图像水印嵌入方法、提取方法及相关方法技术

本发明专利技术涉及数字媒体内容版权保护技术领域，具体公开了一种图像水印嵌入方法、图像水印提取方法以及媒体内容版权保护与追踪方法。其中，图像水印嵌入方法包括对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像；获取原始图像的分量矩阵，并对分量矩阵进行自适应矩阵分块；对每个矩阵分别分块进行离散余弦变换，以确定第一变换系数矩阵分块；从每个变换系数矩阵分块分别中选取若干系数对，将编码后的水印图像中的若干比特信息重复嵌入到若干系数对中；将嵌入比特信息的若干系数对进行位置复位、反离散余弦变换、分量矩阵复位等处理，以确定嵌入水印的图像。本发明专利技术大幅提高了水印容量、不可见性、鲁棒性和算法安全性，进一步提高了技术性能。

Image Watermarking Embedding Method, Extraction Method and Related Methods

The invention relates to the technical field of digital media content copyright protection, and specifically discloses an image watermarking embedding method, an image watermarking extraction method and a media content copyright protection and tracking method. Among them, the image watermarking embedding method includes encoding the original watermarking information to determine the watermarking image after encoding; obtaining the component matrix of the original image and dividing the component matrix into adaptive matrix blocks; dividing each matrix into blocks by discrete cosine transform to determine the first transform coefficient matrix blocks; and selecting several systems from each transform coefficient matrix block separately. Several bits of the encoding watermarking image are repeatedly embedded into several coefficient pairs. Some coefficients of the embedded bit information are processed by position reset, inverse discrete cosine transform and component matrix reset to determine the embedded watermarking image. The invention greatly improves the watermarking capacity, invisibility, robustness and algorithm security, and further improves the technical performance.

【技术实现步骤摘要】
图像水印嵌入方法、提取方法及相关方法
本专利技术涉及数字媒体内容版权保护
，具体涉及一种图像水印嵌入方法、图像水印提取方法以及媒体内容版权保护与追踪方法。
技术介绍
在网络媒体内容铺天盖地、迅猛发展的今天，人们除了享受着互联网和各种移动终端设备上的数字媒体内容产品给人们的生活带来便利的同时，也正遭受着数字媒体内容产品被非法复制、传播和使用所带来的版权秩序混乱问题，严重损害了数字媒体内容产品权利人的合法权益。数字水印技术是继加解密技术之后，近年来提出并发展起来的主要用于数字媒体内容版权保护的关键技术，其中尤其以图像水印技术的研究和发展最为广泛和深入，同时，针对文本、音频、视频等媒体内容的水印技术和其他版权保护技术与系统也相继展开研究。经过二三十年的发展和探索，数字图像水印技术从不同维度可以分为空间域水印和变换域水印、第一代水印和与第二代水印、抵抗处理攻击的水印与抵抗几何攻击的水印、鲁棒水印与脆弱水印、非盲水印与盲水印、票据防伪水印和版权标识水印等多种各具特色的水印技术。目前，尤以抵抗图像处理攻击和几何攻击的变换域鲁棒盲水印技术研究最受关注，其应用前景也最为广泛。变换域水印主要依靠常用的图像处理和矩阵变换方式，将图像数据从像素域映射到变换域，通过有针对性地修改变换域系数来嵌入水印。常用的图像处理和矩阵变换方式包括离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)、离散余弦变换(DiscreteCosineTransform，DCT)、离散小波变换(DiscreteWaveletTransform，DWT)、奇异值分解(SingularValueDecomposition，SVD)等。为此，国内外的研究者付出了辛勤的劳动，也取得了一定的研究成果。目前，针对JPEG压缩、添加噪声、低通滤波等图像处理攻击的水印算法效果较好，但很多方法在抵抗几何攻击方面仍然存在不可逾越的鸿沟；目前已有的算法也都是各具特色，各有优缺点，很难互相借鉴和融合；同时，现有的各种水印算法，其水印提取准确率也有待进一步提高。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种图像水印嵌入方法，所述图像水印嵌入方法包括：对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像；获取原始图像的分量矩阵，并对所述分量矩阵进行基于分块个数的自适应矩阵分块；对每个所述矩阵分块分别进行离散余弦变换，以确定第一变换系数矩阵分块；从所述每个第一变换系数矩阵分块中分别选取至少一个系数对，将所述编码后的水印图像嵌入到所述系数对中；将所述嵌入水印图像的系数对进行位置复位以及所述第一变换系数矩阵分块的反离散余弦变换处理，得到嵌入水印图像的分量矩阵；将所述嵌入水印图像的分量矩阵进行复位，以确定嵌入水印信息的图像。在上述图像水印嵌入方法的优选技术方案中，“对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像”的步骤包括：对所述原始水印信息进行第一置乱加密，以确定第一置乱加密后的水印信息；对所述第一置乱加密后的水印信息进行二维码编码，并对编码后的图像进行必要的缩放，以确定编码后的二维码图像；对所述编码后的二维码图像进行第二置乱加密，以确定编码后的水印图像。在上述图像水印嵌入方法的优选技术方案中，“对所述原始水印信息进行第一置乱加密，以确定第一置乱加密后的水印信息”的步骤包括：利用密钥key1生成与所述原始水印信息长度相同的整数序列，所有整数两两不同；根据所述整数序列中的整数大小关系，对所述原始水印信息中的所有字符调整其排列次序，以得到第一置乱加密后的水印信息；或者，利用密钥key2生成与所述原始水印信息长度相同的整数序列，每个整数均落在1至N之间，N为大于1的整数；对所述原始水印信息中的每个字符的ASCII码值的二进制表示与所述整数序列中对应位置上整数的ASCII码值的二进制表示进行异或，计算得到的二进制数所对应的字符作为所述原始水印信息中该位置上的替换字符，以得到第一置乱加密后的水印信息。在上述图像水印嵌入方法的优选技术方案中，“对所述编码后的二维码图像进行第二置乱加密，以确定编码后的水印图像”的步骤包括：利用密钥key3生成与所述二维码图像尺寸相同的整数矩阵，所有整数两两不同；根据所述整数矩阵中的整数大小关系，对所述二维码图像中的所有像素调整其位置，以得到编码后的水印图像；或者，利用密钥key4生成与所述二维码图像尺寸相同的二值矩阵；对所述二维码图像与所述二值矩阵中对应位置的值进行二进制异或，计算得到的二进制数所对应的十进制数值作为所述二维码图像该位置上的替换数值，以得到编码后的水印图像。在上述图像水印嵌入方法的优选技术方案中，“从所述每个第一变换系数矩阵分块中选取至少一个系数对，将所述编码后的水印图像嵌入到所述系数对中”的步骤包括：从所述每个第一变换系数矩阵分块中选取m个系数对，记为ACm＝{(ac1，ac′1)，(ac2，ac′2)，...，(acm，ac′m)}，其中，aci和aci'是靠近矩阵左上角的、与主对角线对称的两个系数，不失一般性，aci位于主对角线右上方，aci'位于主对角线左下方，i＝1,2,…,m，m为大于等于1的整数；对从同一所述第一变换系数矩阵分块中选取的m个系数对嵌入至少1bit水印信息，嵌入规则如下：令vi＝||aci|-|aci'||+Δ，Δ为正数，视为水印嵌入强度，i表示第i个系数对，当bit＝'1'时：当bit＝'0'时：或者，当bit＝'1'时：当bit＝'0'时：另一方面，本专利技术还提出了一种图像水印提取方法，所述图像水印提取方法包括：获取载有水印信息的图像的分量矩阵，并对所述分量矩阵进行基于分块个数的自适应矩阵分块，所述水印信息采用上述的图像水印嵌入方法嵌入所述图像中；对所述每个矩阵分块分别进行离散余弦变换，以确定第二变换系数矩阵分块；从所述每个变换系数矩阵分块中分别选取至少一个系数对，从中提取出至少1bit水印信息；对所述提取出的水印信息进行汇总分析，以确定加密水印图像；对所述加密水印图像进行解码识别，以确定最终提取出的所述水印信息。在上述图像水印提取方法的优选技术方案中，“从所述每个变换系数矩阵分块分别中选取至少一个系数对，从中提取出至少1bit水印信息”的步骤包括：从所述每个变换系数矩阵分块中分别选取m个系数对，记为BCm＝{(bc1，bc′1)，(bc2，bc′2)，...，(bcm，bc′m)}，其中，bci和bci'是靠近矩阵左上角的、与主对角线对称的两个系数，不失一般性并与上述的图像水印嵌入方法相对应，bci位于主对角线右上方，bci'位于主对角线左下方，i＝1,2,…,m，m为大于等于1的整数；从所述矩阵分块的m个系数对中提取出mbits水印信息，提取规则如下：或者，在上述图像水印提取方法的优选技术方案中，“对所述提取出的水印信息进行汇总分析，以确定加密水印图像”的步骤包括：针对从所述矩阵分块的m个系数对中提取出的mbits水印信息，根据少数服从多数的原则，确定所述矩阵分块对应的至少1bit水印信息；将所述所有分块确定的水印信息按次序排列成二维矩阵，以确定加密水印图像。在上述图像水印提取方法的优选技术方案中，“对所述加密水印图像进行解码识别，以确定最终提取出的水印信息”的步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像水印嵌入方法，其特征在于，所述图像水印嵌入方法包括：对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像；获取原始图像的分量矩阵，并对所述分量矩阵进行基于分块个数的自适应矩阵分块；对每个所述矩阵分块分别进行离散余弦变换，以确定第一变换系数矩阵分块；从所述每个第一变换系数矩阵分块中分别选取至少一个系数对，将所述编码后的水印图像嵌入相对应的所述系数对中；将所述嵌入水印图像的系数对进行位置复位以及所述第一变换系数矩阵分块的反离散余弦变换处理，得到嵌入水印图像的分量矩阵；将所述嵌入水印图像的分量矩阵进行复位，以确定嵌入水印信息的图像。

【技术特征摘要】
1.一种图像水印嵌入方法，其特征在于，所述图像水印嵌入方法包括：对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像；获取原始图像的分量矩阵，并对所述分量矩阵进行基于分块个数的自适应矩阵分块；对每个所述矩阵分块分别进行离散余弦变换，以确定第一变换系数矩阵分块；从所述每个第一变换系数矩阵分块中分别选取至少一个系数对，将所述编码后的水印图像嵌入相对应的所述系数对中；将所述嵌入水印图像的系数对进行位置复位以及所述第一变换系数矩阵分块的反离散余弦变换处理，得到嵌入水印图像的分量矩阵；将所述嵌入水印图像的分量矩阵进行复位，以确定嵌入水印信息的图像。2.根据权利要求1所述的图像水印嵌入方法，其特征在于，“对原始水印信息进行编码，以确定编码后的水印图像”的步骤包括：对所述原始水印信息进行第一置乱加密，以确定第一置乱加密后的水印信息；对所述第一置乱加密后的水印信息进行二维码编码，并对编码后的图像进行必要的缩放，以确定编码后的二维码图像；对所述编码后的二维码图像进行第二置乱加密，以确定编码后的水印图像。3.根据权利要求2所述的图像水印嵌入方法，其特征在于，“对所述原始水印信息进行第一置乱加密，以确定第一置乱加密后的水印信息”的步骤包括：利用密钥key1生成与所述原始水印信息长度相同的整数序列，所有整数两两不同；根据所述整数序列中的整数大小关系，对所述原始水印信息中的所有字符调整其排列次序，以得到第一置乱加密后的水印信息；或者，利用密钥key2生成与所述原始水印信息长度相同的整数序列，每个整数均落在1至N之间，N为大于1的整数；对所述原始水印信息中的每个字符的ASCII码值的二进制表示与所述整数序列中对应位置上整数的ASCII码值的二进制表示进行异或，计算得到的二进制数所对应的字符作为所述原始水印信息中该位置上的替换字符，以得到第一置乱加密后的水印信息。4.根据权利要求3所述的图像水印嵌入方法，其特征在于，“对所述编码后的二维码图像进行第二置乱加密，以确定编码后的水印图像”的步骤包括：利用密钥key3生成与所述二维码图像尺寸相同的整数矩阵，所有整数两两不同；根据所述整数矩阵中的整数大小关系，对所述二维码图像中的所有像素调整其位置，以得到编码后的水印图像；或者，利用密钥key4生成与所述二维码图像尺寸相同的二值矩阵；对所述二维码图像与所述二值矩阵中对应位置的值进行二进制异或，计算得到的二进制数所对应的十进制数值作为所述二维码图像该位置上的替换数值，以得到编码后的水印图像。5.根据权利要求4所述的图像水印嵌入方法，其特征在于，“从所述每个第一变换系数矩阵分块中分别选取至少一个系数对，将所述编码后的水印图像嵌入到相对应的所述系数对中”的步骤包括：从所述每个第一变换系数矩阵分块中选取m个系数对，记为ACm＝{(ac1，ac′1)，(ac2，ac′2)，...，(acm，ac′m)}，其中，aci和aci'是靠近矩阵左上角的、与主对角线对称的两个系数，不失一般性，aci位于主对角线右上方，aci'位于主对角线左下方，i＝1,2,…,m，m为大于等于1的整数；对从同一所述第一变换系数矩阵分块中选取的m个系数对嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：关虎，张桂煊，刘杰，张树武，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11