[发明专利]结合多尺度特征与中国余数定理的大容量数字水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于隐秘通信和数字图像的大容量数字水印方法，特别是一种结合多尺度特征与中国余数定理的大容量数字水印方法。 

背景技术

互联网的开放性给人们的生活带来了很大的便利。借助于网络，人们可以很容易地实现数据共享。但互联网的开放性也带来一个严峻的问题，即未经授权的多媒体产品被任意地上传到网络并被无限制的下载，严重侵犯了作者的合法权益。如何对数字多媒体产品进行有效的保护，已经成为学术界和产业界密切关注的问题。 

数字图像水印技术通过向图像数据中加入具有标识意义的信息，在发生版权纠纷的时候将其检测出来作为证据。在实际使用时，数字图像经常会受到无意或有意的变换。一方面，为了达到理想的视觉效果或适应特殊应用的需要，图像经常会受到压缩、滤波等信号处理操作；另一方面，恶意破坏者为了去除图像中的水印信息可能对图像进行有意的变换。这两种操作都会对水印的正确检测造成破坏。因此，水印对各种常见变换的鲁棒性是其实际应用的前提要求，尤其是对旋转、缩放、平移等几何变换的鲁棒性。由于图像在受到几何变形时，图像像素重新分布，水印检测器如果没有针对性的设计，很难自动地定位含水印区域，从而导致检测失败。目前能够抵抗几何变换的数字水印方法主要分为以下几种：(1)基于几何校正的方法。主要思想是对受到几何变换的图像在水印检测之前进行校正，然后在校正后的图像中检测水印。几何校正的过程可以借助于图像配准技术求出几何变换的参数然后进行逆变换；也可以在嵌入水印信号的同时嵌入模板，并在检测时根据模板确定几何变换参数进行相应的逆变换。基于几何校正的方法在水印检测时经常需要原始图像的参与，因此很难实现盲检测(水印检测时不需要原始图像)，目前对其研究较少。(2)基于几何不变域的水印嵌入。主要思想是借助于对几何操作具有不变性的图像变换将水印信号嵌入其中。常用的几何不变域有Fourier-Mellin变换域、图像归一化域等。基于Fourier-Mellin变换的算法：C.Lin et al.“Rotation，Scale，and Translation Resilient Watermarking of Images”，IEEE Transactions on Image Processing，vol.10，no.5，pp.767-782，2001.基于图像归一化的算法：M.Alghoniemy et al.“Geometric Invariance in Image Watermarking”，IEEE Transactions on Image Processing，vol.13，no.2，pp.145-153，2004.均是此类方法中的经典方法。此类算法的缺点在于水印嵌入过程中往往伴随有插值运算，造成加水印图像的质量下降；此外，插值运算还会对水印检测造成不利影响。(3)基于图像特征的水印嵌入。从图像中提取的局部特征点一般具有几何不变性，以这些特征点为参考确定一定的区域用于嵌入水印，则水印信号具有对几何变换的不变性，这正是此类算法的基本出发点。基于图像特征的水印嵌入方法能同时抵抗常规的图像处理操作和几何变换，且加水印图像质量好，因此是近年来该领域研究的热点。文献H.Y.Lee et al.“Robust image  watermarking using local invariant features，”Optical Engineering，vol.45，no.3，pp.037002(1-11)，2006.和文献X.Y.Wang et al.“A new digital image watermarking algorithm resilient to desynchronization attacks，”IEEE Transactions on Information Forensics and Security，vol.2，no.4，pp.655-663，2007.是近年来此类算法中较为经典的算法。Lee等提出的算法首先利用尺度不变特征变换技术检测特征点，然后依据特征点在图像中确定局部区域，最后将水印信号在空间域叠加到局部图像块上。检测时，通过Wiener滤波的方法提取水印信号。该算法嵌入的水印信号为具有正态分布的随机二值图像，且水印嵌入在空间域进行。由于水印嵌入过程在空域进行，类似于叠加随机噪声，水印鲁棒性不理想。Wang等提出的方法利用Harris-Laplace特征提取算法检测特征点，确定局部区域，然后将二值水印序列在离散傅里叶变换域(DFT)嵌入。水印提取时，通过比较局部区域中对应位置的傅里叶系数进行。该算法由于在变换域嵌入水印，水印鲁棒性较好，但水印的容量有限，仅有32比特，而且当图像受到旋转的时候需要预先进行校正。近年来出现的各种算法基本思想和以上两种方法类似。目前，基于图像特征的水印算法中大多都将水印在空间域嵌入，导致水印鲁棒性不理想；在变换域嵌入的水印算法容量均为几十比特，水印容量低。如何将大容量的水印信号(二值图像)在变换域嵌入到由特征点确定的局部区域中，是目前研究的难点。