一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方法技术

鲁棒水印方法在版权认证领域起着重要作用。在保证具有良好不可见性的基础上如何尽量提高鲁棒性是设计鲁棒水印方法时所要重点考虑的问题。本发明专利技术利用图像小波变换低频子带的能量聚集效应和奇异值分解的奇异值稳定性，设计了一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方法。首先对原始载体图像进行离散小波变换，然后选择低频子带进行分块奇异值分解，通过判断每个子块最大奇异值的最高位数字奇偶性产生鲁棒零水印。本发明专利技术没有对原始载体图像做任何改变，所以它拥有良好的不可见性。相比于其他绝大多数鲁棒水印方法，本发明专利技术具备更强的抗攻击鲁棒性。本发明专利技术能够实现盲版权认证。

【技术实现步骤摘要】

本专利是利用小波变换低频子带的能量聚集效应和奇异值分解的奇异值 稳定性，专利技术一种具有强鲁棒性的图像零水印方法，以便更有利于实现版权认 证，达到版权保护目的。
技术介绍
由于多媒体技术取得了重大发展，使得非法拷贝和传播有价值、受版权保 护的数字产品相当容易。这种所谓的盗版给音乐、影视、广播和软件行业造成 极大的经济损失。传统的版权保护方法包括在通信网中限制某些站点的存取 和对多媒体数据进行加密且严格管理密码。这种称之为"信任系统"是通过阻 止未授权用户访问多媒体数据来实现版权保护的。然而， 一旦授权用户非法拷 贝、非法传播给其他用户，这种系统对版权保护无济于事。针对以上情况，数 字水印技术被提出且被认为最有希望成为"信任系统"的补充。数字水印是一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术，是信息隐 藏技术研究领域的一个重要分支。它将具有特定意义的标记(水印)，利用数 字嵌入的方法隐藏在数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以 证明创作者对其产品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，同时通过 对水印的检测和分析来保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和 数字多媒体防伪的有效手段。按照水印的特性，可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两 类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，要求嵌入的水印能够经受各种常用编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整 性保护，要求必须对信号的改动很敏感，这与鲁棒水印的要求正好相反。鲁棒 水印具有抵抗攻击的能力，对于保护数字产品的版权具有重要意义。设计新颖 且性能良好的鲁棒水印算法的关键在于在保证具有良好不可见性的基础上如 何尽量提高鲁棒性。零水印方法往往提取原始载体的稳定特征作为水印。它实质上并没有在原 始载体中嵌入任何水印，可以有效地解决不可见性与鲁棒性之间的矛盾。零水 印方法能否具有强鲁棒性的关键在于所利用的特征对外在干扰是否具有强稳 定性。按照数字水印的隐藏位置，我们可以将水印分为时域数字水印和变换域数 字水印。时域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而变换域数字水印 是在载体的变换域上隐藏水印，包括在傅里叶变换域、离散余弦变换域、小波 变换域、奇异值分解等。从某种意义上说，只要构成一种信号变换，就有可能 在其变换空间上隐藏水印。相比于空域，变换域法有以下优点 一、嵌入的水 印信号能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性；二、 视觉系统HVS的某些特性可以更方便地结合到水印编码过程中；三、变换域方 法可与现有的图像压縮标准兼容，从而实现压縮图像的水印嵌入。小波变换被誉为数学显微镜，具有良好的局部时频分析特性和多分辨率分 析特性，与人眼视觉特性相符合，因此小波域水印算法是一个研究热点。图像 经过小波变换后被分割成水平、垂直、对角线和低频四个子频，低频子带还可 以继续分解。水平、垂直和对角线子带表征原图像在不同尺度、不同分辨率下 水平、垂直和对角线部分的边缘信息，具有明显的方向特性，与人眼视觉特性 十分吻合；低频子带则是由小波变换分解级数决定的最大尺度、最小分辨率下 对原始图像的最佳逼近，其统计特征和原图像相似。水平、垂直和对角线子带 的能量较少，图像的总能量主要集中在低频子带，所以低频子带具有能量聚集效应。因此，相比于水平、垂直和对角线三个子带，低频子带的系数对外在干 扰具有更好的稳定性。奇异值分解具有如下特性图像经奇异值分解后得到的奇异值能够表现出 图像内在的代数特性而非视觉特性； 一幅图像的奇异值具有相当好的稳定性， 当图像受到轻微的扰动时，它的奇异值不会发生剧烈的变化。那么，最大奇异 值的最高位数字奇偶性也是相对稳定的。我们可以利用这种稳定性产生鲁棒零 水印。目前，许多鲁棒水印方法已经被提出来。但是大多数鲁棒水印方法的鲁棒 性还不够强，不利于认证版权。本专利技术的目的旨在保证具有良好不可见性的基 础上尽量提高水印方法的鲁棒性。综合以上分析，本专利技术首先对原始载体图像 进行离散小波变换，然后对其低频子带进行分块奇异值分解，通过判断每个子 块最大奇异值的最高位数字奇偶性产生零水印。由于零水印方法没有对原始载 体图像做任何改变，所以本专利技术的不可见性相当好。尤其值得一提的是，与其 他鲁棒水印方法相比，本专利技术具有更强的抗攻击鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以 便更有效实现版权认证。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案-本专利技术首先定义原始零水印序列rw与提取的零水印序列rw之间的相似 度s如下s-l-(念nv,w;)/K，其中O代表异或运算。1、 ，适用于数字图像的版权认证领域，包括以下三个过程 A、鲁棒零水印产生过程；B、 鲁棒零水印提取过程；C、 版权认证。2、 根据权利要求1所述的一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方 法，步骤A进一步包括以下步骤Al:大小为MxM的原始载体图像I进行w层小波变换。A2:将第w层低频子带IL分成不重叠的mxm子块。第"层低频子带IL的大小为与x4 。子块的总数为K = 。每个子块记为IL,.= 1,2，L ，K 。因此，IL-U""lL,.。A3:对每个子块进行SVD，即IL,.-U,S,.V,t。 U,.和y.都是正交矩阵，a， (A:-1,2,L ，m)为对角阵S,的m个奇异值，符号"T"表示转置。A4:通过判断每个子块最大奇异值的最高位数字奇偶性产生鲁棒零水印 rw。过程如下如果a,的最高位数字是奇数，贝ijov^-l;否则，n^.=0，其 中nv,.是rw的第z'比特水印。A5:在进行版权认证时，需要利用原始零水印序列计算相似度。为了实现 盲认证，我们利用Logistic混沌映射设计一个分段搜索方法。过程如下为了 加快搜索速度，将长度为K的原始零水印序列分为W段，每段长度为K/iV。 对于每段零水印序列，选择一个Logistic混沌映射的初值作为密钥，生成同样 长度的实数序列并二值化为{0， 1}序列。不断重复以上过程，直到生成的{0， 1}序列与该段的零水印序列完全一致为止。密钥总个数为K/W，保存密钥， 用于版权认证。3、 根据权利要求1所述的一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方 法，步骤B进一步包括以下步骤Bl:对大小为MxM的遭到攻击的图像H进行w层小波变换。B2:将第w层低频子带HL分成不重叠的mxm子块。每个子块记为HL,.，"1，2，L，K。因此，HL-U HL,.。B3:对每个子块进行SVD，即HL,. =U;SXT。 U;和V;都是正交矩阵，《 a=l,2,L ，m)为对角阵S;的附个奇异值。B4:通过判断每个子块最大奇异值的最高位数字奇偶性提取鲁棒零水印rw'。过程如下如果a卩的最高位数字是奇数，则r"-l;否则，nv,:-0，其中nv,:是rw的第Z比特水印。4、根据权利要求1所述的一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方 法，步骤C进一步包括以下步骤Cl:利用所保存的K/W个密钥和Logistic混沌映射产生原始零水印序列rw,并计算它与提取的零水印序列rw'之间的相似度s 。C2:根据阈值th进行版权认证。当s〉th，认为版权申诉者合法拥有该作 品的版权；否则，认为版权申诉者不拥有该作品的版权。采用本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有强鲁棒性的双重变换域图像零水印方法，适用于数字图像的版权认证领域，包括以下三个过程：　Ａ、鲁棒零水印产生过程；　Ｂ、鲁棒零水印提取过程；　Ｃ、版权认证。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶天语，马兆丰，钮心忻，杨义先，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]