[发明专利]基于塔形方向滤波器组的数字水印方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别是数字水印技术，适用于数字图像的版权保护。

背景技术

随着个人电脑和网络的普及，数字作品融入到个人的普通生活中。人们可以方便的在网上发布或者下载数字作品，其版权保护的问题日益严重。数字水印技术作为数字作品版权保护的利器，是近年来科技领域和商业领域的研究热点之一。数字水印技术(digital watermarking)是一种信息隐藏技术，其基本思想是在数字图像、音频和视频等数字产品中嵌入秘密信息，以便保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。数字水印技术的两大特性是鲁棒性和不可见性，这也是衡量数字水印技术性能的标准。常见的图像水印嵌入算法包括时间/空间域水印算法和变换域(DCT、DFT和DWT等)水印算法。时间/空间域水印算法就是直接在图像上进行水印嵌入，变换域水印算法先通过某种图像处理手段将图像进行变换，再进行水印嵌入。

方向滤波器组(Directional Filter Banks，DFB)是上个世纪90年代兴起的图像处理手段。Bamberger，R.H.和M.J.T.Smith于1992年首次提出方向滤波器组的概念，通过使用扇形滤波器和梅点形抽取的滤波器组有效分离出图像各个方向上的信息。此方向滤波器组可以实现最大抽取和完全重构。1999年Sang-il Park，Mark J.T Smith和Russell M.Mersereau提出了一种改进的方向滤波器组，解决了方向子带低频信息失真的问题，使各子带中所包含的图像信息更清楚地显现出来。2004年，Yuan-Peir，Chen等提出了一种基于方向滤波器组的水印方法，采用方向滤波器组将图像分解为多个方向子带，对其中某一方向子带进行多层小波变换实现高低频的分离，再将水印嵌入到小波系数上。方向滤波器组不能分离图像高低频的弱点制约了它的发展。1999年，Do，M.N.和Vetterli，M.提出了塔形方向滤波器组(Pyramid Directional FilterBanks，PDFB)，先对图像进行高低频分离的金字塔分解，再对高频子带进行方向滤波器组处理。这种方法实现了图像的多分辨、多方向处理，在捕捉图像的光滑纹理上有优异的表现，因此又称为Contourlet变换。2005年，Baaziz，N.提出了一种自适应的塔形滤波器组水印方法。2006年，Haifeng，Li Jianting，Wen和Haifeng，Gong提出了一种新的塔形滤波器组水印检测方法；Jayalakshmi，M.Merchant，S.N.和Desai，U.B.提出了塔形滤波器组的扩频加性水印方法；Zhao Xu，Ke Wang和Xiao-hua Qiao提出了一种基于ICA的塔形滤波器组水印方法。

由于数字水印的不可见性由人眼进行评估，将基于塔形方向滤波器组的人眼视觉系统应用到数字水印中具有良好的前景。下面简要介绍基于滤波器组的人眼视觉系统的发展历程。1992年，Lewis，A.S.和Knowles，G.根据大量的实验数据总结出基于小波的人类视觉模型用于图像压缩。2001年，Barni，M.等人对该模型进行了修正以便更好的适用于小波数字水印技术。2005年，Baaziz，N.根据塔形方向滤波器组的分解结构与小波分解结构的相似性将Barni，M.提出的模型简化后引入到PDFB域中。但是塔形方向滤波器组与小波相比有所不同，在LP分解后的每一个多分辨子带均可进行任意方向的DFB分解，而小波的各级分解数目与方向固定。原作者只是简单选用于小波分解数目相同的PDFB分解进行建模，并没有考虑PDFB分解的特性，因此建立一个新的适合PDFB分解特性的视觉模型十分必要。

发明内容

鉴于以上分析，本发明建立了一种基于塔型滤波器组特性的人眼视觉模型，并据此提出了一种基于塔形滤波器组的自适应数字水印嵌入和提取方法，步骤如下：

1、水印嵌入步骤

(1)对一幅大小为M*N的灰度图像进行2层或2层以上塔形方向滤波器组变换；

(2)根据人类视觉模型构造基于塔形方向滤波器组系数的水印掩模M(i，j)；

(3)根据子带能量的计算公式计算得出能量最大的第二级方向子带C(i，j)，公式如下：