基于傅里葉描述子的水印嵌入與提取方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多媒體信息安全領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于傅里葉描述子的水印嵌入與提取方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字水印技術(shù)是一種版權(quán)保護(hù)技術(shù)，它是利用人類的聽覺、視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)，在圖像、音頻、視頻等載體中加入一定的標(biāo)識信息(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，之后通過專門的檢測方法又能提取出所加標(biāo)識信息，以此用于數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)、原始數(shù)據(jù)的真?zhèn)舞b別、數(shù)據(jù)偵測與版權(quán)跟蹤等。
[0003]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)容為序列號的時(shí)候，這些序列號被轉(zhuǎn)換成比特流；當(dāng)嵌入的內(nèi)容為文字或圖像標(biāo)志的時(shí)候，首先將文字或圖像標(biāo)志制作成一幅二值圖像，然后將二值圖像轉(zhuǎn)換成比特流。這種基于比特位的水印嵌入方法在嵌入容量的突破上存在較大瓶頸，即在確保水印不可見性的情況下，很難做到每個載體的每個像素中均嵌入一個比特位。
[0004]例如，在公開號為CN103295180A、發(fā)明名稱為“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，其二值圖像水印嵌入由原始載體圖像的預(yù)處理、二值圖像水印的預(yù)處理、水印信息比特流的嵌入、3級Harr小波逆變換步驟組成。其二值圖像水印提取由含水印載體圖像的預(yù)處理、水印信息比特流的提取、重構(gòu)二值圖像水印步驟組成。采用該方法具有較好的魯棒性，并且嵌入水印后具有較好的透明性。但是該技術(shù)方案中，其二值圖像水印是以比特流的形式嵌入的，該方法嵌入容量十分有限，不能做到每個載體像素中嵌入一個比特位。
[0005]水印嵌入容量是指在確保水印不可見性的前提下，單位大小的載體圖像中最多能嵌入多大的水印圖像，例如大小為512X512的載體圖像中，嵌入512X512大小的水印圖像，其水印嵌入容量就是1: 1，即一個載體像素能夠嵌入一個水印像素，則表明在某種程度上具有較高的嵌入容量，在確保水印不可見性和一定魯棒性的情況下是很難做到的。
[0006]在公開號為CN102142131B、專利名稱為“基于加密相息圖的數(shù)字圖像水印嵌入、提取方法及系統(tǒng)”的專利文獻(xiàn)中，其對原始水印圖像進(jìn)行變換預(yù)處理獲取加密后的相息圖，然后將相息圖作為灰度圖嵌入到載體圖像中。該方法通過水印預(yù)處理一定程度上提高了水印的安全性，但是在水印的嵌入容量上沒有取得質(zhì)的突破，盡管通過預(yù)處理得到的灰度圖比原始水印圖像要小，但是眾所周知地，在基于離散小波變換的水印嵌入方式中是無法實(shí)現(xiàn)1:1的水印嵌入容量的，一旦以1:1方式嵌入水印，將會對離散小波系數(shù)造成較大面積的修改，則會嚴(yán)重影響載體圖像的質(zhì)量和水印不可見性。
[0007]在發(fā)明名稱為“水印嵌入與提取方法、裝置及其系統(tǒng)”、中國專利申請?zhí)枮镃N201310535907.3的專利方案中，其水印的嵌入方法是:將二值水印圖像解析成若干個個具有一定幾何規(guī)則的離散點(diǎn)集，然后將這些離散點(diǎn)集嵌入到宿主圖像中，采用該方案，能較少的引入冗余嵌入，在一定程度上減少了對原始多媒體載體的修改量，提高了水印信息的嵌入容量，但這種方法僅適合應(yīng)用在那些水印內(nèi)容是比較簡單的幾何形狀的場合，當(dāng)欲嵌入的水印內(nèi)容復(fù)雜多樣，無固定幾何規(guī)則可循的時(shí)候，此時(shí)該水印內(nèi)容不能被很好地解析成具有一定幾何規(guī)則的離散點(diǎn)集，于是這種基于形狀的水印嵌入與提取方法就具有了一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了在不影響載體圖像的質(zhì)量和水印不可見性的前提之下，提高水印的嵌入容量，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于傅里葉描述子的水印嵌入與提取方法、裝置及系統(tǒng)。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種基于傅里葉描述子的水印嵌入方法，其包括:
[0011]提取圖像水印的邊界坐標(biāo)點(diǎn)，基于所述邊界坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)數(shù)序列；
[0012]對該復(fù)數(shù)序列進(jìn)行離散傅里葉變換得到邊界坐標(biāo)點(diǎn)的傅里葉描述子，獲取傅里葉描述子的前M個傅里葉描述子系數(shù)；
[0013]對宿主圖像做分塊的離散余弦變換得到初始離散余弦變換系數(shù)，將所述M個傅里葉描述子系數(shù)分別嵌入到初始離散余弦變換域的低頻系數(shù)和/或中頻系數(shù)中，得到已嵌入傅里葉描述子系數(shù)的當(dāng)前離散余弦變換系數(shù)，對所述當(dāng)前離散余弦變換系數(shù)做離散余弦逆變換得到嵌入水印信息的宿主圖像。
[0014]優(yōu)選地，所述邊界包括圖像水印的外邊界以及內(nèi)邊界；
[0015]所述圖像水印為二值圖像或灰度圖像。
[0016]優(yōu)選地，獲取傅里葉描述子的前M個傅里葉描述子系數(shù)的步驟包括:
[0017]計(jì)算傅里葉描述子每個系數(shù)的幅值；
[0018]統(tǒng)計(jì)傅里葉描述子系數(shù)的幅值分布；
[0019]獲取幅值靠前的前M個傅里葉描述子系數(shù)。
[0020]優(yōu)選地，將所述M個傅里葉描述子系數(shù)以加性嵌入或乘性嵌入方法分別嵌入到初始離散余弦變換域的低頻系數(shù)和/或中頻系數(shù)中。
[0021]一種基于傅里葉描述子的水印嵌入裝置，其包括:
[0022]提取模塊，用于提取圖像水印的邊界坐標(biāo)點(diǎn)；
[0023]構(gòu)造模塊，用于基于所述邊界坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)數(shù)序列；
[0024]第一計(jì)算模塊，用于對該復(fù)數(shù)序列進(jìn)行離散傅里葉變換得到邊界坐標(biāo)點(diǎn)的傅里葉描述子；
[0025]獲取模塊，用于獲取傅里葉描述子的前M個傅里葉描述子系數(shù)；
[0026]第二計(jì)算模塊，用于對宿主圖像做分塊的離散余弦變換得到初始離散余弦變換系數(shù)；
[0027]融合模塊，用于將所述M個傅里葉描述子系數(shù)分別嵌入到初始離散余弦變換域的低頻系數(shù)和/或中頻系數(shù)中，得到已嵌入傅里葉描述子系數(shù)的當(dāng)前離散余弦變換系數(shù)；
[0028]第三計(jì)算模塊，用于對所述當(dāng)前離散余弦變換系數(shù)做離散余弦逆變換得到嵌入水印信息的宿主圖像。
[0029]優(yōu)選地，所述邊界包括圖像水印的外邊界以及內(nèi)邊界；
[0030]所述圖像水印為二值圖像或灰度圖像。
[0031]優(yōu)選地，所述獲取模塊包括:
[0032]幅值計(jì)算單元，用于計(jì)算傅里葉描述子每個系數(shù)的幅值；
[0033]統(tǒng)計(jì)分析單元，用于統(tǒng)計(jì)傅里葉描述子系數(shù)的幅值分布；
[0034]系數(shù)獲取單元，用于獲取幅值靠前的前M個傅里葉描述子系數(shù)。
[0035]優(yōu)選地，所述融合模塊將所述M個傅里葉描述子系數(shù)以加性嵌入或乘性嵌入方法分別嵌入到初始離散余弦變換域的低頻系數(shù)和/或中頻系數(shù)中。
[0036]一種基于傅里葉描述子的水印提取方法，包括:
[0037]對已嵌入M個傅里葉描述子系數(shù)的宿主圖像做分塊的離散余弦變換，并從得到的離散余弦變換系數(shù)中提取出M個傅里葉描述子系數(shù)；
[0038]對M個傅里葉描述子系數(shù)做離散傅里葉逆變換得到復(fù)數(shù)序列，用該復(fù)數(shù)序列構(gòu)造多個用于描述圖像水印的邊界輪廓的坐標(biāo)點(diǎn)，以此提取出圖像水印。
[0039]一種基于傅里葉描述子的水印提取裝置，其包括:
[0040]第四計(jì)算模塊，用于對已嵌入M個傅里葉描述子系數(shù)的宿主圖像做分塊的離散余弦變換，并從得到的離散余弦變換系數(shù)中提取出M個傅里葉描述子系數(shù)；
[0041]第五計(jì)算模塊，用于對M個傅里葉描述子系數(shù)做離散傅里葉逆變換得到復(fù)數(shù)序列，用該復(fù)數(shù)序列構(gòu)造多個用于描述圖像水印的邊界輪廓的坐標(biāo)點(diǎn)，以此提取出圖像水印。
[0042]一種系統(tǒng)，包括發(fā)送端以及接收端，其中:
[0043]在所述發(fā)送端:
[0044]提取圖像水印的邊界坐標(biāo)點(diǎn)，