度的均值所述相似度阈值X满足：Tx为设定系数，Tx＞1。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(5)中，N＝1000。进一步，如上所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，步骤(5)中，Tx＝1.5。本专利技术实施例中还提供了一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测系统，包括：数字水印嵌入子系统：用于设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵，将第一数字水印矩阵嵌入到需要添加数字水印的原始图像中，得到含水印图像IW；数字水印检测子系统，用于判断遭受径向变换的图像中是否嵌入了数字水印；所述数字水印嵌入子系统包括：水印矩阵生成模块，用于根据所述水印嵌入密钥Ke本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，包括以下步骤：步骤一、数字水印的嵌入：设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵，将数字水印矩阵嵌入到需要添加数字水印的原始图像中，得到含水印图像；步骤二、判断遭受径向变换的图像中是否嵌入了数字水印，判断步骤包括：(1)根据所述水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵；(2)估算图像的径向变换形变参数估算方式为：1)选择图像边缘处的任意M个点，得到M个点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标，M≥3；2)根据所述M个点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算得到图像的径向变换形变参数(3)根据图像的径向变换形变参数对步骤(1)中的数字水印矩阵进行径向变换，得到径向变换后的数字水印矩阵(4)分别对图像和经过径向变换后的数字水印矩阵进行离散余弦变换，并分别对离散余弦变换后得到的离散余弦变换系数进行zigzag排序，取排序结果中的若干个连续的元素构成序列QI和QW，计算序列QI和QW的相似度x；(5)判断所述相似度x是否大于相似度阈值X，若是，则判定图像中含有数字水印，若否，则判定图像中未嵌入数字水印。

【技术特征摘要】
1.一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方法，包括以下步骤：
步骤一、数字水印的嵌入：设置水印嵌入密钥Key，根据水印嵌入密钥Key
生成数字水印矩阵，将数字水印矩阵嵌入到需要添加数字水印的原始图像中，
得到含水印图像；
步骤二、判断遭受径向变换的图像中是否嵌入了数字水印，判断步骤
包括：
(1)根据所述水印嵌入密钥Key生成数字水印矩阵；
(2)估算图像的径向变换形变参数估算方式为：
1)选择图像边缘处的任意M个点，得到M个点经过径向变换后的
坐标和未经过径向变换时的坐标，M≥3；
2)根据所述M个点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐
标估算得到图像的径向变换形变参数(3)根据图像的径向变换形变参数对步骤(1)中的数字水印矩阵
进行径向变换，得到径向变换后的数字水印矩阵(4)分别对图像和经过径向变换后的数字水印矩阵进行离散余弦变
换，并分别对离散余弦变换后得到的离散余弦变换系数进行zigzag排序，取
排序结果中的若干个连续的元素构成序列QI和QW，计算序列QI和QW的相
似度x；
(5)判断所述相似度x是否大于相似度阈值X，若是，则判定图像中
含有数字水印，若否，则判定图像中未嵌入数字水印。
2.根据权利要求1所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测
方法，其特征在于：步骤(2)中，当M＝3时，根据三个边缘点经过径向变
换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算得到图像的径向变换形变参数
当M＞3时，对于M个边缘点，以三个边缘点为一组，估算出每组所对
应的径向变换形变参数，将多组对应的径向变换形变参数的均值确定为图像
的径向变换形变参数根据三个边缘点经过径向变换后的坐标和未经过径向变换时的坐标估算

\t得到图像的径向变换形变参数的计算公式为：
k^=A-1Z]]>A=r23r·1-r13r·2r25r·1-r15r·2r33r·1-r13r·3r35r·1-r15r·3]]>Z=r1r·2-r2r·1r1r·3-r3r·1]]>其中，r1、r2和r3分别为图像中三个边缘点经过径向变换后在极坐标系
中的极径，和分别为三个边缘点未经过径向变换时在极坐标中的极径，
k1和k2分别为径向变换的一阶形变参数和二阶形变参数，k^=k1k2.]]>3.根据权利要求1所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测
方法，其特征在于：步骤(4)中，所述若干个连续的元素为排序结果中的第
s+1个至第s+L个元素，s≥0，L小于原始图像中像素的总数。
4.根据权利要求3所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测
方法，其特征在于：L为原始图像中像素总数的1/8。
5.根据权利要求1所述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测
方法，其特征在于：步骤(5)，所述相似度阈值X的确定方式为：
设置N个错误的水印嵌入密钥，重复步骤(1)～(4)，计算得到N个
相似度，所述相似度阈值X大于N个相似度的最大值，N为正整数。
6.根据权利要求1述的一种抵抗径向变换攻击的数字水印生成与检测方
法，其特征在于：步骤(5)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田华伟，肖延辉，丁建伟，于丽芳，黄智超，
申请(专利权)人：中国人民公安大学，
类型：发明
国别省市：北京;11