t，Si Ci= c。
[0081 ] 11、對(duì)于求得的水印序列，通過與原始水印的相似度計(jì)算，確定水印的真實(shí)性和地 圖的完整性。對(duì)于檢測(cè)到的水印標(biāo)識(shí)Wt，由于地圖受到攻擊造成部分信息位丟失，造成^與 原水印W內(nèi)容不一致。對(duì)此，需要進(jìn)行相似度水印檢測(cè)：
[0083] Wci為原始水印，Wt為檢測(cè)出的水印。N為水印容量。對(duì)于R 有兩種情況：1.比 特位數(shù)值相反；2.體特位數(shù)值為空。
[0084] 實(shí)施例1
[0085] -種面向影像地圖的強(qiáng)魯棒數(shù)字水印方法，包括水印的嵌入和提取，其步驟包 括：
[0086] (1)讀取MG影像地圖文件，獲得所有像素信息的鏈表。
[0087] (2)掃描水印位圖，獲得水印二進(jìn)制編碼，并生成相應(yīng)的偽隨機(jī)序列。
[0088] (3)根據(jù)地圖規(guī)模和偽隨機(jī)序列大小，自動(dòng)設(shè)定閾值，并結(jié)合閾值，對(duì)地圖進(jìn)行八 個(gè)方向的平移。
[0089] (4)對(duì)于位移后的八幅地圖，隨機(jī)選取其中的三幅，聯(lián)同原始地圖一并作為待嵌入 水印的地圖。
[0090] (5)利用HVS(人類視覺系統(tǒng)）系統(tǒng)，檢測(cè)每一幅地圖，獲取其特征點(diǎn)及其像素值。
[0091] (6)計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)與周圍像素點(diǎn)的差值，并讀取偽隨機(jī)序列，將對(duì)應(yīng)隨機(jī)序列 值與像素差值的乘積累加到該特征點(diǎn)的像素值。
[0092] (7)對(duì)于嵌入水印后的地圖，隨機(jī)選取其中幾幅發(fā)布。
[0093] (8)在水印檢測(cè)時(shí)，由于應(yīng)用過程中的地圖會(huì)受到不同程度的改變，為此，將待檢 測(cè)地圖與其它嵌入水印但未發(fā)布的地圖相互融合，求得具有平均像素值的地圖。
[0094] (9)根據(jù)原始的水印的偽隨機(jī)序列，以及融合后的水印地圖，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。如果 相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值大于等于所設(shè)定的閾值，則表明檢測(cè)到水印編碼，否則未檢測(cè)到。
[0095] (10)通過上述方式，將編碼還原為水印位圖，并計(jì)算相似度。
[0096] 根據(jù)IMG影像地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讀取節(jié)點(diǎn)的鏈表，并按照對(duì)應(yīng)字段分別獲得每個(gè) 節(jié)點(diǎn)的像素值。
[0097] 根據(jù)定義好的水印位圖，將其表示為二進(jìn)制的水印編碼序列，并按照如下規(guī)則構(gòu) 建偽隨機(jī)序列L。
[0099] 其中，La e {+1,-1}，L是一個(gè)由N個(gè)元素組成的偽隨機(jī)序列，N是水印編碼的長(zhǎng) 度。
[0100] 隨機(jī)選取一個(gè)小于1個(gè)像素單位的值作為閾值，并按照閾值大小按照順時(shí)針方向 分別平移得到八幅地圖。方向?yàn)椋荷希═)、右上（RT)、右（R)、右下（RD)、下（D)、左下（LD)、 左（L)、左上（LT)。
[0101] 考慮魯棒性和計(jì)算效率，按照順時(shí)針順序，隨機(jī)選取其中3幅地圖，聯(lián)同原始地圖 共同組成待嵌入水印的地圖集合IVlviIl彡i彡4}。
[0102] 根據(jù)地圖集合IVlviIl彡i彡4}，按照HVS (人類視覺系統(tǒng)）原理，按照每個(gè)節(jié)點(diǎn) 僅嵌入1比特水印的編碼規(guī)則，選取最大規(guī)模的特征點(diǎn)集合，同時(shí)提取對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的像素值。
[0103] 對(duì)于每幅地圖Vi，計(jì)算對(duì)應(yīng)的水印嵌入強(qiáng)度：
[0104] S (Vi) = {s (Pj) >0 I K j < N} (2)
[0105] 其中，S(Pj)表示地圖中特征點(diǎn)Pj在HVS系統(tǒng)內(nèi)的不可察覺程度，即P j與其他周圍 其他八個(gè)像素節(jié)點(diǎn)的亮度差值。以此確保水印嵌入對(duì)地圖不造成過大的擾動(dòng)。
[0106] 具體地，依次讀取水印序列，對(duì)每個(gè)特征點(diǎn)：
[0107] Sr (Pj) = s (Pj)+s (Pj) Lj (3)
[0108] 由此：
[0109] Vi' = Vj+s (Pj) Lj (4)
[0110] 得到嵌入水印后的地圖集合{V' Ivi' |1彡i彡4}。
[0111] 本發(fā)明為了便利后續(xù)的水印提取，可從V'任意選取至多3幅地圖發(fā)布。
[0112] 本發(fā)明根據(jù)未發(fā)布的水印地圖和待檢測(cè)地圖，根據(jù)閾值定義，選取部分區(qū)域像素 值進(jìn)行對(duì)比后，對(duì)所有平移地圖進(jìn)行逆向恢復(fù)，并最后求得平均像素值的地圖樣本。
[0113] 本發(fā)明根據(jù)原始水印生成規(guī)則，重新生成偽隨機(jī)序列，計(jì)算其與平均像素值的地 圖樣本的關(guān)聯(lián)度，如果隨機(jī)序列存在于地圖內(nèi)，則關(guān)聯(lián)度的絕對(duì)值必大于閾值；關(guān)聯(lián)度過 小，則表明偽隨機(jī)序列不存在于地圖內(nèi)，即地圖內(nèi)無被檢測(cè)水印。
[0114] 本發(fā)明對(duì)于求得的水印序列，通過與原始水印的相似度計(jì)算，確定水印的真實(shí)性 和地圖的完整性。
[0115] 本發(fā)明面向影像地圖的強(qiáng)魯棒數(shù)字水印方法，載體為IMG格式的數(shù)字影像地圖， MG可以直接轉(zhuǎn)換為TIFF、JPG、CNG等多種格式。開發(fā)環(huán)境為VC. 6. 0,如圖4所示，主要驗(yàn) 證數(shù)字水印的嵌入方法和提取方法。
[0116] (1)讀取影像地圖文件中節(jié)點(diǎn)像素信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
[0117] 由于MG文件的節(jié)點(diǎn)的組織方式類似于二叉樹（如圖1所示）。讀取MG文件的 節(jié)點(diǎn)像素?cái)?shù)據(jù)時(shí)，采用先順序遍歷，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的鏈表和頭文件，頭文件的存儲(chǔ)結(jié) 構(gòu)EhfaEntry格式如下：
[0118] Longnext ;/*下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置*/
[0119] Longprey ;/*前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置*/
[0120] Longparent ;/* 父節(jié)點(diǎn)的位置 */
[0121] Longchild ;/*第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的位置*/
[0122] Longdata ； /*像素?cái)?shù)據(jù)的存放位詈*/
[0123] Longdatasize :/* 數(shù)據(jù)大小 */
[0124] Char [64] name ;/* 節(jié)點(diǎn)的名字 */
[0125] Char [32] type ;/* 節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) */
[0126] HMEmodTime ;/*此節(jié)點(diǎn)的修改時(shí)間*/
[0127] 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的data字段之后都有具體的像素信息。
[0128] (2)由用戶掃描水印位圖產(chǎn)生水印序列
[0129] 程序讀取水印位圖，掃面位圖的像素值，得到二值序列。為了提高安全性，生成對(duì) 應(yīng)的偽隨機(jī)序列。
[0130] (3)抽取每幅地圖的特征點(diǎn)
[0131] 如圖2所示，選擇平移后需要嵌入水印的對(duì)象，將水印編碼長(zhǎng)度寫入HVS系統(tǒng)，具 體地：
[0132] a讀取影像地圖文件，按照偽隨機(jī)序列大小，確定特征點(diǎn)的數(shù)目；
[0133] b利用HVS系統(tǒng)，掃描全幅地圖，搜索最大數(shù)量的不敏感特征點(diǎn)，如果特征點(diǎn)有相 鄰情況，則比較其亮度值；
[0134] c若可選數(shù)目仍大于水印編碼長(zhǎng)度，則按照亮度值進(jìn)行排序，確定優(yōu)先順序；
[0135] d保存特征點(diǎn)集合。
[0136] (4)將偽隨機(jī)序列依次寫入地圖
[0137] 具體步驟如下：
[0138] a讀取首個(gè)對(duì)象節(jié)點(diǎn)的像素信息。
[0139] b比較該節(jié)點(diǎn)與周圍相鄰節(jié)點(diǎn)的亮度差值，記錄該差值。
[0140] C如圖5所示流程圖，將水印編碼序列依次寫入每個(gè)結(jié)點(diǎn)的像素?cái)?shù)據(jù)內(nèi)，即將亮度 差值（注意可正可負(fù)）與偽隨機(jī)序列對(duì)應(yīng)編碼的乘積累加到該節(jié)點(diǎn)的像素值。
[0141] d保存地圖文件。
[0142] 如圖3所示，為主程序界面。
[0143] (5)獲得新的地圖樣本，提取數(shù)字水印
[0144] 讀取待檢測(cè)地圖文件，根據(jù)相同內(nèi)容的地圖文件，重新對(duì)地圖進(jìn)行平移恢復(fù)，求取 檢測(cè)地圖的平均像素值，獲得地圖樣本，并計(jì)算地圖樣本與偽隨機(jī)序列的相關(guān)度，如果相關(guān) 系數(shù)的絕對(duì)值大于閾值則相應(yīng)水印提取成功。
[0145] (6)根據(jù)讀取的二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖。
[0146] 根據(jù)提取出的水印位圖的字節(jié)數(shù)，位圖字節(jié)數(shù)=位圖寬度*位圖高度，以及讀取 的二值水印序列可以生成原始水印。并對(duì)原始水印位圖和檢測(cè)到的水印位圖進(jìn)行NC值比 較來確定水印的真實(shí)性和完整程度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向影像地圖的強(qiáng)魯棒數(shù)字水印方法，包括水印的嵌入和提取，其特征在于，包 括如下步驟： (1) 根據(jù)MG影像地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讀取節(jié)點(diǎn)的鏈表，并按照對(duì)應(yīng)字段分別獲得每個(gè)節(jié) 點(diǎn)的像素值； (2) 掃描水印位圖，獲得水印二進(jìn)制編碼，生成相應(yīng)的偽隨機(jī)序列L，其中，LaG{+1，-1}，L是一個(gè)由N個(gè)元素組成的偽隨機(jī)序列，N是水印編碼的長(zhǎng)度； (3) 根據(jù)地圖規(guī)模和偽隨機(jī)序列大小，設(shè)定小于1個(gè)像素單位的值作為閾值，對(duì)地圖進(jìn) 行八個(gè)方向的平移，包括上T、右上RT、右R、右下RD、下D、左下LD、左L、左上LT; (4) 對(duì)于位移后的八幅地圖，按照順時(shí)針順序，隨機(jī)選取其中3幅地圖，聯(lián)同原始地圖 共同組成待嵌入水印的地圖集合{V|Vi|l彡i彡4}; (5) 利用人類視覺系統(tǒng)，檢測(cè)每一幅地圖，據(jù)地圖集合{V|Vi 11 <i< 4}，按照每個(gè)節(jié)點(diǎn) 僅嵌入1比特水印的編碼規(guī)則，選取最大規(guī)模的特征點(diǎn)集合，同時(shí)提取對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的像素值； (6) 計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)與周圍像素點(diǎn)的差值，并讀取偽隨機(jī)序列，將對(duì)應(yīng)隨機(jī)序列值與 像素差值的乘積累加到該特征點(diǎn)的像素值； (7) 對(duì)于嵌入水印后的地圖，隨機(jī)選取其中幾幅發(fā)布； (8) 在水印檢測(cè)時(shí)，將待檢測(cè)地圖與其它嵌入水印但未發(fā)布的地圖相互融合，求得具有 平均像素值的地圖； (9) 根據(jù)原始的水印的偽隨機(jī)序列，以及融合后的水印地圖，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，如果相關(guān) 系數(shù)的絕對(duì)值大于等于所設(shè)定的閾值，則表明檢測(cè)到水印編碼，否則未檢測(cè)到； (10) 將編碼還原為水印位圖，并計(jì)算相似度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向影像地圖的強(qiáng)魯棒數(shù)字水印方法，其特征在于，所 述的待嵌入水印的地圖集合的生成步驟包括： 對(duì)于每幅地圖Vi，計(jì)算對(duì)應(yīng)的水印嵌入強(qiáng)度： S(v^ ={s(pj) >0 11 ^j^N} 其中，s(Pj)表示地圖中特征點(diǎn)口」在HVS系統(tǒng)內(nèi)的不可察覺程度，即p」與其他周圍其他 八個(gè)像素節(jié)點(diǎn)的亮度差值； 依次讀取水印序列，對(duì)每個(gè)特征點(diǎn)： s'Pj=s(pj)+s(Pj)Lj， v/ =vi+s(pJ)LJ, 得到IV，|Vi' |1 彡i彡4}。
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及的是一種面向影像地圖的強(qiáng)魯棒數(shù)字水印方法。本發(fā)明根據(jù)IMG影像地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讀取節(jié)點(diǎn)的鏈表，并按照對(duì)應(yīng)字段分別獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的像素值；獲得水印二進(jìn)制編碼，生成相應(yīng)的偽隨機(jī)序列；根據(jù)地圖規(guī)模和偽隨機(jī)序列大小，設(shè)定小于1個(gè)像素單位的值作為閾值，對(duì)地圖進(jìn)行八個(gè)方向的平移；計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)與周圍像素點(diǎn)的差值，并讀取偽隨機(jī)序列，將對(duì)應(yīng)隨機(jī)序列值與像素差值的乘積累加到該特征點(diǎn)的像素值；對(duì)于嵌入水印后的地圖，隨機(jī)選取其中幾幅發(fā)布。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)魯棒性的水印嵌入和提取。水印嵌入載體基于影像的亮度差值，且嵌入多幅相關(guān)性極強(qiáng)的地圖內(nèi)，水印一旦遭到破壞，可通過求取相關(guān)性和地圖的平均像素值而得以恢復(fù)。
【IPC分類】G06T1/00
【公開號(hào)】CN104915918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510349570
【發(fā)明人】孫建國(guó), 李佳楠, 李博權(quán)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日