水印嵌入與提取方法、裝置及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多媒體信息安全領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種基于形狀的水印嵌入與提取方法、裝置及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,數(shù)字水印技術(shù)(Digital Watermarking)逐漸開始被用于數(shù)字載體信息的版權(quán)保護(hù)，除此之外，還被用于原始數(shù)據(jù)的真?zhèn)舞b別、數(shù)據(jù)偵測(cè)與版權(quán)跟蹤等。它是利用人類的聽覺、視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)，在圖像、音頻、視頻等數(shù)字載體中加入一標(biāo)識(shí)信息(即數(shù)字水印)，使人們很難分辨出加水印后的數(shù)字作品與原始數(shù)字作品的區(qū)別，而通過專門的檢測(cè)方法又能提取出所加信息，通過這些隱藏在載體中的標(biāo)識(shí)信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。
[0003]數(shù)字水印技術(shù)通過將數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等標(biāo)識(shí)信息嵌入到數(shù)字載體中，在嵌入過程中對(duì)載體進(jìn)行盡量小的修改，以達(dá)到最強(qiáng)的魯棒性，當(dāng)嵌入水印后的數(shù)字載體受到攻擊后，仍然可以恢復(fù)水印或者檢測(cè)出水印的存在。
[0004]傳統(tǒng)的水印技術(shù)多是向載體中嵌入比特位，即嵌入“O”或“1”，很多數(shù)字水印的最終表達(dá)形式就是一維比特流。例如，當(dāng)嵌入的內(nèi)容為序列號(hào)的時(shí)候，這些序列號(hào)被轉(zhuǎn)換成比特流；當(dāng)嵌入的內(nèi)容為文字或圖像標(biāo)識(shí)的時(shí)候，首先將文字或圖像標(biāo)識(shí)制作成一幅二值圖像，然后將二值圖像轉(zhuǎn)換成比特流。這種基于比特位的嵌入方法存在以下兩點(diǎn)不足:
[0005]I)存在水印的冗余性嵌入。
[0006]大多的水印信息都是以二值圖像的形式表達(dá)處理，即將水印信息繪制到一幅二值圖像中。一般情況下，一幅二值水印圖像中，作為前景水印信息所占的像素個(gè)數(shù)很少，而背景的像素個(gè)數(shù)較多，例如帶有一個(gè)logo的二值水印圖像，logo圖案本身的像素個(gè)數(shù)并不多，而背景點(diǎn)像素個(gè)數(shù)占絕大比例。水印嵌入時(shí)，真正想嵌入的是水印信息，即一個(gè)logo圖案或一些標(biāo)識(shí)性文字，而在基于比特位的嵌入方法中，很多背景像素點(diǎn)作為二值水印圖像的比特位被嵌入到多媒體載體中，這些背景像素點(diǎn)的嵌入就是一種冗余性嵌入。水印信息的冗余性嵌入最直接的影響就是給原始多媒體載體造成較多的修改，影響原始多媒體載體的質(zhì)量，同時(shí)嵌入冗余影響了水印信息的嵌入容量，因?yàn)槊壳度胍粋€(gè)水印信息，就要嵌入相當(dāng)比例的冗余信息。所以說，基于比特位的嵌入方法在嵌入容量方面存在局限性。例如在公開號(hào)為CN103295180A、專利名稱為“魯棒性與透明性最佳平衡的數(shù)字水印方法”的中國專利文獻(xiàn)中，水印是一幅二值圖像，其整個(gè)數(shù)字水印方法存在冗余性嵌入，采用該方法難以在嵌入容量上取得較大突破。
[0007]2)水印的嵌入與提取過程過于依賴位置信息。
[0008]在基于比特位的嵌入方法中，每個(gè)比特位一般都是嵌入在一個(gè)指定位置，提取水印的時(shí)候就需要去這個(gè)指定的位置提取。這種在指定位置嵌入和提取水印的方法對(duì)旋轉(zhuǎn)、縮放、剪切、偏移等攻擊的魯棒性較弱。水印的嵌入與提取過程過于依賴位置信息不僅影響算法的魯棒性，而且在嵌入和提取時(shí)需要較多的參數(shù)信息，增加了整個(gè)算法的數(shù)據(jù)量。若在提取時(shí)需要的參數(shù)信息太多，會(huì)嚴(yán)重影響水印作為版權(quán)認(rèn)證證據(jù)的有效性。水印作為版權(quán)認(rèn)證證據(jù)的時(shí)候，最好是不需要任何參數(shù)信息就能直接提取出水印，即水印盲提取。如果在嵌入和提取水印時(shí)需要較多的參數(shù)信息，則水印的可信度就會(huì)被質(zhì)疑，而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用當(dāng)中，不能成為有效證據(jù)的水印是沒有任何意義的。例如在公開號(hào)為CN103237209A，專利名稱為“一種基于區(qū)域DCT系數(shù)的H264視頻水印方法”的中國專利文獻(xiàn)中，水印的嵌入位置信息太多，提取的時(shí)候自然需要位置信息，這不僅僅影響算法的魯棒性更重要的是影響到水印作為證據(jù)的有效性。
[0009]由此，在數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域中亟待提出一種新的水印嵌入與提取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于形狀的水印嵌入與提取方法、裝置及其系統(tǒng)。
[0011]為了達(dá)到本發(fā)明實(shí)施例的目的，本發(fā)明實(shí)施例采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]一種水印嵌入方法，包括:
[0013]將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，并將所述幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集；
[0014]從多媒體載體的空間域或變換域中獲取用以嵌入所述水印信息的宿主區(qū)域；
[0015]依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集嵌入宿主區(qū)域。
[0016]優(yōu)選地，將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，并將所述幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集的步驟包括:
[0017]將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，其中，每個(gè)幾何形狀對(duì)應(yīng)一具體的幾何函數(shù)表達(dá)；
[0018]將這些幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集，使得離散點(diǎn)集成為水印信息的基于幾何形狀的表達(dá)；
[0019]以及，依據(jù)各個(gè)幾何形狀的相對(duì)分布關(guān)系獲取各個(gè)離散點(diǎn)集的分布關(guān)系。
[0020]優(yōu)選地，依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集嵌入宿主區(qū)域的步驟包括:
[0021]在宿主區(qū)域任意選取一起始嵌入點(diǎn)，并基于該起始嵌入點(diǎn)及離散點(diǎn)集的分布關(guān)系獲得各個(gè)離散點(diǎn)的嵌入位置；
[0022]依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集中的離散點(diǎn)嵌入宿主區(qū)域中相應(yīng)的嵌入位置。
[0023]優(yōu)選地，在宿主區(qū)域中將離散點(diǎn)嵌入相應(yīng)的嵌入位置即將該嵌入位置置為I。
[0024]優(yōu)選地，所述宿主區(qū)域?yàn)橐贿x自多媒體載體空間域或變換域的位平面。
[0025]一種水印嵌入裝置，其包括:
[0026]解析模塊，用于將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，并將所述幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集；
[0027]宿主區(qū)域生成模塊，用于從多媒體載體的空間域或變換域中獲取用以嵌入所述水印信息的宿主區(qū)域；
[0028]嵌入模塊，用于依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集嵌入宿主區(qū)域。
[0029]優(yōu)選地，所述解析模塊包括:
[0030]第一解析單元，用于將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，其中，每個(gè)幾何形狀對(duì)應(yīng)一具體的幾何函數(shù)表達(dá)；
[0031]第二解析單元，用于將這些幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集，使得離散點(diǎn)集成為水印信息的基于幾何形狀的表達(dá)；
[0032]以及，第三解析單元，用于依據(jù)各個(gè)幾何形狀的相對(duì)分布關(guān)系獲取各個(gè)離散點(diǎn)集的分布關(guān)系。
[0033]優(yōu)選地，所述嵌入模塊包括:
[0034]獲取單元，用于依據(jù)在宿主區(qū)域任意選取的一起始嵌入點(diǎn)及離散點(diǎn)集的分布關(guān)系獲得各個(gè)離散點(diǎn)的嵌入位置；
[0035]執(zhí)行單元，用于依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集中的離散點(diǎn)嵌入宿主區(qū)域中相應(yīng)的嵌入位置。
[0036]優(yōu)選地，所述執(zhí)行單元在宿主區(qū)域中將嵌入相應(yīng)離散點(diǎn)的嵌入位置置為I。
[0037]優(yōu)選地，所述宿主區(qū)域?yàn)橐贿x自多媒體載體空間域或變換域的位平面。
[0038]一種水印提取方法，其包括:
[0039]從多媒體載體的空間域或變換域中獲取已嵌入水印信息的宿主區(qū)域；
[0040]對(duì)宿主區(qū)域進(jìn)行幾何形狀檢測(cè)，以提取水印信息。
[0041]優(yōu)選地，對(duì)宿主區(qū)域采用霍夫變換直線檢測(cè)和霍夫變換圓弧檢測(cè)進(jìn)行幾何形狀檢測(cè)，以提取水印信息。
[0042]一種水印提取裝置，其包括:
[0043]分析模塊，用于從多媒體載體的空間域或變換域中獲取已嵌入水印信息的宿主區(qū)域；
[0044]水印提取模塊，用于對(duì)宿主區(qū)域進(jìn)行幾何形狀檢測(cè)，以提取水印信息。
[0045]優(yōu)選地，所述提取模塊對(duì)宿主區(qū)域采用霍夫變換直線檢測(cè)和霍夫變換圓弧檢測(cè)進(jìn)行幾何形狀檢測(cè)，以提取水印信息。
[0046]一種系統(tǒng),其包括:
[0047]發(fā)送端，用于將二值水印圖像中的水印信息解析成由至少一個(gè)幾何形狀組成的集合，并將所述幾何形狀基于相應(yīng)的幾何函數(shù)生成離散點(diǎn)集；進(jìn)一步用于從多媒體載體的空間域或變換域中獲取用以嵌入所述水印信息的宿主區(qū)域；以及進(jìn)一步用于依據(jù)相應(yīng)幾何函數(shù)關(guān)系將與相應(yīng)幾何形狀對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)集嵌入宿主區(qū)域，之后發(fā)送所述多媒體載體至接收端;
[0048]接收端，用于從獲取的多媒體載體的空間域或變換域中獲取已嵌入水印信息的宿主區(qū)域；用于對(duì)宿主區(qū)域進(jìn)行幾何形狀檢測(cè)，以提取水印信息。
[0049]與現(xiàn)有的水印信息嵌入方法相比，采用本發(fā)明，沒有引入冗余嵌入，在一定程度上減少了對(duì)原始多媒體載體的修改量