一种鲁棒的二值文本图像多水印实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二值文本图像特征的多水印技术，属于多媒体信号处理领域。本发明专利技术的步骤是先进行水印的嵌入，包括：（１）通过对二值文本图像进行ＤＦＴ变换，求出一个抗局部几何攻击的特征向量；（２）利用该向量和要嵌入的多个水印生成相应的多个逻辑表，将这些逻辑表视为密钥，通过向第三方注册，来保护自己对原作品的所有权。然后进行水印提取，包括：（３）对待测图像进行ＤＦＴ变换，提取待测图像的特征向量；（４）通过第三方注册过的密钥，提取出待测图像中相应的水印。使用该发明专利技术，提取多水印的速度快并有较强的抗几何攻击能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于二值文本图像特征的多数字水印技术，是一种多媒体数据保护方法，属于多媒体信号处理领域。
技术介绍
在互联网和多媒体时代，数字水印技术是一种有效的数字媒体版权保护方法，但人们目前研究较多的是如何在灰度、彩色图像和视频、音频中嵌入水印，而对如何在二值文本图像中嵌入水印的研究较少。但在实际应用中，二值文本图像普遍存在，如政府文件、商业合同、发票、学历、病例、传真及扫描的文字材料等，有时它们更需要版权保护和防止篡改。与在一般的数字媒体中嵌入水印相比，用常规方法在二值文本图像中嵌入数字水印主要有以下难点一是二值文本图像中可隐藏的信息量少。二是与普通灰度图像相比，文本图像有丰富的条纹和纹理，并且每个条纹和纹理有确切的含义，这样若通过对这些纹理和条纹进行变化来嵌入水印，就很有可能改变文本本身的含义。目前国内研究文本数字水印论文较少。主要方法是在空间域中通过调整行间距、字间距或字符特征来嵌入水印，具体如下在国外贝尔实验室的Brassil等人提出了通过调整文本的行间距来进行水印的嵌入。行间距编码就是在文本的每一页中，每间隔一行轮流的嵌入水印信息，利用人眼对于垂直移动1/300英寸的变化无法辨识，通过改变行间距，来进行水印的嵌入。而与该行相邻的上下两行位置不动作为译码参考，在移动的每一行中，编码一个信息比特。类似行间距编码，Huang等人提出字间距编码，在这种方法中，水印的嵌入是通过将文本的某行中的一个单词左右移动，来进行水印的嵌入。该词左右相邻的两个单词位置不动，作为译码参考，当左右移动的水平距离在1/150英寸内时，人眼无法看出来，以此嵌入水印。还有人使用特征编码，就是通过改变文档中某个字的特征(如字高、字体等)，来嵌入水印，而另一些字不改变，作为译码参考。但以上在二值文本图像中嵌入水印的方法，都是基于空间域，信息隐藏量少，鲁棒性差，无法抗击几何攻击，特别是无法抗击局部几何攻击能力，因为当二值文本图像受到局部几何攻击时，局部的的行间距、字间距或字的大小会发生改变，从而导致水印提取错误。但是在实际生活中，文本图像的打印和扫描，经常会产生局部几何变形。另外，一个多媒体产品的制作可能是多个环节或多个人制作，为了进行产品的跟踪或证明版权归多人共同所有，因此常常要在数字媒体中嵌入多个水印信息。在数字水印研究领域，至今为止二值文本水印的嵌入及多水印的嵌入是一个比较难以解决的课题。目前尚未发现行之有效的方法。
技术实现思路
本文提出了一种在二值文本图像中嵌入多水印的方法，该方法有较好的鲁棒性特别是可以抗击局部几何攻击，且是盲水印，提取水印时不需要原始文本图像。主要思路是，通过对文本图像进行DFT变换求出一个抗局部几何攻击的特征向量，利用该向量和要嵌入的水印生成相应的一个逻辑表，将该逻辑表作为密钥(Secret key)，通过向第三方注册，来保护自己对原作品的所有权。并且通过这个密钥提取二值文本图像中与之对应的水印以证明自己对数字媒体的所有权。现对本专利技术详细说明如下第一部分水印的嵌入及相应的密钥的生成；用一组可以代表版权信息的二值伪随机序列作为嵌入的一个水印。设嵌入的第g个水印记为Wg＝{wg(j)|wg(j)＝0，1；1≤j≤L}作为数字水印，原始二值文本图像为text512，该图像记为F＝{f(i，j)|f(i，j)∈R；1≤i≤N1，1≤j≤N2)}，wg(j)和f(i，j)分别表示第g个水印序列及原始图像的像素灰度值，设N1＝N2＝N。1)通过对原始文本图像进行DFT变换，在相位空间中得到文本图像的一个抗局部几何攻击的特征向量V(j)。先对原图F(i，j)进行DFT变换，得到DFT系数矩阵FF(i，j)，再从DFT系数矩阵FF(i，j)中，取低中频部分的系数，在中低频系数中，通过符号运算得到该图像的一个特征向量V(j)。试验证明该特征向量具有抗几何攻击能力。FF(i，j)＝DFT2(F(i，j))V(j)＝-Sign(FF(i，j))2)根据要嵌入的多个水印Wg，g＝1，2...，和文本图像的特征向量V(j)，生成对应的与水印相关的二值逻辑序列keyg(j)，g＝1，2，...。keyg(j)＝V(j)Wg(j) keyg(j)是由图像的相位特征向量V(j)和所要嵌入的水印Wg(j)，通过密码学常用的HASH函数生成。保存keyg(j)，在下面提取水印时要用到。通过将Keyg(j)作为密钥向第三方申请，以获得原作品的所有权，达到保护版权的目的。第二部分多水印的提取；3)求出待测文本图像的一个抗几何攻击的特征向量V’(j)设待测图像为F’(i，j)，经过DFT变换后得到的系数矩阵为FF’(i，j)，同上所述，得到待测图像的一个特征向量V’(j)。FF’(i，j)＝DFT2(F’(i，j))V’(j)＝-Sign(FF’(i，j))4)利用二值逻辑序列keyg(j)和待测图像的特征向量V’(j)，提取出相应水印Wg’(j)Wg’(j)＝keyg(j)V’(j)根据在多水印嵌入时生成的keyg(j)和待测图像的相位特征向量V’(j)，利用Hash函数性质可以提取出相应的多个水印Wg’(j)。再根据Wg(j)和Wg’(j)的相关程度来判别是否有水印嵌入。本专利技术与现有的文本水印技术比较有以下优点1)有较好的抗几何攻击能力。该水印方法对RBA等局部非线性几何攻击有较好的鲁棒性。因为水印的嵌入是基于二值图像的特征，而图像发生局部非线性变换时，图像的基本特征并不发生变化。因此本专利技术有更好的鲁棒性。2)多水印的嵌入不影响图像质量。由于只是利用图像的特征，采用的是零水印技术，所以嵌入水印不影响原始图像质量，可以实现多水印的嵌入。3)使用本专利技术进行水印的提取不需要原始图像并且提取速度快，可以实现在线的水印检测。以下我们从理论基础和试验数据说明1)离散傅立叶变换(DFT)在数字水印中，DFT被广泛使用，通过该变换，我们可以得到图像的幅值子空间和相位子空间。假设f(m，n)是一个离散空间中的二维函数，则二维离散傅立叶的正反变换公式如下。离散傅立叶的正变换公式(DFT)F(p,q)=Σm=0M-1Σn=0N-1f(m,n)e-j(2π/M)pme-j(2π/N)qn)]]>p＝0，1，Λ，M-1；q＝0，1，Λ，N-1；反变换公式(IDFT)f(m,n)=1MNΣp=0M-1Σq=0N-1F(p,q)ej(2π/M)pmej(2π/N)qn)]]>m＝0，1，Λ，M-1；n＝0，1，Λ，N-1；F(p，q)称为离散傅立叶变换系数。其中m，n为空间域采样值；p，q为频率域采样值，通常数字图像用像素方阵表示，即M＝N。2)一个抗局部几何攻击图像特征向量的选取目前大部分的数字水印算法是将水印直接嵌入在图像的像素或变换系数中。当水印图像受到轻微的局部扭曲，常常导致像素值或变换系数值的突然变化，这样嵌入的水印便被轻易攻击。而事实上我们发现水印图像并没有明显的几何变化。Hayes等研究表明对图像特征而言，相位比幅度更重要，只要图像是相似的其相位不应该有太大的差异。通过对大量图像的DFT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鲁棒的二值文本图像多水印实现方法，其特征在于：基于二值文本图像特征，将水印技术与密码学有机结合，实现二值图像的多水印嵌入与提取，该数字水印方法共分两个部分，共计四个步骤：第一部分是多水印嵌入：１）对原图进行ＤＦＴ变换，在 ＤＦＴ低中频系数中，根据这些低中频系数（含实部和虚部两个部分）的符号序列来得到一个抗局部几何攻击的特征向量Ｖ（ｊ）；２）利用Ｈａｓｈ函数和要嵌入的多个水印Ｗｇ（ｊ），ｇ＝１，２，…；得到相应的二值逻辑序列ｋｅｙｇ（ｊ），ｇ＝１，２， …；ｋｅｙｇ（ｊ）＝Ｖ（ｊ）⊕Ｗｇ（ｊ）；ｇ＝１，２，…；保存ｋｅｙｇ（ｊ），下面提取水印时要用到，通过把ｋｅｙｇ（ｊ）作为密钥向第三方申请，以获得对原图的所有权；第二部分是多水印提取：３）对待测图像进行ＤＦ Ｔ变换；在ＤＦＴ系数中，根据低中频系数的符号提取出待测图像的一个特征向量Ｖ’（ｊ）；４）利用Ｈａｓｈ函数性质提取出水印，Ｗｇ’（ｊ）＝ｋｅｙｇ（ｊ）⊕Ｖ’（ｊ）；将Ｗｇ（ｊ）和Ｗｇ’（ｊ）进行相关度测试，来确定图像的所有权。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李京兵，
申请(专利权)人：李京兵，
类型：发明
国别省市：66[中国|海南]