[发明专利]一种JPEG图像自嵌入数字水印的生成及认证方法

说明书

技术领域

本发明属于图像安全认证技术领域，特别涉及一种JPEG图像自嵌入数字水印的生成及认证方法。

背景技术

随着计算机网络技术的飞速发展与信息媒体的数字化，数字产品的内容保护问题显得尤为重要，而近年来发展起来的脆弱性水印技术为数字产品的内容保护提供了技术保障。脆弱性水印属于数字水印的一个分支，除了具有水印的基本特征，如不可感知性、安全性等，还具有检测篡改的能力，并且水印的提取不需要原始图像。目前对该领域的研究主要包括脆弱性水印、半脆弱性水印、自嵌入水印等几个层次，而自嵌入水印是将图像本身作为水印嵌入到图像中的技术，这不仅可以对图像的内容进行验证，而且可以部分恢复被篡改或剪贴的区域。当然，不可能将完整的图像内容信息嵌入到图像本身。因此，为了降低图像的内容信息，要么使用有损压缩(比如：JPEG压缩)，要么只保留图像的重要信息，如：边缘信息等。

目前现有的自嵌入水印使用类似于JPEG压缩过程的算法，其基本原理是：将图像按8×8大小进行分块，对每块执行如下操作：先进行DCT变换，然后对DCT系数按50％的质量因子进行量化，最后将量化后的系数按给定的位图矩阵进行编码并将之保存到相应块的最不重要信息位(Least Significant Bit，LSB)中。这样的水印方案由于使用了位图矩阵，对于那些DCT系数值的比特位数大于位图矩阵中相应的比特位时，恢复后的图像就会造成失真现象，因此只能对某些特定的图像进行操作，同时只限于使用小于等于50％的质量因子对DCT系数进行量化。所以，在实际应用当中受到一定的限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种JPEG图像自嵌入数字水印的生成及认证方法，不仅不需要受限的位图矩阵，而且可以使用任何的质量因子进行量化，不但能检测到图像被篡改或损坏的区域，而且可以恢复被保护图像丢失的信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种JPEG图像自嵌入数字水印的生成方法，包括数字水印信号产生过程，数字水印嵌入过程和数字水印提取过程。

数字水印信号产生过程的具体方法如下：

A1.将一个JPEG图像分成四个8×8图像块，然后缩小为一个8×8图像块，对缩小后的图像块进行DCT变换，并用质量因子为50的量化表对DCT系数进行量化；

A2.对量化后的DCT系数用定长分组编码法编码，产生所述图像块的水印信号，再对所有的图像块进行量化和编码；

A3.每个8×8图像块的码长取40比特，对整幅图像的水印信号进行加密处理，产生用于自嵌入的水印信号m_i；

数字水印嵌入过程的具体方法如下：将四个8×8块b_i的水印信息m_i嵌入到另外四个8×8图像块b_i+p中，具体为，读取图像块b_i+p的DCT系数，然后将水印m_i嵌入到块b_i+p的低频DCT系数上，得到m_i+p，其中，p表示块b_i+p对块b_i的偏移距离，p为图像尺度的三分之一，嵌入公式如下：

其中，Coef为嵌入水印前图像块b_i+p的DCT系数，Coef′为嵌入水印后b_i+p的DCT系数，Mod为取余运算；

数字水印提取过程的具体方法如下：读取含水印的JPEG图像的DCT系数，将DCT系数以四个8×8图像块为单位提取水印，提取水印的步骤为：

B1.对含水印的DCT系数按如下公式提取水印，四个8×8图像块共提取40比特水印信号m_i：

m_i＝Mod(Coef′，2)；                         (2)

B2.对提取的40比特水印m_i进行分组解码，还原成DCT系数，再进行DCT反变换，得到一个8×8的灰度图像。

一种JPEG图像自嵌入数字水印的认证方法，包含篡改检测与修复过程，包括如下步骤：

C1.读取等待认证的JPEG图像y的DCT系数，并将其划分成四个一组的8×8DCT块，计为c₁，c₂，...，c_r，从每四块8×8DCT系数的低频系数中提取水印m′，对m′进行解密后，得到原始嵌入的水印