專利名稱：一種在數(shù)字圖像中嵌入和提取水印的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息隱藏和圖像隱寫(xiě)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在數(shù)字圖像中嵌入和提取水印的方法與裝置。

背景技術(shù)：
信息隱藏是信息安全領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，信息隱藏為在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行涉密的數(shù)據(jù)通信、數(shù)字產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、重要文件和數(shù)字簽名的真實(shí)性鑒別以及機(jī)密文件泄密后的消息源頭追蹤提供了可靠的信息安全保障。數(shù)字水印和圖像隱寫(xiě)是信息隱藏技術(shù)的兩大分支。
現(xiàn)有技術(shù)一提出將秘密信息按像素點(diǎn)逐一插入到原始圖像像素值的最低位，可以保證在嵌入大量秘密信息的同時(shí)保持圖像的視覺(jué)效果?，F(xiàn)有技術(shù)一是圖像隱寫(xiě)技術(shù)中一個(gè)經(jīng)典方法，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、隱藏信息量大、隱秘圖像視覺(jué)效果好等優(yōu)點(diǎn)。但由于隱秘圖像的直方圖的規(guī)則性，很容易被各種隱寫(xiě)分析方法檢測(cè)到圖像中隱藏了秘密信息。
現(xiàn)有技術(shù)二采用當(dāng)水印信息和水印信息嵌入點(diǎn)的像素值的奇偶性不同時(shí)隨機(jī)對(duì)像素值加1或者減1，此方法消除了現(xiàn)有技術(shù)一中隱秘圖像的直方圖的規(guī)則性，使算法抗隱寫(xiě)分析的能力得到加強(qiáng)。對(duì)于使用現(xiàn)有技術(shù)二得到的隱秘圖像，可以得到下述結(jié)果， hw(i)＝0.25×h(i-1)+0.5×h(i)+0.25×h(i+1) 其中函數(shù)h代表原始圖像的直方圖，hw代表隱秘圖像的直方圖?？梢钥吹剑褂矛F(xiàn)有技術(shù)二得到的隱秘圖像的直方圖相當(dāng)于對(duì)原始圖像直方圖作了一個(gè)平滑，并不會(huì)使隱秘圖像的直方圖產(chǎn)生規(guī)則性，因此現(xiàn)有技術(shù)二能夠更好的抵抗隱寫(xiě)分析。在現(xiàn)有技術(shù)二中，對(duì)于一幅包含N個(gè)像素點(diǎn)的灰度圖像，并且保證圖像每點(diǎn)(除去像素值為0或者255的像素點(diǎn))像素值最多改變1，可將灰度圖像嵌入N比特的秘密信息，同時(shí)其像素值改變量的平均值是0.5。
顯而易見(jiàn)，隱秘圖像和原始圖像越接近，則越難探測(cè)到隱秘圖像是否包含了秘密的信息，或者說(shuō)在信息嵌入的過(guò)程中對(duì)原始圖像的改動(dòng)越少則越難探測(cè)到隱秘圖像中是否包含了秘密信息。因此，倘若使原始圖像每點(diǎn)像素值最多改變1并且保持相同的信息隱藏量，當(dāng)每點(diǎn)像素值的平均改變量變得比0.5更小，則其抵抗隱寫(xiě)分析的能力就會(huì)得到加強(qiáng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字圖像中嵌入和提取水印的方法與裝置，可更好的抵抗隱寫(xiě)分析問(wèn)題。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種數(shù)字圖像中嵌入水印的方法，包括， 將待嵌入數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于三，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)； 將待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，所述水印位流串分組組數(shù)與數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組組數(shù)相同； 根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)； 根據(jù)所述像素值改變信號(hào)改變對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組的像素值，實(shí)現(xiàn)水印嵌入。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種數(shù)字圖像中提取水印的方法，包括， 根據(jù)保存的分組信息，將嵌入水印后的數(shù)字圖像的全部或部分像素點(diǎn)分組，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)； 根據(jù)保存的一數(shù)字信號(hào)與每個(gè)像素值信號(hào)，提取水印信號(hào)。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種數(shù)字圖像中嵌入水印的裝置，包括 獲取單元，用于獲取數(shù)字圖像、待嵌入的水印位流串和一數(shù)字信號(hào)； 第一分組單元，用于將所述獲得的數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于三，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)； 第二分組單元，用于將待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，第二分組單元分組組數(shù)與第一分組單元分組組數(shù)相同； 計(jì)算單元，用于根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)； 嵌入單元，用于根據(jù)所述計(jì)算得到的像素值改變信號(hào)改變數(shù)字圖像像素點(diǎn)的像素值。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種數(shù)字圖像中提取水印的裝置，包括 獲取單元，用于獲取嵌入水印的數(shù)字圖像； 分組單元，用于根據(jù)保存的分組信息，將所述獲取單元獲取的嵌入水印的數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)； 提取單元，用于根據(jù)所述分組單元每個(gè)分組的像素值信號(hào)與保存的一數(shù)字信號(hào)，提取水印信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法和裝置，通過(guò)將待嵌入數(shù)字圖像和水印信號(hào)分組，和一個(gè)滿足要求的至少包含三個(gè)分量的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出取值為-1、0或1的像素值改變信號(hào)，改變待嵌入數(shù)字圖像的像素值，在圖像每點(diǎn)像素值最多改變1以及保持一定信息隱藏容量的情況下，使每點(diǎn)像素值的平均改變量變得更小，從而可以更好的抵抗隱寫(xiě)分析。



圖1A為本發(fā)明實(shí)施例在圖像中嵌入水印的流程圖； 圖1B為本發(fā)明實(shí)施例在圖像中提取水印的流程圖； 圖2A為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的灰度圖像； 圖2B為本發(fā)明實(shí)施例提供的待提取的灰度圖像； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的灰度圖像； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的灰度圖像； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的灰度圖像； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的灰度圖像； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的待嵌入的彩色圖像； 圖8A為本發(fā)明實(shí)施例提供的水印嵌入裝置示意圖； 圖8B為本發(fā)明實(shí)施例提供的水印提取裝置示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明實(shí)施例提出了一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法，使得在圖像每點(diǎn)像素值最多改變1以及保持一定信息隱藏容量的情況下，使每點(diǎn)像素值的平均改變量變得比0.5更小，從而可以更好的抵抗隱寫(xiě)分析。
下面簡(jiǎn)要的描述本發(fā)明實(shí)施例在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法的公式推導(dǎo)。假定圖像像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)分別為， X1＝(X1，1，X1，2，......，X1，N) X2＝(X2，1，X2，2，......，X2，N) ............ XL＝(XL，1，XL，2，......，XL，N) 其中，L表示像素點(diǎn)分組的組數(shù)，N表示每個(gè)分組中所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，N大于等于3，分量Xi，j代表圖像像素點(diǎn)的像素值或者說(shuō)灰度值，其取值為0到255之間的整數(shù)。再假設(shè)， W＝(W1，1，W1，2，...，W1，K，W2，1，W2，2，...，W2，K，......，WL，1，WL，2，...，WL，K)是由0、1組成的水印位流串，將其分成L組，得到L個(gè)水印信號(hào)， W1＝(W1，1，W1，2，......，W1，K) W2＝(W2，1，W2，2，......，W2，K) ............ WL＝(WL，1，WL，2，......，WL，K) 其中每個(gè)水印信號(hào)的長(zhǎng)度都為K，K為大于零的整數(shù)。在此將每個(gè)水印信號(hào)， Wi＝(Wi，1，Wi，2，......，Wi，K)嵌入到像素值信號(hào)， Xi＝(Xi，1，Xi，2，......，Xi，N)中去。
首先選取數(shù)字信號(hào)V＝(V1，V2，......，VN)，使得V滿足以下條件 (1)所有的分量Vj都是整數(shù)，其中j∈{1，2，......，N}； (2)V包含至少三個(gè)分量，即N大于等于三； (3)對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，2K-1}，都存在整數(shù)向量S＝(S1，S2，......，SN)， 其中S的每個(gè)分量Sj取值為0、1或者-1，并使得， S·V＝S1·V1+S2·V2+......+SN·VN≡M(mod 2K)， 就是說(shuō)，使用S與V的內(nèi)積可以表示模2K的全部剩余類。
然后計(jì)算， Wi，1·20+Wi，2·21+......+Wi，K·2K-1-(Xi，1·V1+Xi，2·V2+......+Xi，N·VN)，接著將計(jì)算所得的整數(shù)除以2K得到的余數(shù)記為M，即計(jì)算所得的整數(shù)模2K的剩余類為M，這里M∈{0，1，......，2K-1}。再選取像素值改變信號(hào)， S＝(S1，S2，......，SN)， 使得S的每個(gè)分量Si的取值都為0、1或者-1，并且滿足， S·V＝S1·V1+S2·V2+......+SN·VN≡M(mod 2K) 最后選取嵌入水印后的像素值向量為， Yi＝(Yi，1，Yi，2，......，Yi，N)， 其中， Yi，j＝Xi，j+Sj，j∈{1，2，......，N}。
此時(shí)，嵌入水印后的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)V的內(nèi)積滿足， Yi，1·V1+Yi，2·V2+......+Yi，N·VN ≡(Xi，1+S1)·V1+(Xi，2+S2)·V2+......+(Xi，N+SN)·VN ≡(Xi，1·V1+Xi，2·V2+......+Xi，N·VN)+(S1·V1+S2·V2+......+SN·VN) ≡(Xi，1·V1+Xi，2·V2+......+Xi，N·VN)+M ≡(Xi，1·V1+Xi，2·V2+......+Xi，N·VN)+ Wi，1·20+Wi，2·21+......+Wi，K·2K-1-(Xi，1·V1+Xi，2·V2+......+Xi，N·VN) ≡Wi，1·20+Wi，2·21+......+Wi，K·2K-1(mod 2K)即嵌入水印后的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積在模剩余類的意義下與嵌入的水印信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
注意到，此時(shí)， |Yi，j-Xi，j|＝|Sj|≤1， 由上式可以得出在嵌入水印后，每點(diǎn)像素值的變化不會(huì)超過(guò)1。
下面進(jìn)一步說(shuō)明使用本發(fā)明實(shí)施例中所述的水印嵌入方法，圖像像素值的平均改變量的理論公式推導(dǎo)。后面的討論說(shuō)明，平均改變量的理論值只和一數(shù)字信號(hào)V的選擇有關(guān)，從而是V的函數(shù)。
首先給出幾個(gè)定義。對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，2K-1}，定義集合 AM＝{(S1，S2，......，SN)Sj∈{0，±1}，S1·V1+S2·V2+......+SN·VN≡M(mod 2K)}，以及， |AM|＝inf{|S1|+|S2|+......+|SN|(S1，S2，......，SN)∈AM}， BM＝{(S1，S2，......，SN)∈AM|S1|+|S2|+......+|SN|＝|AM|}， 其中，符號(hào)“inf”表示實(shí)數(shù)集合中元素的最小值。集合AM代表使用一數(shù)字信號(hào)V的分量通過(guò)加減來(lái)表示模2K的剩余類M的所有表示方法，|AM|代表上述表示方法中的最小代價(jià)，即向量S的分量的絕對(duì)值之和最小值，BM代表所述最小代價(jià)的向量。注意到在水印嵌入前后，像素值信號(hào)的變化為， |Yi，1-Xi，1|+|Yi，2-Xi，2|+......+|Yi，N-Xi，N|＝|S1|+|S2|+......+|SN|因此若使得該變化量最小則需要選取， (S1，S2，......，SN)∈BM， 則可知， |Yi，1-Xi，1|+|Yi，2-Xi，2|+......+|Yi，N-Xi，N|＝|AM|。從而，在假設(shè)水印位流串中的0和1是隨機(jī)分布的情況下(水印嵌入時(shí)的水印位流串一般都經(jīng)過(guò)加密處理，所以這一假設(shè)是合理假設(shè))，可以計(jì)算出在水印嵌入后，圖像像素點(diǎn)的像素值的平均改變量的理論值是， ρ(V)＝(|A0|+|A1|+......+|A2K-1|)/(N·2K) 例如當(dāng)V＝(1，2，3)、(1，2，4)、(1，2，4，8，15)、(1，2，4，12，21，28)時(shí)都是滿足要求的數(shù)字信號(hào)，假設(shè)水印位流串的長(zhǎng)度和圖像所包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)相同，則所對(duì)應(yīng)的水印嵌入方法中的圖像像素點(diǎn)的像素值的平均改變量的理論值分別是， ρ(1，2，3)＝1/3 ρ(1，2，4)＝0.375 ρ(1，2，4，8，15)＝0.325 ρ(1，2，4，12，21，28)＝29/96≈0.3021 上述結(jié)果表明，適當(dāng)選擇滿足要求的數(shù)字信號(hào)并采用本發(fā)明實(shí)施例提供的嵌入水印的方法，可以嵌入和現(xiàn)有技術(shù)二中相同容量的水印，但每點(diǎn)像素值的平均改變量則會(huì)由0.5變?yōu)楦。涞挚闺[寫(xiě)分析的能力得到加強(qiáng)。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法，參見(jiàn)圖1A所示，包括以下步驟 步驟101獲取數(shù)字圖像和由0、1組成的水印位流串； 步驟102將圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組得到像素值信號(hào)序列； 步驟103將水印位流串分組，得到水印信號(hào)序列，所述分組組數(shù)與數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組組數(shù)相同； 步驟104獲取一數(shù)字信號(hào)； 步驟105根據(jù)水印信號(hào)改變像素值信號(hào)使得嵌入水印后的像素值信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積在模剩余類的意義下與水印信號(hào)相對(duì)應(yīng)； 步驟106水印嵌入完畢，得到包含水印信息的圖像。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在數(shù)字圖像中提取水印的方法，參見(jiàn)圖1B所示，包括以下步驟 步驟111獲取嵌入水印的數(shù)字圖像； 步驟112按照保存的分組信息，將數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組； 步驟113計(jì)算像素值信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積； 步驟114根據(jù)步驟113計(jì)算出的內(nèi)積進(jìn)行水印提?。? 下面通過(guò)幾個(gè)具體的例子來(lái)詳細(xì)的說(shuō)明在數(shù)字圖像中嵌入和提取水印的方法。
實(shí)施例一、在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法 1、獲取如圖2A所示的灰度圖像“Man”，其大小為512×512。
2、獲取長(zhǎng)度為512×512-1＝262143的由0、1組成的水印位流串 W＝(W1，W2，......，W262143)。
3、將灰度圖像的所有像素點(diǎn)按照從左到右再?gòu)纳系较碌姆绞脚判颍缓髮⑶?62143個(gè)像素點(diǎn)按照排列順序分成262143÷3＝87381組，每組包含三個(gè)像素點(diǎn)。假定第i個(gè)像素點(diǎn)分組中所包含的三個(gè)像素點(diǎn)的像素值依次為Xi，1、Xi，2和Xi，3，由此得到像素值信號(hào)序列， X1，X2，......，X87381 其中標(biāo)號(hào)為i的像素值信號(hào)為Xi＝(Xi，1，Xi，2，Xi，3)，i∈{1，2，......，87381}。
4、將水印位流串W分成262143÷3＝87381組，每組包含三個(gè)位流信息，得到水印信號(hào)序列， DW1，DW2，......，DW87381 其中標(biāo)號(hào)為i的水印信號(hào)為DWi＝(W3i-2，W3i-1，W3i)，i∈{1，2，......，87381}。
5、選取一三維數(shù)字信號(hào)V＝(V1，V2，V3)＝(1，2，3)，所選滿足要求的數(shù)字信號(hào)的每個(gè)分量都是整數(shù)，并且可以驗(yàn)證V滿足下述條件對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，7}，都存在向量S＝(S1，S2，S3)，S的每個(gè)分量的取值都是0、1或者-1，并使得， S1·V1+S2·V2+S3·V3＝S1+2S2+3S3≡M(mod 8)； 事實(shí)上，S的存在性可以由下表給出， 注意，對(duì)于給定的M值，S的選擇可以不止一種，例如當(dāng)M＝4時(shí)，還可以選擇S＝(-1，0，-1)。
另外，滿足要求的三維數(shù)字信號(hào)也可以有其它的選擇，在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)V為以下信號(hào)時(shí)都滿足上述的條件 (1，1，2)、(1，1，3)、(1，1，4)、(1，2，2)、(1，2，3)、(1，2，4)、 (1，3，3)、(1，3，4)、(2，2，3)、(2，3，3)、(2，3，4)、(3，3，4)。
6、對(duì)于i∈{1，2，......，87381}，根據(jù)水印信號(hào)， DWi＝(W3i-2，W3i-1，W3i) 改變與之對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)， Xi＝(Xi，1，Xi，2，Xi，3) 得到嵌入水印后的像素值信號(hào)， Y1＝(Yi，1，Yi，2，Yi，3)， 使得， Yi，1·V1+Yi，2·V2+Yi，3·V3＝Y(jié)i，1+2Yi，2+3Yi，3≡W3i-2·20+W3i-1·21+W3i·22(mod 8)。
上述計(jì)算公式可以詳細(xì)的表述為以下形式，首先選取整數(shù)M∈{0，1，......，7}使得， M≡(W3i-2·20+W3i-1·21+W3i·22)-(Xi，1+2Xi，2+3Xi，3)(mod 8) 然后選擇像素值改變信號(hào)S＝(S1，S2，S3)，其中S1、S2和S3的取值都是0、1或者-1，并使得， S1+2S2+3S3≡M(mod 8)； 接著計(jì)算， Yi，1＝Xi，1+S1，Yi，2＝Xi，2+S2，Yi，3＝Xi，3+S3； 于是便有， Yi，1+2Yi，2+3Yi，3 ≡(Xi，1+S1)+2(Xi，2+S2)+3(Xi，3+S3) ≡(Xi，1+2Xi，2+3Xi，3)+(S1+2S2+3S3) ≡(Xi，1+2Xi，2+3Xi，3)+(W3i-2·20+W3i-1·21+W3i·22)-(Xi，1+2Xi，2+3Xi，3) ≡W3i-2·20+W3i-1·21+W3i·22(mod 8) 此時(shí)，若Xi，j的取值不為0或者255，則有， |Yi，j-Xi，j|＝|Sj|≤1， 并且Yi，j的取值介于0到255之間，其中j∈{1，2，3}。
注意，在上述過(guò)程中如果出現(xiàn)Yi，j＝-1(此時(shí)Xi，j＝0并且Sj＝-1)或者Yi，j＝256(此時(shí)Xi，j＝255并且Sj＝1)的情況，此情況超出了圖像像素值的取值范圍(0到255之間的整數(shù))，此時(shí)可以先將Xi，j的值由0變?yōu)?(Yi，j＝-1的情況)或者由255變?yōu)?54(Yi，j＝256的情況)，然后再對(duì)改變了的像素值信號(hào)Xi重新進(jìn)行水印嵌入。
另外，嵌入水印的圖像的像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)相對(duì)于原始圖像的像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)的改變量是， |Yi，1-Xi，1|+|Yi，2-Xi，2|+|Yi，3-Xi，3|＝|S1|+|S2|+|S3|， 于是在上述過(guò)程中，當(dāng)像素值改變信號(hào)(S1，S2，S3)有多種選擇時(shí)，為了使在水印嵌入過(guò)程中圖像的改變盡可能的小，應(yīng)選取使得|S1|+|S2|+|S3|的和為最小的這一個(gè)(S1，S2，S3)。例如當(dāng)M＝6時(shí)，(S1，S2，S3)的選擇有多種，包括(0，-1，0)、(1，0，-1)、(-1，1，-1)和(1，1，1)，顯而易見(jiàn)，(0，-1，0)對(duì)應(yīng)的(|S1|+|S2|+|S3|)的和最小，所以應(yīng)該選擇(S1，S2，S3)為(0，-1，0)。
下面將對(duì)幾個(gè)不同的像素值信號(hào)更詳盡地解釋本發(fā)明實(shí)施例提出的在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法。
如圖2A所示，在i＝1時(shí)，第1個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， X1＝(X1，1，X1，2，X1，3)＝(100，104，108)， 假定第1個(gè)水印信號(hào)是， DW1＝(W1，W2，W3)＝(0，1，0)， 首先選取整數(shù)M∈{0，1，......，7}使得， M≡(W1·20+W2·21+W3·22)-(X1，1+2X1，2+3X1，3)(mod 8)，計(jì)算得出M＝2，然后選取像素值改變信號(hào)(S1，S2，S3)＝(0，1，0)，它滿足， S1+2S2+3S3≡2(mod 8)， 最后計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y1＝(Y1，1，Y1，2，Y1，3)為， Y1，1＝X1，1+S1＝100，Y1，2＝X1，2+S2＝105，Y1，3＝X1，3+S3＝108。
此時(shí)，水印嵌入前后的像素值信號(hào)分別為， X1＝(100，104，108)和Y1＝(100，105，108)， 水印嵌入前像素點(diǎn)分組中的每個(gè)取值介于1和254之間的分量在水印嵌入后，其像素值變化至多為1。
在i＝2時(shí)，第2個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， X2＝(X2，1，X2，2，X2，3)＝(112，126，128)， 假定第2個(gè)水印信號(hào)是， DW2＝(W4，W5，W6)＝(1，1，0)， 首先選取整數(shù)M∈{0，1，......，7}使得， M≡(W4·20+W5·21+W6·22)-(X2，1+2X2，2+3X2，3)(mod 8)，計(jì)算得出M＝7，然后選取3個(gè)像素值改變信號(hào)(S1，S2，S3)＝(-1，0，0)，滿足， S1+2S2+3S3≡7(mod 8)， 最后計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y2＝(Y2，1，Y2，2，Y2，3)為， Y2，1＝X2，1+S1＝111，Y2，2＝X2，2+S2＝126，Y2，3＝X2，3+S3＝128。
此時(shí)，水印嵌入前后的像素值信號(hào)分別為， X2＝(112，126，128)和Y2＝(111，126，128)， 水印嵌入前像素點(diǎn)分組中的每個(gè)取值介于1和254之間的分量在水印嵌入后，其像素值變化至多為1。
在i＝3809時(shí)，第3809個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， X3809＝(X3809，1，X3809，2，X3809，3)＝(0，3，4)， 假定第3809個(gè)水印信號(hào)是， DW3809＝(W11425，W11426，W11427)＝(1，0，0)，首先選取整數(shù)M∈{0，1，......，7}使得， M≡(W11425·20+W11426·21+W11427·22)-(X3809，1+2X3809，2+3X3809，3)(mod 8)，計(jì)算得出M＝7，然后選取像素值改變信號(hào)(S1，S2，S3)＝(-1，0，0)，它滿足， S1+2S2+3S3≡7(mod 8)， 接著計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y3809＝(Y3809，1，Y3809，2，Y3809，3)為， Y3809，1＝X3809，1+S1＝-1，Y3809，2＝X3809，2+S2＝3，Y3809，3＝X3809，3+S3＝4。但如前所述，像素值的取值不能使Y3809，1＝-1，于是在計(jì)算過(guò)程中需要將像素值信號(hào)X3809的分量X3809，1的值由0變?yōu)?得到， X13809＝(X13809，1，X13809，2，X13809，3)＝(1，3，4)， 然后重新進(jìn)行水印嵌入。首先選取整數(shù)M1∈{0，1，......，7}使得，M1≡(W11425·20+W11426·21+W11427·22)-(X13809，1+2X13809，2+3X13809，3)(mod 8)，計(jì)算得出M1＝6，然后選取像素值改變信號(hào)(S11，S21，S31)＝(0，-1，0)，它滿足， S11+2S21+3S31≡6(mod 8)， 最后計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y13809＝(Y13809，1，Y13809，2，Y13809，3)為，Y13809，1＝X13809，1+S11＝1，Y13809，2＝X13809，2+S21＝2，Y13809，3＝X13809，3+S31＝4。此時(shí)，水印嵌入前后的像素值信號(hào)分別為， X3809＝(0，3，4)和Y13809＝(1，2，4)，水印嵌入前像素點(diǎn)分組中的每個(gè)取值介于1和254之間的分量在水印嵌入后，其像素值變化至多為1。
在i＝69984時(shí)，第69984個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， X69984＝(X69984，1，X69984，2，X69984，3)＝(0，0，0)， 假定第69984個(gè)水印信號(hào)是， DW69984＝(W209950，W209951，W209952)＝(1，1，1)， 首先選取整數(shù)M∈{0，1，......，7}使得， M≡(W209950·20+W209951·21+W209952·22)-(X69984，1+2X69984，2+3X69984，3)(mod 8)，計(jì)算得出M＝7，然后選取像素值改變信號(hào)(S1，S2，S3)＝(-1，0，0)，它滿足， S1+2S2+3S3≡7(mod 8)，接著計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)量Y69984＝(Y69984，1，Y69984，2，Y69984，3)為，Y69984，1＝X69984，1+S1＝-1，Y69984，2＝X69984，2+S2＝0，Y69984，3＝X699849，3+S3＝0。但如前所述，像素值的取值不能是Y69984，1＝-1，于是在計(jì)算過(guò)程中需要將像素值信號(hào)X69984的分量X69984，1的值由0變?yōu)?，得到， X169984＝(X169984，1，X169984，2，X169984，3)＝(1，0，0)， 然后重新進(jìn)行水印嵌入。首先選取整數(shù)M1∈{0，1，......，7}使得M1≡(W209950·20+W209951·21+W209952·22)-(X169984，1+2X169984，2+3X169984，3)(mod8)， 計(jì)算得出M1＝6，然后選取像素值改變信號(hào)(S11，S21，S31)＝(0，-1，0)，它滿足，S11+2S21+3S31≡6(mod 8)， 接著計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y169984＝(Y169984，1，Y169984，2，Y169984，3)為， Y169984，1＝X169984，1+S11＝1，Y169984，2＝X169984，2+S21＝-1， Y169984，3＝X1699849，3+S31＝0。
此時(shí)，Y169984，2＝-1，于是需要再將像素值信號(hào)X69984的分量X169984，2的值由0變?yōu)?，得到， X269984＝(X269984，1，X269984，2，X269984，3)＝(1，1，0)， 然后重新進(jìn)行水印嵌入。首先選取整數(shù)M2∈{0，1，......，7}使得， M2≡(W209950·20+W209951·21+W209952·22)-(X269984，1+2X269984，2+3X269984，3)(mod8)， 計(jì)算表明M2＝4，然后選取像素值改變信號(hào)(S12，S22，S32)＝(1，0，1)，它滿足， S12+2S22+3S32≡4(mod 8)， 接著計(jì)算嵌入水印后的像素值信號(hào)Y269984＝(Y269984，1Y269984，2，Y2269984，3)為， Y269984，1＝X269984，1+S12＝2，Y269984，2＝X269984，2+S22＝1 Y269984，3＝X2699849，3+S32＝1 這時(shí)，所有三個(gè)分量Y269984，1、Y269984，2和Y269984，3的取值都介于0和255之間，可以作為嵌入水印后的像素值信號(hào)，水印嵌入前后的像素值信號(hào)量分別為， X69984＝(0，0，0)和Y269984＝(2，1，1)。
水印嵌入前像素值取值為0的像素點(diǎn)在水印嵌入后其像素值變化至多為2。
7、對(duì)所有像素點(diǎn)分組嵌入水印后得到如圖2B所示的嵌入水印的圖像。
實(shí)施例二、數(shù)字圖像中提取水印的方法 1、獲取如圖2B所示的嵌入水印的灰度圖像，其大小為512×512。
2、按照與嵌入水印相同的方式將灰度圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，共得到87381組，每組包含三個(gè)像素點(diǎn)。假定第i個(gè)像素點(diǎn)分組中所包含的三個(gè)像素點(diǎn)的像素值依次為Yi，1、Yi，2和Yi，3，其中i∈{1，2，......，87381}。
3、計(jì)算像素值信號(hào)， Yi＝(Yi，1，Yi，2，Yi，3) 與一數(shù)字信號(hào)， V＝(V1，V2，V3)＝(1，2，3)的內(nèi)積并根據(jù)所計(jì)算的內(nèi)積確定水印信號(hào)。具體的說(shuō)即為，首先計(jì)算， H＝Y(jié)i，1·V1+Yi，2·V2+Yi，3·V3＝Y(jié)i，1+2Yi，2+3Yi，3； 然后計(jì)算H除以23得到的余數(shù)，即找出M∈{0，1，......，7}使得， H≡M(mod 8)； 接著將M寫(xiě)成二進(jìn)制表達(dá)式 M＝(M2M1M0)2＝M0·20+M1·21+M2·22， 其中M2、M1以及M0的取值都為0或1；最后將(M0，M1，M2)作為提取出的水印信號(hào)。
下面將對(duì)幾個(gè)不同的像素值向量更詳盡地解釋本發(fā)明實(shí)施例提出的提取水印的過(guò)程。
如圖2B所示，i＝1時(shí)，第1個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， Y1＝(Y1，1，Y1，2，Y1，3)＝(100，105，108)，首先計(jì)算， H＝Y(jié)1，1·V1+Y1，2·V2+Y1，3·V3＝Y(jié)1，1+2Y1，2+3Y1，3，計(jì)算得出H＝634，然后計(jì)算H除以23得到的余數(shù)M，得到M＝2，接著將M寫(xiě)成二進(jìn)制表達(dá)式 M＝(010)2＝0·20+1·21+0·22， 于是與該分組相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)是(0，1，0)。
在i＝2時(shí)，第2個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， Y2＝(Y2，1，Y2，2，Y2，3)＝(111，126，128)， 首先計(jì)算， H＝Y(jié)2，1·V1+Y2，2·V2+Y2，3·V3＝Y(jié)2，1+2Y2，2+3Y2，3， 計(jì)算得出H＝747，然后計(jì)算H除以23得到的余數(shù)M，得到M＝3，接著將M寫(xiě)成二進(jìn)制表達(dá)式 M＝(011)2＝1·20+1·21+0·22， 于是與該分組相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)是(1，1，0)。
在i＝3809時(shí)，第3809個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， Y3809＝(Y3809，1，Y3809，2，Y3809，3)＝(1，2，4)， 首先計(jì)算， H＝Y(jié)3809，1·V1+Y3809，2·V2+Y3809，3·V3＝Y(jié)3809，1+2Y3809，2+3Y3809，3，計(jì)算得出H＝17，然后計(jì)算H除以23得到的余數(shù)M，得到M＝1，接著將M寫(xiě)成二進(jìn)制表達(dá)式 M＝(001)2＝1·20+0·21+0·22， 于是與該分組相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)是(1，0，0)。
在i＝69984時(shí)，第69984個(gè)像素點(diǎn)分組中的像素值信號(hào)是， Y69984＝(Y69984，1，Y69984，2，Y69984，3)＝(2，1，1)，首先計(jì)算， H＝Y(jié)69984，1·V1+Y69984，2·V2+Y69984，3·V3＝Y(jié)69984，1+2Y69984，2+3Y69984，3， 計(jì)算表明H＝7，然后計(jì)算H除以23得到的余數(shù)M，得到M＝7，接著將M寫(xiě)成二進(jìn)制表達(dá)式 M＝(111)2＝1·20+1·21+1·22， 于是與該分組相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)是(1，1，1)。
4、將由每個(gè)像素點(diǎn)分組中提取出的水印信號(hào)合并得到最終由0、1組成的水印位流串。
最后再通過(guò)幾個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例所述的水印嵌入提取方法使得在圖像每點(diǎn)像素值最多改變1以及保持一定信息隱藏容量的情況下，可以使每點(diǎn)像素值的平均改變量變的更小，從而可以更好的抵抗隱寫(xiě)分析。
實(shí)施例一 對(duì)如圖2A所示的灰度圖像(大小為512×512)，嵌入長(zhǎng)度為512×512-1＝262143的由0、1組成的水印位流串，具體的嵌入過(guò)程和所使用的滿足要求的數(shù)字信號(hào)前面已經(jīng)詳述，這里不再贅述。此過(guò)程使平均每個(gè)像素點(diǎn)的水印嵌入量是(512×512-1)/(512×512)≈1，并且每個(gè)像素點(diǎn)的像素值的改變量的平均值是0.3444，接近于采用V＝(1，2，3)計(jì)算的理論值ρ(1，2，3)＝1/3≈0.3333，嵌入水印的圖像相對(duì)于原始圖像的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio，PSNR)為52.7295，其視覺(jué)效果良好。另外，使用同樣的方法和同樣的滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，3)對(duì)如圖3(“Lena”)、圖4(“Baboon”)、圖5(“Boat”)、圖6(“Goldhill”)所示的幾幅大小為512×512的灰度圖像嵌入同樣長(zhǎng)度為512×512-1＝262143由0、1組成的水印位流串，圖像每點(diǎn)像素值的平均改變量分別是0.3333、0.3329、0.3343和0.3328，都與理論值1/3相吻合。
實(shí)施例二 使用本發(fā)明所述嵌入水印的方法并選取滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4)，對(duì)圖2A和圖3、圖4、圖5、圖6所示的灰度圖像分別嵌入長(zhǎng)度為512×512-1＝262143的由0、1組成的水印位流串，此過(guò)程使圖像平均每個(gè)像素點(diǎn)的水印嵌入量是(512×512-1)/(512×512)≈1，圖像每點(diǎn)像素值的平均改變量分別是0.3829、0.3744、0.3747、0.3758和0.3745，都與理論值0.375相吻合。注意，與滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4)所對(duì)應(yīng)的表示模剩余類的向量S的選擇如下(注意在下表中當(dāng)M＝4時(shí)，向量S可以有兩種選擇(0，0，1)或者(0，0，-1)，在水印嵌入時(shí)只要隨機(jī)選擇一個(gè)即可) 實(shí)施例三 使用本發(fā)明所述嵌入水印的方法并選取滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4，8，15)，對(duì)圖2A和圖3、圖4、圖5、圖6所示的灰度圖像分別嵌入長(zhǎng)度為512×512-4＝262140的由0、1組成的水印位流串，此過(guò)程使圖像平均每個(gè)像素點(diǎn)的水印嵌入量是(512×512-4)/(512×512)≈1，圖像每點(diǎn)像素值的平均改變量分別是0.3343、0.3252、0.3259、0.3251和0.3250，都與理論值0.325相吻合。注意，與滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4，8，15)所對(duì)應(yīng)的表示模剩余類的向量S的選擇如下 實(shí)施例四 使用本發(fā)明所述嵌入水印的方法并選取滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4，12，21，28)，對(duì)圖2A和圖3、圖4、圖5、圖6所示的灰度圖像分別嵌入長(zhǎng)度為512×512-4＝262140的由0、1組成的水印位流串，此過(guò)程使圖像平均每個(gè)像素點(diǎn)的水印嵌入量是(512×512-4)/(512×512)≈1，圖像每點(diǎn)像素值的平均改變量分別是0.3124、0.3017、0.3028、0.3022和0.3021，都與理論值0.3021相吻合。注意，與滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，4，12，21，28)所對(duì)應(yīng)的表示模剩余類的向量S的選擇如下 實(shí)施例五 使用本發(fā)明實(shí)施例中所述方法并選取滿足要求的數(shù)字信號(hào)V＝(1，2，3)，對(duì)圖7所示的大小為512×512的彩色圖像“Lena”的亮度通道，嵌入長(zhǎng)度為512×512-1＝262143的由0、1組成的水印位流串，此過(guò)程使圖像平均每個(gè)像素點(diǎn)的水印嵌入量是(512×512-1)/(512×512)≈1，圖像每點(diǎn)像素值的平均改變量為0.3338，與理論值1/3相吻合。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的裝置，參見(jiàn)圖8A所示，包括 獲取單元801，用于獲取數(shù)字圖像、待嵌入的水印位流串和一數(shù)字信號(hào)。
所述數(shù)字圖像為灰度圖像或者彩色圖像。
第一分組單元802，用于將所述獲取單元801獲得的數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于三，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)。
第二分組單元803，用于將所述獲取單元801獲取的待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，第二分組單元803分組組數(shù)與第一分組單元802分組組數(shù)相同。
第一分組單元802將數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每個(gè)所述像素點(diǎn)分組所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)都相等；第二分組單元803將水印位流串分組，每個(gè)所述分組得到的水印信號(hào)的長(zhǎng)度都相等。
計(jì)算單元804，用于根據(jù)每個(gè)水印信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的像素值信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)的像素值改變信號(hào)。
所述一數(shù)字信號(hào)V＝(V1，V2，......，VN)，滿足以下條件 (1)所有的分量Vj都是整數(shù)，其中j∈{1，2，......，N}； (2)V包含至少三個(gè)分量，即N大于等于三； (3)對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，2K-1}，都存在整數(shù)向量S＝(S1，S2，......，SN)，其中，S的每個(gè)分量Sj取值為0、1或者-1，并使得 S·V＝S1·V1+S2·V2+......+SN·VN≡M(mod 2K)， 就是說(shuō)，使用S與V的內(nèi)積可以表示模2K的全部剩余類。其中，K是每個(gè)水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
第一分組單元802分組中所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)與一數(shù)字信號(hào)的維數(shù)相等。
所述計(jì)算單元804，包括第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元和轉(zhuǎn)化單元。其中，第一計(jì)算單元，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述第二分組單元得到的每個(gè)水印信號(hào)，與所述第一計(jì)算單元計(jì)算內(nèi)積差值模2K的剩余類，其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度，為大于零的整數(shù)；轉(zhuǎn)化單元，用于將所述第二計(jì)算單元計(jì)算的剩余類表示為像素值改變信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積的形式。
嵌入單元805，用于根據(jù)所述計(jì)算單元計(jì)算得到的像素值改變信號(hào)改變數(shù)字圖像像素點(diǎn)的像素值。
嵌入水印后的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積，使所述內(nèi)積在模剩余類的意義下與所述水印信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在數(shù)字圖像中提取水印的裝置，參見(jiàn)圖8B所示，包括 獲取單元811，用于獲取嵌入水印的數(shù)字圖像； 分組單元812，用于根據(jù)保存的分組信息，將所述獲取單元811獲取的嵌入水印的數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)； 提取單元813，于根據(jù)所述分組單元812每個(gè)分組的像素值信號(hào)與保存的一數(shù)字信號(hào)，提取水印信號(hào)。
所述提取單元813包括，第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元、轉(zhuǎn)換單元和確認(rèn)單元。其中，第一計(jì)算單元，用于計(jì)算所述分組單元每個(gè)分組的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述第一計(jì)算單元計(jì)算的內(nèi)積模2K的剩余類，其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度，為大于零的整數(shù)；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述第二計(jì)算單元計(jì)算的剩余類轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式；確認(rèn)單元，用于將所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的用于二進(jìn)制表示的0、1位流串確定為所求水印信號(hào)。
綜上，采用本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于，通過(guò)將待嵌入數(shù)字圖像和水印信號(hào)分組，和一個(gè)滿足要求的至少包含三個(gè)分量的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出取值為-1、0或1的像素值改變信號(hào)，改變待嵌入數(shù)字圖像的像素值，使得在圖像每點(diǎn)像素值最多改變1以及保持一定信息隱藏容量的情況下，使每點(diǎn)像素值的平均改變量變得比0.5更小，從而可以更好的抵抗隱寫(xiě)分析。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神和范圍，且所作的修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則所作的修改和變型也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法，其特征在于，包括
將待嵌入數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于三，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)；
將待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，所述水印位流串分組組數(shù)與數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組組數(shù)相同；
根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)；
根據(jù)所述像素值改變信號(hào)改變對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組的像素值，實(shí)現(xiàn)水印嵌入。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字圖像為灰度圖像或彩色圖像。
3、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述像素點(diǎn)分組所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)都相等。
4、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述水印信號(hào)的長(zhǎng)度都相等。
5、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素值改變信號(hào)的每個(gè)分量的取值都是0、1或-1。
6、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)，包括
計(jì)算每個(gè)水印信號(hào)與一內(nèi)積差值模2K的剩余類，所述內(nèi)積為對(duì)應(yīng)的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積，其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度；
將所述剩余類表示為對(duì)應(yīng)的像素值改變信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積的形式。
7、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，嵌入水印后的每組像素點(diǎn)的像素值與數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積在模剩余類的意義下與所述水印信號(hào)相對(duì)應(yīng)，即
Y1·V1+Y2·V2+......+YN·VN≡W1·20+W2·21+......+WK·2K-1(mod 2K)
其中，Yi為像素點(diǎn)分組嵌入水印后的第i個(gè)像素點(diǎn)的像素值，i∈{1，......，N}；Vi為一數(shù)字信號(hào)的第i個(gè)分量，i∈{1，......，N}；N大于等于3為每個(gè)像素點(diǎn)分組中包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；Wi為水印信號(hào)的第i個(gè)分量，i∈{1，......，K}；K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
8、如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述一數(shù)字信號(hào)，滿足
至少包含三個(gè)分量并且所有的分量都是整數(shù)；
所包含的分量個(gè)數(shù)與每個(gè)像素點(diǎn)分組所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)相等；
對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，2K-1}，都存在一個(gè)向量，使得該向量的每個(gè)分量的取值都是0、1或者-1，并且該向量與所述數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積模2K的剩余類是M；其中K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
9、一種在數(shù)字圖像中提取水印的方法，其特征在于，包括
根據(jù)保存的分組信息，將嵌入水印后的數(shù)字圖像的全部或部分像素點(diǎn)分組，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)；
根據(jù)保存的一數(shù)字信號(hào)與每個(gè)像素值信號(hào)，提取水印信號(hào)。
10、如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)保存的一數(shù)字信號(hào)與每個(gè)像素值信號(hào)，提取水印信號(hào)，包括
計(jì)算每個(gè)像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積，計(jì)算所述內(nèi)積模2K的剩余類；
將所述剩余類轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，并將用于二進(jìn)制表示的0、1位流串確定為所求水印信號(hào)；
其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
11、一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的裝置，其特征在于，包括
獲取單元，用于獲取數(shù)字圖像、待嵌入的水印位流串和一數(shù)字信號(hào)；
第一分組單元，用于將所述數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于三，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)；
第二分組單元，用于將待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，第二分組單元分組組數(shù)與第一分組單元分組組數(shù)相同；
計(jì)算單元，用于根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)；
嵌入單元，用于根據(jù)所述像素值改變信號(hào)改變數(shù)字圖像像素點(diǎn)的像素值。
12、如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一分組單元將數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)都相等。
13、如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第二分組單元將水印位流串分組，每個(gè)水印信號(hào)的長(zhǎng)度都相等。
14、如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元包括
第一計(jì)算單元，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積；
第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述每個(gè)水印信號(hào)與所述第一計(jì)算單元計(jì)算內(nèi)積差值模2K的剩余類，
其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
15、如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元還包括
轉(zhuǎn)化單元，用于將所述剩余類表示為像素值改變信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積的形式。
16、如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述獲取單元獲得的一數(shù)字信號(hào)，滿足
至少包含三個(gè)分量并且所有的分量都是整數(shù)；
所包含的分量個(gè)數(shù)與每個(gè)像素點(diǎn)分組所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)相等；
對(duì)于任何整數(shù)M∈{0，1，......，2K-1}，都存在一個(gè)向量，使得該向量的每個(gè)分量的取值都是0、1或者-1，并且該向量與所述數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積模2K的剩余類是M；其中K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
17、一種在數(shù)字圖像中提取水印的裝置，其特征在于，包括
獲取單元，用于獲取嵌入水印的數(shù)字圖像；
分組單元，用于根據(jù)保存的分組信息，將所述嵌入水印的數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，由每組像素點(diǎn)的像素值組成像素值信號(hào)；
提取單元，用于根據(jù)所述分組單元每個(gè)分組的像素值信號(hào)與保存的一數(shù)字信號(hào)，提取水印信號(hào)。
18、如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述提取單元包括
第一計(jì)算單元，用于計(jì)算所述每個(gè)分組的像素值信號(hào)與一數(shù)字信號(hào)的內(nèi)積；
第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述內(nèi)積模2K的剩余類，
其中，K為水印信號(hào)的長(zhǎng)度。
19、如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述提取單元還包括
轉(zhuǎn)換單元，用于將所述剩余類轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式；
確認(rèn)單元，用于將所述用于二進(jìn)制表示的0、1位流串確定為所求水印信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在數(shù)字圖像中嵌入水印的方法和裝置，該方法包括將待嵌入數(shù)字圖像的全部或者部分像素點(diǎn)分組，每組包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于三；將待嵌入的水印位流串分組，每組包含一個(gè)水印信號(hào)，水印位流串分組組數(shù)與數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組組數(shù)相同；根據(jù)每個(gè)像素值信號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)以及一數(shù)字信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)所述像素值信號(hào)的像素值改變信號(hào)；根據(jù)所述像素值改變信號(hào)改變對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像像素點(diǎn)分組的像素值，實(shí)現(xiàn)水印嵌入。本發(fā)明還公開(kāi)了一種提取水印的方法和裝置。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，在圖像每點(diǎn)像素值最多改變1以及保持一定信息隱藏容量的情況下，使每點(diǎn)像素值的平均改變量變得更小，從而可以更好的抵抗隱寫(xiě)分析。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101246585SQ20071030444
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者李曉龍, 斌 楊, 程道放, 亓文法 申請(qǐng)人:北京大學(xué), 北京北大方正電子有限公司, 北大方正集團(tuán)有限公司