[发明专利]用于完整性保护的半脆弱唯一性图像水印嵌入及提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字水印技术，尤其涉及一种用于完整性保护的半脆弱唯一性图像水印嵌入及提取方法。

背景技术

随着多媒体技术和网络技术的飞速发展及广泛应用，对图像、音频、视频等多媒体内容的保护已经成为迫切需要解决的问题。对多媒体内容的保护一般分为如下两个方面：一是版权保护；二是内容完整性(真实性)保护，即认证(或称为“篡改提示”)。用于版权保护的数字水印要求有很强的鲁棒性和安全性；用于多媒体内容真实性鉴定(或篡改提示)的水印，一般称为易损水印或脆弱水印，这种水印在内容数据中嵌入不可见的信息，同时要求对内容数据的篡改有提示作用，即完整性保护。目前，应用最为广泛的是用于版权保护的可见鲁棒性水印，用于多媒体内容完整性保护的脆弱水印较为少见。

在实际应用中，并不需要脆弱水印对所有修改都非常敏感，对恶意篡改高度敏感和对内容正常操作鲁棒性的半脆弱水印更能适应实际应用的要求。一般地，半脆弱水印应该满足3个基本要求：1)对恶意篡改的高度敏感性和对内容正常操作的鲁棒性；2)不可见性；3)安全性。半脆弱水印不但要求对恶意攻击特别敏感，又要对一些常规的操作(如JPEG压缩、加噪等)有一定的鲁棒性，从而将偶然攻击与恶意篡改区分开来。因此半脆弱水印能够更好地提供对多媒体内容的完整性保护和真实性认证。

为了能够有效地识别多媒体内容的恶意篡改，又能忽略对数字媒体的正常处理，基于完整性保护的半脆弱水印是一种有效的解决方案。但现有的基于完整性保护的半脆弱水印，存在诸多缺陷，例如，方案复杂对程序的开发和使用造成阻碍；方案的效率差，不能快速地实现水印的嵌入和提取；对嵌入的水印有特殊要求；方案不能抵抗正常的图像处理等。

发明内容

针对现有的图像半脆弱水印的缺陷，本发明的目的是从图像的半脆弱水印出发，提供一种用于完整性保护的半脆弱唯一性图像水印嵌入及提取方法，其有效可行，能够认证图像完整性，且方案简洁，高效，克服了现有的图像半脆弱水印的诸多缺陷，对数字图像的完整性保护具有重要意义。

为达上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于完整性保护的半脆弱唯一性图像水印嵌入方法，包括以下步骤：

1)根据载体图像的水印信息生成二维码图像水印；

2)将二维码图像水印进行置乱处理，得到安全水印；

3)将安全水印嵌入到载体图像的小波变换域中，得到嵌入水印的图像，并生成提取水印密钥；

4)嵌入水印的图像与提取水印密钥同时分发。

进一步地，所述水印信息包括：版权信息和/或用户信息和/或网站信息和/或发给特定用户的私有信息。

进一步地，步骤2)中进行置乱处理过程中，生成置乱恢复密钥。

进一步地，步骤4)中所述置乱恢复密钥与提取水印密钥组成水印密钥共同分发。

进一步地，步骤4)中载体图像与嵌入水印的图像共同分发。

进一步地，步骤2)中通过带密钥的Arnold变换进行置乱处理，以二维码图像水印的像素N和变换的迭代次数n及Arnold变换的系数T作为置乱恢复密钥。

进一步地，步骤3)中将安全水印嵌入到载体图像的小波变换域中包括：

3-1)通过小波变换将载体图像分解为低频子图和高频子图；

3-2)通过二层小波变换将低频子图分解为二层高频子图及二层低频子图；

3-3)将安全水印嵌入二层高频子图所在区域。

进一步地，步骤3)中将在小波变换域中嵌入安全水印的强度a作为提取水印密钥。

进一步地，步骤3)中小波变换及二层小波变换选自：db小波变换，haar小波变换，多贝西小波变换及复小波变换。

一种针对前述嵌入方法的用于完整性保护的半脆弱唯一性图像水印提取方法，包括以下步骤：

1)接收嵌入水印的图像及提取水印密钥；

2)根据提取水印密钥提取安全水印；

3)对安全水印进行置乱恢复，得到二维码图像水印；

4)根据二维码图像水印是否能被准确识别并获取载体图像的水印信息判断载体图像完整性。

通过采取上述技术方案，本发明从三个方面实现其有益效果：

完整性保护，能够对载体图像的完整性进行保护，能够有效识别对数字图像的非法篡改。

半脆弱性，采用空域水印嵌入方法，将水印嵌入到图像的二层小波分解的高频部分。该区域继承了一层小波分解所具有的鲁棒性，又具有二层小波分解的脆弱性，从而将鲁棒性和脆弱性结合形成半脆弱性。