一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字視頻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成 與檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)數(shù)字圖像、視頻、音樂等多媒體文件的惡意復(fù)制和 修改帶了極大的便利，這些非法行為嚴(yán)重地侵害了作者的著作權(quán)，給版權(quán)所有者帶來巨大 的經(jīng)濟(jì)損失。在這一背景下，數(shù)字水印技術(shù)走進(jìn)了人們的視野。數(shù)字水印的基本手段是將 版權(quán)、作者等數(shù)字信息（稱為水印）嵌入到數(shù)字媒體中。嵌入的水印應(yīng)當(dāng)不降低數(shù)字媒體 的視覺和聽見的質(zhì)量、同時(shí)不易被察覺，并且能夠經(jīng)受一定的攻擊，需要時(shí)可以通過檢測(cè)嵌 入的水印來聲明版權(quán)。
[0003] 近些年，隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)字水印的攻擊技術(shù)也不斷發(fā)展。通常，對(duì) 數(shù)字水印的攻擊類型可以分為一般圖像處理攻擊和幾何變換攻擊兩類。一般圖像處理攻擊 主要包括噪聲、濾波、壓縮等圖像處理操作；幾何變換攻擊主要是對(duì)圖像進(jìn)行操作使其產(chǎn)生 幾何形變。遭受幾何形變攻擊后，水印雖然還在圖像中，但是水印的位置和順序已經(jīng)發(fā)生了 改變。一般而言，一般圖像處理攻擊只是降低了水印的能量，而幾何變換攻擊改變了水印的 幾何位置又降低了水印的能量。因此，幾何變換攻擊一直是數(shù)字水印技術(shù)需要應(yīng)對(duì)的難題。 現(xiàn)有的數(shù)字水印方法主要可以抵抗旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、仿射變換等幾何變換攻擊。
[0004] 徑向變換可分為桶形變換和枕形變換兩種，如圖1所示，（a)為原始圖像，（b)為經(jīng) 過桶形畸變的圖像，（c)為經(jīng)過枕形畸變的圖像。徑向變換的數(shù)學(xué)模型為：
[0005]
[0006] 其中，f和r分別是原始圖像和形變圖像的像素點(diǎn)到圖像中心的距離。1^是是徑向 變換的形變參數(shù)。當(dāng)h是為正數(shù)時(shí)，徑向變換的視覺效果為桶形形變；當(dāng)1^是為負(fù)數(shù)時(shí)，徑 向變換的視覺效果為枕形形變。在實(shí)際的應(yīng)用中該模型常常被簡(jiǎn)化為：
[0007]
[0008]目前，能夠抵抗徑向變換這一幾何變換攻擊的水印系統(tǒng)非常少。本發(fā)明正是針對(duì) 該需要而提供了一種能夠有效抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù) 字水印生成與檢測(cè)方法及系統(tǒng)，通過該方法及系統(tǒng)能夠很好的判斷出發(fā)生了徑向變換攻擊 的圖像中是否嵌入了數(shù)字水印。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0011] -種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟一、數(shù)字水印的嵌入：設(shè)置水印嵌入密鑰Key，根據(jù)水印嵌入密鑰Key生成數(shù) 字水印矩陣，將數(shù)字水印矩陣嵌入到需要添加數(shù)字水印的原始圖像中，得到含水印圖像；
[0013] 步驟二、判斷遭受徑向變換的圖像；Γ中是否嵌入了數(shù)字水印，判斷步驟包括：
[0014] (1)根據(jù)所述水印嵌入密鑰Key生成數(shù)字水印矩陣；
[0015] (2)估算圖像/的徑向變換形變參數(shù)I,估算方式為：
[0016] 1)選擇圖像|"邊緣處的任意Μ個(gè)點(diǎn)，得到Μ個(gè)點(diǎn)經(jīng)過徑向變換后的坐標(biāo)和未經(jīng)過 徑向變換時(shí)的坐標(biāo)，3;
[0017] 2)根據(jù)所述Μ個(gè)點(diǎn)經(jīng)過徑向變換后的坐標(biāo)和未經(jīng)過徑向變換時(shí)的坐標(biāo)估算得到 圖像/_'的徑向變換形變參數(shù)乂；
[0018] (3)根據(jù)圖像f的徑向變換形變參數(shù)I對(duì)步驟⑴中的數(shù)字水印矩陣進(jìn)行徑向變 換，得到徑向變換后的數(shù)字水印矩陣
[0019] (4)分別對(duì)圖像和經(jīng)過徑向變換后的數(shù)字水印矩陣爐進(jìn)行離散余弦變換，并分 別對(duì)離散余弦變換后得到的離散余弦變換系數(shù)進(jìn)行zigzag排序，取排序結(jié)果中的若干個(gè) 連續(xù)的元素構(gòu)成序列Q$PQw，計(jì)算序列Q1和Q￥的相似度X;
[0020] (5)判斷所述相似度X是否大于相似度閾值X，若是，則判定圖像f中含有數(shù)字水 印，若否，則判定圖像Z中未嵌入數(shù)字水印。
[0021] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟（2) 中，當(dāng)Μ= 3時(shí)，根據(jù)三個(gè)邊緣點(diǎn)經(jīng)過徑向變換后的坐標(biāo)和未經(jīng)過徑向變換時(shí)的坐標(biāo)估算得 至IJ圖像f的徑向變換形變參數(shù)i丨:當(dāng)Μ> 3時(shí)，對(duì)于Μ個(gè)邊緣點(diǎn)，以三個(gè)邊緣點(diǎn)為一組，估算 出每組所對(duì)應(yīng)的徑向變換形變參數(shù)，將多組對(duì)應(yīng)的徑向變換形變參數(shù)的均值確定為圖偽:Γ 的徑向變換形變參數(shù)
[0022] 根據(jù)三個(gè)邊緣點(diǎn)經(jīng)過徑向變換后的坐標(biāo)和未經(jīng)過徑向變換時(shí)的坐標(biāo)估算得到圖 像f的徑向變換形變參/丨=.4一1Ζ
[0023]
[0024]
[0025] 其中，A、巧和r3分別為圖像?中三個(gè)邊緣點(diǎn)經(jīng)過徑向變換后在極坐標(biāo)系中的極 徑，；\、勻和之分別為三個(gè)邊緣點(diǎn)未經(jīng)過徑向變換時(shí)在極坐標(biāo)中的極徑，kJPk2分別為徑向 變換的一階形變參數(shù)和二階形變參數(shù)，
[0026] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟（4) 中，所述若干個(gè)連續(xù)的元素為排序結(jié)果中的第s+1個(gè)至第s+L個(gè)元素，s多0，L小于原始圖 像中像素的總數(shù)。
[0027] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，L為原始 圖像中像素總數(shù)的1/8。
[0028] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟 (5)，所述相似度閾值X的確定方式為：
[0029]設(shè)置N個(gè)錯(cuò)誤的水印嵌入密鑰，重復(fù)步驟（1)~（4)，計(jì)算得到N個(gè)相似度，所述相 似度閾值X大于N個(gè)相似度的最大值，N為正整數(shù)。
[0030] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟 (5)，所述設(shè)定閾值的確定方式為：
[0031] 設(shè)置N個(gè)錯(cuò)誤的水印嵌入密鑰，重復(fù)步驟（1)~（4)，計(jì)算得到N個(gè)相似度，計(jì)算N 個(gè)相似度的均值?，所述相似度閾值X滿足：121x7；，Tx為設(shè)定系數(shù)，Tx> 1。
[0032] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟（5) 中，N= 1000。
[0033] 進(jìn)一步，如上所述的一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)方法，步驟（5) 中，Tx= 1. 5〇
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例中還提供了一種抵抗徑向變換攻擊的數(shù)字水印生成與檢測(cè)系統(tǒng)，包 括：
[0035] 數(shù)字水印嵌入子系統(tǒng)：用于設(shè)置水印嵌入密鑰Key，根據(jù)水印嵌入密鑰Key生成數(shù) 字水印矩陣，將第一數(shù)字水印矩陣嵌入到需要添加數(shù)字水印的原始圖像中，得到含水印圖 像1'
[0036] 數(shù)字水印檢測(cè)子系統(tǒng)，用于判斷遭受徑向變換的圖像Γ中是否嵌入了數(shù)字水??； 所述數(shù)字水印嵌入子系統(tǒng)包括：
[0037] 水印矩陣生成模塊，用于根據(jù)所述水印嵌入密鑰Key生成數(shù)字水印矩陣；
[0038] 形變參數(shù)估算模塊，用于估算圖像f的徑向變換形變參數(shù)左丨形變參數(shù)估算模塊 包括：
[0039] 邊緣點(diǎn)選擇單元，用于選擇圖像|~邊緣處的任意Μ個(gè)點(diǎn)，得到Μ個(gè)點(diǎn)經(jīng)過徑向變換 后的坐標(biāo)和未經(jīng)過徑向變換時(shí)的坐標(biāo)，Μ彡3;
[0040] 形變參數(shù)估算單元，用于根據(jù)所述Μ經(jīng)過徑向變換后的坐標(biāo)和未經(jīng)過徑向變換時(shí) 的坐標(biāo)估算得到圖像Τ'的徑向變換形變參數(shù)石；
[0041] 水印徑向變換模塊，用于根據(jù)圖像f的徑向變換形變參數(shù)I對(duì)水印