專利名稱：基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及信息隱藏技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法。本發(fā)明可用于在打印/印刷輸出圖像的同時(shí)，將水印信息嵌入圖像，并通過(guò)掃描打印后的圖像提取嵌入的水印信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)打印、印刷品的版權(quán)保護(hù)。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，在許多打印和出版應(yīng)用中，日益猖獗的假冒偽 劣行為給打印/印刷輸出品的防偽帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。數(shù)字水印技術(shù)作為數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的技術(shù)措施被國(guó)內(nèi)外廣泛使用。針對(duì)打印輸出、書籍、雜志等印刷品的水印為半調(diào)圖像水印，主要有直接嵌入法、間接嵌入法和可視加密三類方法。Weina J等人在“A novel least distortion linear gain model for halftoneimage watermarking incorporating perceptual quality metrics” (Data Hiding andMultimedia Security, 2009,4 :65 83)中提出一種直接嵌入法,該方法通過(guò)修改固定位置上的像素嵌入水印，盡管含水印半調(diào)圖有很好的視覺(jué)效果，但是該方法存在的不足是，經(jīng)打印、掃描攻擊后，像素值發(fā)生很大變化，因此水印的魯棒性差。Jing-Ming G等人在“Watermarking in halftone images with parity-matchederror diffusion”，Signal Processing，2011，91 :126-135 中提出一種間接嵌入法，該方法基于區(qū)域的統(tǒng)計(jì)特性，在對(duì)圖像進(jìn)行半調(diào)的同時(shí)通過(guò)添加噪聲來(lái)嵌入水印，在一定程度上提高了水印的魯棒性，但該方法的缺點(diǎn)是，在提取水印前必須首先將掃描的嵌水印圖像二值化，區(qū)域的統(tǒng)計(jì)特性取決于像素值和量化閾值，像素值在打印、掃描前后不穩(wěn)定，并且當(dāng)打印機(jī)、掃描儀型號(hào)不同時(shí)，量化閾值選擇困難，增加了水印提取的難度。S. C. Pei 等人在“Data hiding in halftone images with noise-balanced errordiffusion” (IEEESignalProcess. Lett. 10，(12) (2003)349-351)中提出一種可視加密方法，該方法是在兩幅或多幅圖像中，通過(guò)修改像素值嵌入水印。該類方法的缺點(diǎn)是，需將多幅含水印圖像疊加在一起提取水印，而且疊加含水印圖像時(shí)要求多幅圖像嚴(yán)格對(duì)齊，提取水印比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，本發(fā)明方法以像素塊為基本處理單元，采用了自適應(yīng)的水印嵌入方法，通過(guò)構(gòu)造奇偶校驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在塊誤差分散過(guò)程中完成水印圖像的嵌入。并且在提取水印時(shí)，利用像素塊的均值不易發(fā)生變化的特性，減少了水印提取的難度。本發(fā)明包括水印嵌入和水印提取兩個(gè)過(guò)程；本發(fā)明水印嵌入過(guò)程的具體步驟為(I)圖像分色處理
la)判斷載體圖像是否是彩色圖像，若載體是彩色圖像，將載體圖像從紅綠藍(lán)RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到青品紅黃黑CMYK顏色空間；若載體圖像是灰度圖像，執(zhí)行步驟(2)。(2)水印圖像預(yù)處理2a)采用線性插值方法，將原始水印圖像縮放至大小，得到水印圖像，其中
M N
P、Q分別表示載體圖像的寬度和高度值，M、N分別表示水印嵌入窗口的寬度和高度值；2b)判斷水印圖像的像素值是否大于設(shè)定閾值，如果大于或等于閾值，將該像素設(shè)置為白色，反之設(shè)置為黑色，得到二值水印圖像；2c)對(duì)二值水印圖像進(jìn)行Arnold置亂，得到待嵌入的水印圖像。
(3)計(jì)算像素塊的奇偶校驗(yàn)值3a)根據(jù)水印嵌入窗口大小，設(shè)定載體圖像中像素塊的大??；3b)在載體圖像中選取一個(gè)包含當(dāng)前像素塊以及與其相鄰像素塊的矩形區(qū)域，作為當(dāng)前像素塊鄰域；3c)掃描當(dāng)前像素塊鄰域中所有的像素塊，判斷每個(gè)像素塊的均值是否大于鄰域中所有像素塊的均值，若是，則將每個(gè)像素塊的均值大于或等于鄰域中所有像素塊均值的像素塊標(biāo)記為“odd”，否則將每個(gè)像素塊的均值小于鄰域中所有像素塊均值的像素塊標(biāo)記為“even”；3d)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前像素塊鄰域內(nèi)所有標(biāo)記為“odd”的像素塊的個(gè)數(shù)，如果為奇數(shù)，則當(dāng)前像素塊的奇偶校驗(yàn)值為“ 1”，否則奇偶校驗(yàn)值為“O”。(4)確定水印嵌入強(qiáng)度4a)按照下式計(jì)算自適應(yīng)水印嵌入強(qiáng)度
I cxχ2F(x,a) = N0 ~J= I exp(--~Y)dx
σ\]2πJ0 2σ其中，F(xiàn)(x，σ)表示自適應(yīng)水印嵌入強(qiáng)度，χ表示以熵表示的載體圖像中像素塊紋理特性的物理量，σ表示控制水印嵌入強(qiáng)度遞增快慢的參數(shù)，Ntl表示最大水印嵌入強(qiáng)度的
一個(gè)常量。(5)嵌入水印5a)在載體圖像中從左至右、從上至下逐個(gè)選取載體圖像的像素塊，同時(shí)從左至右、從上至下逐位讀入待嵌入的水印圖像，每個(gè)水印嵌入窗口中的所有像素塊對(duì)應(yīng)一個(gè)水印位；5b)對(duì)選取的載體圖像像素塊中包含所有像素的像素值取平均值，將該平均值作為所選取的載體圖像像素塊的均值；5c)判斷所選取載體圖像像素塊是否滿足下述水印嵌入條件之一5cl)所選取載體圖像像素塊的均值，與其周圍像素塊分散到當(dāng)前像素塊上誤差的和大于或者等于選取的像素塊鄰域內(nèi)所有像素塊的均值，且讀入的水印位與所選取像素塊的奇偶校驗(yàn)值相同；5c2)所選取載體圖像像素塊的均值，與其周圍像素塊分散到當(dāng)前像素塊上誤差的和小于選取的像素塊鄰域內(nèi)所有像素塊的均值，且讀入的水印位與所選取像素塊的奇偶校驗(yàn)值相異；
5d)如果選取的載體圖像像素塊滿足步驟5cl)，則在該像素塊進(jìn)行塊誤差分散過(guò)程中，在該像素塊得到的分散誤差中減去水印嵌入強(qiáng)度，而在該像素塊的量化誤差中加上水印嵌入強(qiáng)度；如果選取的載體圖像像素塊滿足步驟5c2)，則在該像素塊進(jìn)行塊誤差分散過(guò)程中，在該像素塊得到的分散誤差中加上水印嵌入強(qiáng)度，而在該像素塊的量化誤差中減去水印嵌入強(qiáng)度；5e)如果選取的載體圖像像素塊均不滿足步驟5cl)、步驟5c2)的條件，則按照塊誤差分散方法進(jìn)行半調(diào)。本發(fā)明水印提取過(guò)程的具體步驟為(6)圖像矯正6a)利用Photoshop軟件對(duì)掃描后的圖像進(jìn)行裁剪，得到含水印的圖像； 6b)利用線性插值方法將含水印的圖像縮放到與原始的載體圖像相同的大小，得到待檢測(cè)的圖像。(7)水印提取7a)判斷待檢測(cè)的圖像是否是彩色圖像，若是彩色圖像，將待檢測(cè)的圖像從紅綠藍(lán)RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到青品紅黃黑CMYK顏色空間；若是灰度圖像，則執(zhí)行步驟7b)；7b)對(duì)待檢測(cè)的圖像中每個(gè)水印嵌入窗口內(nèi)所有像素塊的奇偶校驗(yàn)值取平均值，若平均值大于O. 5，則水印位為1，否則水印位為O ;7c)進(jìn)行逆Arnold置亂，得到與步驟⑵類似的水印圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明選擇以像素塊為處理單元，并引入反映局部結(jié)構(gòu)特征的局部二值模式構(gòu)造奇偶校驗(yàn)?zāi)Ｐ停朔爽F(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)像素在打印掃描過(guò)程中其像素值易發(fā)生變化的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明具有更強(qiáng)魯棒性的優(yōu)點(diǎn)。第二，本發(fā)明不需要在提取水印前對(duì)掃描的半調(diào)圖進(jìn)行二值化處理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的選擇二值化閾值困難的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明具有更容易提取水印圖像的優(yōu)點(diǎn)。第三，本發(fā)明構(gòu)造了自適應(yīng)水印嵌入強(qiáng)度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了不可見性和魯棒性的折衷，克服了現(xiàn)有技術(shù)中水印嵌入強(qiáng)度單一的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明具有在保證水印魯棒性的同時(shí)，提高了圖像的視覺(jué)效果的優(yōu)點(diǎn)。第四，本發(fā)明在處理彩色圖像之前，對(duì)彩色圖像進(jìn)行分色處理，在各個(gè)通道分別嵌入水印圖像，并利用投票方式提取水印圖像，克服了現(xiàn)有技術(shù)不適用彩色圖像的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明具有不僅適用灰度圖像，而且也適用彩色圖像的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明中像素塊、像素塊鄰域和水印嵌入窗口的關(guān)系圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的Floyd-Steinberg塊誤差分散方法示意圖；圖4為通過(guò)本發(fā)明構(gòu)造的自適應(yīng)水印嵌入強(qiáng)度函數(shù)的曲線圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中使用的水印圖像；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中使用的載體圖像；圖7為本發(fā)明仿真I的示意圖8為本發(fā)明仿真2的示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的描述。步驟I，圖像分色本發(fā)明不僅適用灰度圖像，而且也適用彩色圖像，因此，對(duì)彩色圖像和灰度圖像的操作也不同。在嵌入水印之前，首先要判斷載體圖像是否是彩色圖像，若載體圖像是彩色圖像，則利用下式將載體圖像從紅綠藍(lán)RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到青品紅黃黑CMYK顏色空間，使其符合打印機(jī)中的顏色模型，以便在青色C、品紅M和黃色Y三個(gè)顏色通道分別進(jìn)行嵌入操作；若載體圖像是灰度圖像，執(zhí)行步驟2。

權(quán)利要求
1.一種基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，包括水印嵌入和水印提取兩個(gè)過(guò)程；所述水印嵌入過(guò)程的具體步驟為(1)圖像分色處理Ia)判斷載體圖像是否是彩色圖像，若載體是彩色圖像，將載體圖像從紅綠藍(lán)RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到青品紅黃黑CMYK顏色空間；若載體圖像是灰度圖像，執(zhí)行步驟(2);(2)水印圖像預(yù)處理2a)采用線性插值方法，將原始水印圖像縮放至大小，得到水印圖像，其中P、Q
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，其特征在于步驟2b)中所述的閾值是指，原始水印圖像中最大像素值和最小像素值的平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，其特征在于步驟3c)中所述的像素塊的均值是指，該像素塊包含的所有像素的像素值的平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，其特征在于步驟6b)中所述的線性插值方法為，根據(jù)圖像的縮放比例和圖像中相鄰像素的像素值，計(jì)算得出要插入像素的像素值，在圖像中的相鄰像素之間插入計(jì)算得出的像素，完成圖像縮放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于像素塊奇偶校驗(yàn)和塊誤差分散的半調(diào)水印方法，具體步驟包括(1)圖像分色處理；(2)水印圖像預(yù)處理；(3)計(jì)算像素塊的奇偶校驗(yàn)值；(4)確定水印嵌入強(qiáng)度；(5)嵌入水??；(6)圖像矯正；(7)水印提取。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中在提取水印時(shí)要求將掃描后的待檢測(cè)圖像二值化，水印的魯棒性差，難以真正抵抗打印掃描攻擊的問(wèn)題。本發(fā)明具有良好的魯棒性、能夠有效的抵抗打印掃描、隨機(jī)涂改和裁剪等攻擊、容易提取水印的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102930497SQ20121043424
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者鄭海紅, 王泉, 王義峰, 陳瑞琳, 潘蓉, 謝琨, 羅雪梅, 萬(wàn)波 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)