基于空间域图像数字水印的嵌入及提取方法

摘要

本发明涉及一种基于空间域图像数字水印的嵌入及提取方法，该方法包括：获取原始图像及水印尺寸，获取水印像素序列及每一像素值与坐标位置的对应关系并将该对应关系存储到存储单元，对原始图像进行灰度转换形成灰度图像，对转换后的所述灰度图像进行分块处理，在所划分的图像块中随机选取对应水印像素个数的图像块作为随机密钥，对选取的每一图像块中第一部分的像素值之和与第二部分的像素值之和进行比较，根据一嵌入关系将水印像素序列的每个值分别嵌入到选取的图像块中，进一步通过对应的逆运算提取水印。本发明通过对原始图像做灰度化及分块处理，并根据一定函数关系嵌入及提取水印，该嵌入或提取水印的方法简单，且不易被过滤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字水印的嵌入及提取方法，尤指一种基于空间 域图像的数字水印的嵌入及提取方法。

背景技术

随着互联网和多媒体技术的迅猛发展，数字媒体盗版问题也变得 非常严重。数字水印作为传统加密方法的补充手段，可以有效地保护 数字产品的版权。目前的数字水印添加方法通常基于DCT(Discrete  Cosine Transform)域变换的数字图像水印嵌入方法，在DCT域内进行 水印嵌入，将图像分块后，将嵌入的水印信号能量均匀分布到块内各 个像素上，该方法具有嵌入水印复杂度高，水印容易被过滤等缺点。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种基于空间域图像的数字水印的嵌入及 提取方法，使得嵌入方法简单，水印不易被过滤。

一种数字水印的嵌入方法，该方法包括：获取原始图像及水印尺 寸：获取水印像素序列及每一像素值与坐标位置的对应关系并将该对 应关系存储到存储单元；对原始图像进行灰度转换形成灰度图像；对 转换后的所述灰度图像进行分块处理；在所划分的图像块中随机选取 对应水印像素个数的图像块作为随机密钥；对选取的每一图像块中第 一部分的像素值之和与第二部分的像素值之和进行比较，根据一嵌入 关系将水印像素序列的每个值分别嵌入到选取的图像块中，获取水印 图像，其中，所述第一部分和第二部分的像素个数相等且互不重叠。

一种数字水印的提取方法，该方法包括：获取水印图像尺寸：根 据嵌入水印的转换方式将对水印图像转换成一灰度水印图像；根据与 嵌入水印图像的划分方式对该灰度水印图像进行分块处理；根据保存 的随机密钥地址获取水印嵌入的图像块；对每个图像块的第一部分的 像素值之和与第二部分的像素值之和进行比较，根据嵌入关系的逆运 算获取水印像素序列，其中，所述第一部分和第二部分的像素个数相 等且互不重叠；根据预先存储的水印像素值及该像素值与坐标位置的 对应关系，对水印像素序列进行升维处理，提取原始水印。

本发明基于空间域图像数字水印的嵌入和提取方法。通过对原始 图像做灰度化及分块处理，并根据一定函数关系嵌入及还原水印，该 嵌入或提取水印的方法简单，且不易被过滤。

附图说明

图1为本发明一实施例方式中数字水印的嵌入和提取方法的功能 模块图。

图2为图1中数字水印的嵌入方法的流程图。

图3为图1中数字水印的提取方法的流程图。

主要元件符号说明

处理单元    10

存储单元    20

显示单元    30

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参考图1，本发明的处理单元10对原始图像做灰度化处理，将 获取的灰度图分成若干图像块，将水印信息根据一预定函数关系分别 嵌入到每个图像块中，并通过对应的逆运算还原水印，并显示该水印 于显示单元30。

请一并参考图2，一种基于空间域图像数字水印的嵌入方法。

水印的嵌入方法：

步骤S101：处理单元10获取所述原始图像I以及水印，该原始 图像I的尺寸为N×M个像素，水印尺寸为n*m个像素。

步骤S102：处理单元10将n*m水印像素二值化，获取一维的二 值化水印像素值序列，并将水印序列的每一位与坐标位置的对应关系 存储到存储单元20。

步骤S103：处理单元10对N×M个像素的原始图像I进行灰度 转换，对转换后的灰度图进行分块。如：将该灰度图分成N/A×M/A 个图像块，使得灰度图的每个图像块内分布A×A个像素点。

步骤S104：处理单元10从灰度图所划分的N/A×M/A个图像块 中随机选取对应n*m个水印像素的n*m个图像块作为随机密钥 P_i(P_i＝1...N/A×M/A，i＝n*m)并将随机密钥P_i的选取地址存储到存储 单元20中。

步骤S105：处理单元10对每个图像块中第一部分的像素值之和 与第二部分的像素值之和进行比较，根据一函数关系将水印信息的每 一个值分别嵌入到选取的图像块中，从而获取嵌入水印图像I’，其中， 所述第一部分和第二部分的像素个数相等且互不重叠。

请参考图3，一种基于空间域图像数字水印的提取方法：

步骤S201：处理单元10获取所述嵌入水印图像I’，所述嵌入水 印图像I’的尺寸为N×M。

步骤S202：处理单元10对嵌入水印图像I’根据嵌入水印的转换 方式转换成一灰度图像，并根据与嵌入水印划分图像时同样的划分方 式对该灰度图进行划分，即划分成多个具有A×A个像素的分块，从 而将该灰度图分成N/A×M/A个图像块。

步骤S203：处理单元10根据保存的随机密钥P_i的选取地址获取 嵌入水印的图像块。

步骤S204：处理单元10对每个图像块的第一部分的像素值之和 与第二部分的像素值之和进行比较，根据对嵌入函数的逆运算获取水 印像素序列W_q。

步骤S205：处理单元10根据预先记录的水印序列与坐标位置的 对应关系对获取的二值水印像素序列W_q进行升维处理，提取原始水 印，并显示该水印于显示单元30。

如下通过具体实施例详细说明本发明的水印嵌入及提取方法。

设定原始图像I为一彩色图像I_RGB，处理单元10用原始图像I_RGB和水印初始化位图(Bitmap)对象，获取所述原始图像及水印的尺寸， 如：原始图像I_RGB的尺寸为(512×512)，水印尺寸为(32×32)。

将32×32的水印二值化，获取一维的0、1二值化水印序列 w₁....w₁₀₂₄，并记录水印序列的每一位与像素位置的对应关系于存储单 元20。

任选原始图像I_RGB的三分量(R，G，B)中一个分量的灰度图I_B进行3×3分块，使灰度图I_B共分为512/3×512/3个图像块，其中， 每个图像块的像素按顺序排列为C₁.C₂.C₃...C₉。其他实施方式中，原 始图像I_RGB的灰度图可为I_RGB的三分量(R，G，B)的均值灰度图， 或者I_RGB的三分量(R，G，B)的加权平均值灰度图等。

从灰度图I_B所划分的512/3×512/3图像块中随机选取32× 32＝1024个图像块作为随机密钥p_i(p_i＝1...512/3×512/3，i＝1...1024)， 并将随机密钥p_i的图像块初始坐标地址存储到所述存储单元中，计算 每个图像块的前三个像素值之和∑C_i(i＝1，2，3)与中间三个像素值之和 ∑C_i(i＝4，5，6)的差，根据以下关系将水印像素序列W_q(q＝1...1024)分别 嵌入到1024个随机密钥p_S中，获得水印图像I’_RGB：

(∑(2P_S)_i-(2P_S)_j)＞＝0      W_q＝0

(∑(2P_S+1)_i-(2P_S+1)_i)＜0    W_q＝1

其中，(i和j分别表示一图像块内前三个像素和中间三个像素的 顺序值，i＝1，2，3，j＝4，5，6，P_S＝(0..(512/6*512/6)，s＝(1...1024))。

为了控制嵌入水印强度，计算块内前三个像素值之和与中间三个 像素值之和的差值Dif，并设定阀值d为一大于0的整数，如果Dif＞＝0， 则将所述中间三个像素值分别加上Dif/3+d，使得Dif＜0，所述处理器 记录满足该函数关系的水印信息W_q＝1或0，；如果Dif＜0，则将块内 前三个像素值分别加上Dif/3+d，使得Dif＞＝0，所述处理器记录满足 该函数关系的水印像素值W_q＝0或1，其他实施方式中，可根据用户 定义的其他函数关系将水印序列嵌入到原始图像中。

Dif＝|∑(2P_S)_i-(2P_S)_j|i＝1，2，3.j＝4，5，6 P_S＝(0..(512/6*512/6)-1， s＝(1...1024)。

Dif＝|∑(2P_S+1)_i-(2P_S+1)_j|i＝1，2，3，j＝4，5，6，P_S＝(0..(512/6*512/6)-1， s＝(1...1024)。

水印提取时，对水印嵌入过程进行逆运算。

处理单元10用水印图像I’_RGB初始化位图(Bitmap)对象，获取 所述水印图像的尺寸(512×512)。

根据水印图像I’_RGB的三分量(R，G，B)中一个分量的灰度图I’_B进行3×3分块，使灰度图I’_B共分为512/3×512/3个图像块，其中， 每个图像块的像素按顺序排列为C₁.C₂.C₃...C₉。

根据存储单元存储的随机密钥p_i的图像块初始坐标地址，查找水 印的嵌入位置。

计算所查找的每个图像块的前三个像素值之和∑C_i(i＝1，2，3)与中 间三个像素值之和∑C_i(i＝4，5，6)的差，满足如下关系，从而获取水印像 素序列。

(∑(2P_S)_i-(2P_S)_j)＜0          W_q＝0

(∑(2P_S+1)_i-(2P_S+1)_i)＞＝0    W_q＝1

其中，(q∈1...1024，W_q表示在一图像块中所嵌入水印像素的值， i和j分别表示一图像块内前三个像素和中间三个像素的顺序值， i＝1，2，3，j＝4，5，6，P_S＝(0..(512/6*512/6)-1，s＝(1...1024))。

对获取的0，1二值水印像素序列W_q(q＝1...1024)，根据记录的水 印像素序列W_q与坐标位置的对应关系，对二值水印序列进行升维处 理，还原初始水印。

本发明基于空间域图像数字水印的嵌入和提取方法。通过对原始 图像做灰度化及分块处理，并根据一定函数关系嵌入及还原水印，该 嵌入或提取水印的方法简单，且不易被过滤。