一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法制造技术

技术编号:22566244 阅读:45 留言:0更新日期:2019-11-16 12:32
本发明专利技术涉及一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,其主要技术特点是:首先对待加密的原始图像进行小波包分解,其次在数字水印嵌入时,从不同空间、不同频率多方位的重复嵌入相同的数字水印图像,在数字水印检测时,从不同空间、不同频率抽取水印信息,进行多方位的信息融合,并自适应的调整采样参数,再结合图像增强优化算法,进行信息补偿。本发明专利技术设计合理,加密时具有优良的抗剪切、抗噪声、抗滤波等鲁棒性和透明性,检测时具有优良的视觉效果,可广泛用于数字多媒体的版权保护等领域。

A digital watermarking algorithm based on information fusion and information compensation

The invention relates to a digital watermarking algorithm based on information fusion and information compensation. Its main technical features are as follows: firstly, the original image to be encrypted is decomposed into wavelet packets; secondly, when the digital watermark is embedded, the same digital watermark image is repeatedly embedded from different spaces and different frequencies; when the digital watermark is detected, the watermark is extracted from different spaces and different frequencies Information, multi-directional information fusion, and adaptive adjustment of sampling parameters, combined with image enhancement optimization algorithm, information compensation. The invention has reasonable design, excellent robustness and transparency against shearing, noise and filtering during encryption, excellent visual effect during detection, and can be widely used in digital multimedia copyright protection and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法
本专利技术属于数字多媒体的版权保护领域,尤其是一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法。
技术介绍
数字水印的嵌入与检测技术对于数字多媒体的版权保护具有重要意义。目前,数字水印技术的研究已经取得了相当的成就。依据理论基础的不同,数字水印算法主要可以分为空域算法、变换域算法和优化域算法。空域算法一般是通过直接修改原始图像的像素值来达到嵌入水印的目的。这种算法一般操作简单,具有一定的鲁棒性,但是数字水印的透明性较差。变换域算法一般通过修改图像的其它附加属性(如颜色、纹理、频域)来嵌入水印,这种方法可以使图像具有较高鲁棒性的同时,保证含有数字水印的图像具有较好的透明性,目前常用的变换方法有DCT(离散余弦变换)和DWT(小波包变换),但是这些算法仍然有很多需要改进的地方,比如抗剪切的鲁棒性以及检测到的数字水印图像的视觉效果方面。优化类水印算法,主要是将人工智能及生物模拟等算法引入数字水印算法中来,但是这类算法不能用来直接进行嵌入水印,只能用于优化含水印的图像,以达到鲁棒性和透明性之间更好的平衡。综上所述,现有的数字水印技术在嵌入时的透明性以及检测时的鲁棒性与视觉效果等方面都存在很大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,该算法能够经受常见的数字水印攻击测试,嵌入时具有优良的透明性,检测时具有优良的鲁棒性和视觉效果。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,主要包括以下步骤:步骤1:读取待嵌入的原始图像文件,读取适合的数字水印图像文件,并且分别转化成矩阵向量。步骤2:对原始图像的矩阵向量进行小波包分解,求小波包分解系数;步骤3:初始化采样参数aij;步骤4:根据加法准则,在不同空间分块,不同频率,分别进行数字水印的嵌入,最后得到含数字水印图像的矩阵向量,步骤5:将含数字水印的矩阵向量,进行小波包重构,并将结果写入到含数字水印文件并显示。观察其透明性的视觉效果,如果数字水印信息的透明性视觉效果比较差(说明步骤3中的采样特性参数设置过大),则返回步骤3(适当减小采样特性参数aij),否则进行下一步。步骤6:对步骤5中得到的含数字水印图像进行剪切攻击测试,对剪切攻击后的含数字水印图像进行数字水印检测并显示检测结果;步骤7:对步骤6中检测到的数字水印图像,观察其视觉效果,如果检测到的数字水印信息的鲁棒性与视觉效果太差(说明步骤3中的采样特性参数设置过小),则返回步骤3(适当增大采样特性参数aij),否则进行下一步。步骤8:对步骤5中得到的含数字水印图像进行低通滤波攻击测试,对攻击后的含数字水印图像进行数字水印的检测并显示检测结果,检测水印时适当减小采样特性参数aij,以增大水印信息,从而对水印信息进行信息补偿。步骤9:选取合适的图像增强方法(本实施案例采用灰度变换法imadjust函数),再次对检测到的数字水印图像进行信息补偿并显示,得到经过信息补偿的数字水印图像。对经过信息补偿的数字水印图像进行与步骤7同样的鲁棒性与视觉效果性能分析,如果数字水印信息的鲁棒性与视觉效果太差(说明步骤3中的采样特性参数设置过小),则返回步骤3(适当增大采样特性参数aij),否则说明本算法能够经受常见的数字水印攻击测试,算法结束。本专利技术的优点和积极效果是:本专利技术通过在不同空间域、不同频率域多方位的重复嵌入相同的数字水印,可以显著提高数字水印的抗剪切、抗噪声和抗低通滤波等攻击的鲁棒性。通过从不同空间、不同频率检测抽取水印信息,再进行多方位的信息融合,并自适应的调整采用特性参数,以及结合恰当的图像增强优化方法,可以显著提高检测到的数字水印图像的视觉效果。本专利技术可广泛用于防伪溯源、版权保护、隐藏标识、认证和安全隐蔽通信等领域。附图说明图1算法设计流程图;图2a为读取待嵌入的原始图像;图2b为用于嵌入的合适的数字水印图像;图3为经过数字水印嵌入的含数字水印图像;图4a为经过剪切攻击后的含数字水印图像;图4b为经过剪切攻击后检测到的数字水印图像;图5a为经过低通滤波攻击后的含数字水印图像;图5b为经过低通滤波攻击后检测到的数字水印图像;图5c为经过信息补偿后的数字水印图像。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施案例做进一步详述:一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,该算法包括数字水印嵌入和数字水印检测两个环节,算法设计流程图如图1所示,包括以下步骤:步骤1:读取待嵌入的原始图像文件,如图2a所示,读取合适的数字水印图像文件,如图2b所示,并且分别转化成矩阵向量;步骤2:对原始图像的矩阵向量进行小波包分解,求小波包分解系数;步骤3:初始化采样参数aij;其中,i=0,1......m,j=0,1......n;m为图像小波包分解的阶数;n为水印嵌入时原始图像划分的块数。说明:采样特性参数aij取值,应该根据实际情况,自适应的调整,以改进数字水印图像信息的透明性和鲁棒性。步骤4:根据加法准则,对步骤2中得到的小波包分解系数的矩阵向量,在不同空间分块,不同频率,分别进行数字水印的嵌入,最后得到含数字水印图像的矩阵向量,数字水印嵌入的计算公式如下:Xw(k)=∑xwij(k)=∑(x0ij(k)+aij·w(k))其中,i=0,1......m,j=0,1......nm为图像小波包分解的阶数;n为水印嵌入时原始图像划分的块数;x0ij(k)为i阶j区的原始图像信息;w(k)为预嵌入的水印信息;aij为i阶j区的采样特性参数;xwij(k)为i阶j区的含数字水印图像信息;Xw(k)为最后所得到的含数字水印图像信息。步骤5:将含数字水印的矩阵向量,进行小波包重构,并将结果写入到含数字水印文件并显示,如图3所示。观察其透明性的视觉效果,如果水印信息的透明性视觉效果比较差(说明步骤3中的采样特性参数aij设置过大),则返回步骤3(适当减小采样特性参数aij),否则进行下一步。步骤6:对步骤5中得到的含数字水印图像文件进行剪切攻击测试,得到剪切攻击后的含数字水印图像如图4a所示;对剪切攻击后的含数字水印图像,进行数字水印的检测并显示检测结果,检测到的数字水印图像如图4b所示,数字水印检测的计算公式如下:w(k)=∑(xwij(k)-x0ij(k))/aij,其中,i=0,1......m;j=0,1......nm为图像小波包分解的阶数;n为水印嵌入时原始图像划分的块数;w(k)为信息融合后检测到的水印信息;xwij(k)为i阶j区的含数字水印图像信息;x0ij(k)为i阶j区的原始图像信息;...

【技术保护点】
1.一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,其特征在于包括以下步骤:/n步骤1:读取待嵌入的原始图像文件,读取适合的数字水印文件,并且分别转化成矩阵向量;/n步骤2:对原始图像的矩阵向量进行小波包分解,求小波包分解系数;/n步骤3:初始化采样参数a

【技术特征摘要】
1.一种基于信息融合与信息补偿的数字水印算法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:读取待嵌入的原始图像文件,读取适合的数字水印文件,并且分别转化成矩阵向量;
步骤2:对原始图像的矩阵向量进行小波包分解,求小波包分解系数;
步骤3:初始化采样参数aij;
步骤4:根据加法准则,在不同空间分块,不同频率,分别进行数字水印的嵌入,最后得到含数字水印的矩阵向量;
步骤5:将含数字水印的矩阵向量,进行小波包重构,并将结果写入到含数字水印文件并显示。观察其透明性的视觉效果,如果水印信息的透明性视觉效果比较差(说明步骤3中的采样特性参数设置过大),则返回步骤3(适当减小采样特性参数aij),否则进行下一步;
步骤6:对步骤5中得到的含数字水印进行剪切攻击测试,对剪切攻击后的含数字水印图像进行数字水印检测并显示检测结果;
步骤7:对步骤6中检测到的数字水印图像,观察其视觉效果,如果水印信息的鲁棒性与视觉效果太差(说明步骤3中的采样特性参数设置过小),则返回步骤3(适当增大采样特性参数aij),否则进行下一步;
步骤8:对步骤5中得到的含数字水印图像进行低通滤波攻击测试,对攻击后的含数字水印图像进行数字水印的检测并显示检测结果,检测水印时适当减小采样特性参数aij,以增大水印信息,从而对水印信息进行信息补偿;
步骤9:选取合适的图像增强方法(本实施案例采用灰度变换法imadjust函数),再次对检测到的数字水印图像进行信息补偿并显示;
对经过信息补偿的数字水印图像进行与步骤7同样的鲁棒性与视觉效果性能分析,如果数字水印信息的鲁棒性与视觉效果太差(说明步骤3中的采样特性参数设置过小),则返回步骤3(适当增大采样特性参数aij...

【专利技术属性】
技术研发人员:史绍强
申请(专利权)人:天津科技大学
类型:发明
国别省市:天津;12

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