專利名稱：一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入和提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息安全領(lǐng)域中的數(shù)字水印技術(shù)，尤其是涉及一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入和提取方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字媒體例如數(shù)字圖像、數(shù)字音頻、數(shù)字視頻等的存貯、傳輸和處理變得越來越頻繁和便捷，這一方面促進(jìn)了人類信息的共享，推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，但隨之而來的數(shù)字媒體的安全、版權(quán)的保護(hù)和內(nèi)容的認(rèn)證等方面問題也變得日益突出。作為當(dāng)前數(shù)字媒體信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，數(shù)字水印技術(shù)已被廣泛用于 數(shù)字媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證，它通過將包含作者、所有者、發(fā)行者或合法使用者具有版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證的某種或幾種特征信息例如簽名、版權(quán)標(biāo)志、序列號(hào)、日期或圖標(biāo)等作為數(shù)字水印嵌于數(shù)字媒體產(chǎn)品中，從而可以跟蹤、鑒別非法復(fù)制和盜用的數(shù)字媒體產(chǎn)品，進(jìn)而保護(hù)數(shù)字媒體產(chǎn)品的合法拷貝和傳播。傳統(tǒng)的數(shù)字水印技術(shù)是通過對原始數(shù)字媒體空域數(shù)據(jù)或變換域系數(shù)進(jìn)行一定的修改來實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入，因此不可避免地存在著水印魯棒性和不可覺察性之間的矛盾。近幾年來，零水印技術(shù)方案的提出極大地緩解了這一矛盾，成為數(shù)字水印技術(shù)中一個(gè)新的研究方向。零水印技術(shù)方案的基本思想是通過數(shù)字媒體產(chǎn)品自身的特征信息構(gòu)造出水印密鑰，再與實(shí)際數(shù)字水印結(jié)合形成相關(guān)零水印信息后注冊到知識(shí)產(chǎn)權(quán)水印信息數(shù)據(jù)庫中。顯然，它突破了“向數(shù)字媒體中嵌入水印”才能實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)或內(nèi)容認(rèn)證等功能的常規(guī)思想。由于零水印技術(shù)方案中的數(shù)字水印是注冊到知識(shí)產(chǎn)權(quán)水印信息數(shù)據(jù)庫中，而不是嵌入到數(shù)字媒體中的，因此就不存在數(shù)字媒體產(chǎn)品質(zhì)量下降或水印量受限等問題，正因?yàn)檫@個(gè)特性，零水印技術(shù)方案很好地平衡了數(shù)字水印的魯棒性和不可覺察性之間的關(guān)系。目前，國內(nèi)外學(xué)者已提出了多種零水印技術(shù)方案。然而，目前提出的零水印技術(shù)方案基本上是采用單重密鑰的零水印嵌入思想，即通過數(shù)字媒體產(chǎn)品自身的一種特征信息構(gòu)造出一個(gè)水印密鑰，再與實(shí)際數(shù)字水印相結(jié)合后注冊到知識(shí)產(chǎn)權(quán)水印信息數(shù)據(jù)庫中完成數(shù)字水印的嵌入。顯然，這種單重密鑰的零水印技術(shù)方案存在著易被攻擊和破解的局限性。數(shù)字媒體產(chǎn)品受到某一種或幾種聯(lián)合攻擊后，會(huì)增加數(shù)字水印的提取難度。更為重要的是，單重水印密鑰一旦被破解，非法用戶就可以刪除數(shù)字媒體產(chǎn)品中嵌入的實(shí)際數(shù)字水印，使其重新回到無版權(quán)保護(hù)的狀態(tài)，從而對數(shù)字媒體產(chǎn)品加以任意復(fù)制、修改和再傳輸；另外也可以通過篡改水印密鑰和實(shí)際數(shù)字水印，將數(shù)字媒體產(chǎn)品據(jù)為己有，這將嚴(yán)重侵害到作者和版權(quán)所有者等各方面的利益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在保證數(shù)字圖像質(zhì)量沒有任何下降的情況下，能夠有效提高數(shù)字水印的安全性和魯棒性的具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入和提取方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為ー種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入方法，其特征在于包括以下步驟①-I、在零水印嵌入端，假設(shè)待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像為Sbit的灰度圖像，記為F，F(xiàn)= {O彡f(i, j)彡255，I彡i彡I，I彡j彡J}，假設(shè)待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印為ー個(gè)ニ值圖像，記為W，W=Iw (m，η) =0或1，I彡m彡M，I彡η彡N}，其中，I表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的豎直分辨率，J表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的橫向分辨率，IXJ表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的分辨率，f(i, j)表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F中坐標(biāo)位置為(i，j)的像素的像素值，M表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的豎直分辨率，N表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的橫向分辨率，MXN表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的分辨率,w (m, η)表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W中坐標(biāo)位置為(m，n)的像素的像素值；①_2、對待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F進(jìn)行歸一化處理，將歸一化處理后得到的數(shù)字圖像記為F'，將F'中坐標(biāo)位置為(i，j)的像素的像素值記為f' (i，j)，
權(quán)利要求
1.一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入方法，其特征在于包括以下步驟 ①-I、在零水印嵌入端，假設(shè)待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像為Sbit的灰度圖像，記為F，F(xiàn)={0 ( f(i, j) ( 255，I彡i彡I，I彡j彡J}，假設(shè)待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印為一個(gè)二值圖像，記為W，W={w(m，n)=0或1，I彡m彡M，I彡n彡N}，其中，I表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的豎直分辨率，J表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的橫向分辨率，IXJ表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F的分辨率，f(i，j)表示待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F中坐標(biāo)位置為(i，j)的像素的像素值，M表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的豎直分辨率，N表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的橫向分辨率，MXN表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W的分辨率，w(m，n)表示待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W中坐標(biāo)位置為(m，n)的像素的像素值； ①-2、對待嵌入數(shù)字水印的原始數(shù)字圖像F進(jìn)行歸一化處理，將歸一化處理后得到的數(shù)字圖像記為F',將F'中坐標(biāo)位置為(i, j)的像素的像素值記為f' (i，j)，f' (i, J')=f(i, j)/255 ； ①-3、對歸一化處理后得到的數(shù)字圖像F'進(jìn)行L級(jí)二維離散小波分解，得到一個(gè)第一小波逼近子圖和多個(gè)第一小波細(xì)節(jié)子圖，將第一小波逼近子圖記為FA，其中，F(xiàn)A的分辨率 / T \ r T \, ( minf/, J))為^_ X _，KK loS2 max(M句j，min()為取最小值函數(shù)，max()為取最大值函數(shù)，符號(hào)‘I」”表示取小于其自身的最大整數(shù)； ①-4、對FA分別進(jìn)行二維離散余弦變換、二維離散傅里葉變換和二維奇異值分解，對應(yīng)獲得第一二值數(shù)字水印密鑰W。、第二二值數(shù)字水印密鑰Wf和第三二值數(shù)字水印密鑰Ws ； ①-5、對待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印W進(jìn)行置亂處理，得到置亂后的數(shù)字水印，記為Wk，然后將Wk分別與第一二值數(shù)字水印密鑰W。、第二二值數(shù)字水印密鑰Wf和第三二值數(shù)字水印密鑰Ws結(jié)合，對應(yīng)得到第一零水印信息、第二零水印信息和第三零水印信息，分別記為WKe、WKF和 WKS，WEC=xor (ffE, Wc), ffEF=xor (ffE, ffF), ffES=xor (ffE, Ws),再將第一零水印信息 WKC、第二零水印信息Wkf和第三零水印信息Wks保存于注冊機(jī)構(gòu)的數(shù)字水印信息數(shù)據(jù)庫中，完成實(shí)際數(shù)字水印W的嵌入，其中，xor()為異或運(yùn)算函數(shù)； ①_6、在零水印嵌入端，將實(shí)際數(shù)字水印W、第一零水印信息Wk。、第二零水印信息Wkf和第三零水印信息Wks傳輸給零水印提取端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入方法，其特征在于所述的步驟①-4中第一二值數(shù)字水印密鑰W。的獲取過程為 al、對FA進(jìn)行二維離散余弦變換，得到一個(gè)與FA相同分辨率的第一二維離散余弦變換系數(shù)矩陣，記為FAC ； bl、對FAC進(jìn)行Zig-Zag掃描排列，得到一個(gè)第一一維離散余弦變換系數(shù)序列，記為FACS,
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入方法，其特征在于所述的步驟①-5中置亂處理采用Arnold置亂變換。
4.一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印提取方法，其特征在于包括以下步驟 ②-I、在零水印提取端，將待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像記為TF，TF= {0<tf(i'，j')彡255，Ki'，l<j'彡J' }，將待提取的實(shí)際數(shù)字水印記為W' X ={V (m/ ,n/)=0/1, l^m/}，其中，I'表示待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF的豎直分辨率，J'表示待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF的橫向分辨率，r XJ'表示待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF的分辨率，待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF的分辨率與零水印嵌入端嵌入有實(shí)際數(shù)字水印的數(shù)字圖像的分辨率相同，tf(i'，j')表示待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF中坐標(biāo)位置為(i'，j')的像素的像素值;M'表示待提取的實(shí)際數(shù)字水印W'的豎直分辨率，N'表示待提取的實(shí)際數(shù)字水印W'的橫向分辨率，M' XN'表示待提取的實(shí)際數(shù)字水印W'的分辨率，待提取的實(shí)際數(shù)字水印W'的分辨率與零水印嵌入端嵌入的實(shí)際數(shù)字水印的分辨率相同，w' (m'，n')表示待提取的實(shí)際數(shù)字水印W'中坐標(biāo)位置為(m/ ,n/ )的像素的像素值； ②-2、對待提取數(shù)字水印的數(shù)字圖像TF進(jìn)行歸一化處理，將歸一化處理后得到的數(shù)字圖像記為TF'，將TF'中坐標(biāo)位置為(i'，j')的像素的像素值記為tf' (i'，j')，tf' (i'，j' )=tf (i'，j' )/255 ； ②-3、對歸一化處理后的數(shù)字圖像TF'進(jìn)行L'級(jí)二維離散小波分解，得到一個(gè)第二小波逼近子圖和多個(gè)第二小波細(xì)節(jié)子圖，將第二小波逼近子圖記為TFA，其中，TFA的分辨
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印提取方法，其特征在于所述的步驟②-4中第四二值數(shù)字水印密鑰TWe的獲取過程為 a4、對TFA進(jìn)行二維離散余弦變換，得到一個(gè)與TFA相同分辨率的第二二維離散余弦變換系數(shù)矩陣，記為TFAC ； b4、對TFAC進(jìn)行Zig-Zag掃描排列，得到一個(gè)第二一維離散余弦變換系數(shù)序列，記為
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印提取方法，其特征在于所述的步驟②-7的具體過程為 zl、計(jì)算W ' I與W的歸一化相關(guān)系數(shù)，將其記為P (W，W ' J，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有多重密鑰的數(shù)字圖像零水印嵌入和提取方法，嵌入水印時(shí)其從原始數(shù)字圖像自身不同的特征信息中構(gòu)造出多重水印密鑰，然后分別與待嵌入的實(shí)際數(shù)字水印相結(jié)合形成多重零水印信息后注冊到數(shù)字水印信息數(shù)據(jù)庫中，提取水印時(shí)是利用待測數(shù)字圖像自身不同的特征信息中構(gòu)造出多重水印密鑰，再結(jié)合多重零水印信息實(shí)現(xiàn)提??；本發(fā)明不僅使得嵌入的數(shù)字水印處于多重保護(hù)之下，有效提高了數(shù)字水印的安全性，而且保證了原始數(shù)字圖像的質(zhì)量沒有任何下降，同時(shí)充分結(jié)合和利用了各種變換域的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)異魯棒性能的抗常規(guī)圖像處理攻擊的數(shù)字水印嵌入和提取方法，因此很好地平衡了數(shù)字水印的魯棒性和不可覺察性之間的矛盾。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102708535SQ20121014503
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者周亞訓(xùn), 徐星辰, 殷丹丹, 鄭世超, 金煒, 陳芬 申請人:寧波大學(xué)