一种在数字媒体上水印提取的方法和装置

1.一种在数字媒体上水印提取的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；
对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号；
将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将水印信号解码得到水印信息；
其中，所述嵌入水印的数字图像或视频是通过如下方法嵌入的水印信息：
对数字图像或视频分块并对每个图像块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；
根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；首先，是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号；
将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；其中，首先在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，得到调整后的系数矩阵；最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号；
对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频；
其中，所述调整排序后的系数两两之间的距离，包括：
在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coefleft≤Coefmid≤Coefright；
所述调整排序后的系数两两之间的距离是计算Coefright和Coefleft之间的距离Dtotal＝Coefright-Coefleft，设置一个阈值Threshold，表示Coefleft和Coefright的最小距离；
若Dtotal＜Threshold，则调整Coefleft和Coefright的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：
若Dtotal≥Threshold，则对Coefleft和Coefright不做任何修改，即：
Coef'left＝Coefleft
Coef'right＝Coefright；
其中，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号，按如下方法进行嵌入：
若水印信号为0，则
若水印信号为1，则
其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点 的程度，它的值越大，
表示嵌入的强度越大。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵的步骤中，是将大小为M*N的嵌入后图像或视频I'分成大小为P*P的图像块或视频块，得到 个小块，记为D'i(x,y)，x,y＝1,2,3,...,P，i＝1,2,3...,L；对每个
图像块或视频块D'i(x,y)做DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵，记为C″i(u,v)，u,v＝1,2,3,...,P，i＝1,2,3...,L。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号是在每个嵌有水印的系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef'left≤Coef'mid≤Coef'right；
其次，计算Dleft＝Coef'mid-Coef'left和Dright＝Coefright-Coefmid；若Dleft≤Dright，则水印信号WZ'＝0；若Dleft＞Dright，则水印信号WZ'＝1；
最后，得到每个系数矩阵的水印信号。
4.一种在数字媒体上水印提取的装置，其特征在于，包括：
数字图像或视频分解处理模块，用于对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；
水印提取模块，与所述数字图像或视频分解处理模块相连，用于对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号；
生成水印信息模块，与所述水印提取模块相连，将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将水印信号解码得到水印信息；
其中，所述嵌入水印的数字图像或视频是通过如下方法嵌入的水印信息：
对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；
根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；其中，是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号；
将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；其中，首先在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，得到调整后的系数矩阵；最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号；
对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频；
其中，所述调整排序后的系数两两之间的距离，包括：
在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coefleft≤Coefmid≤Coefright；
所述调整排序后的系数两两之间的距离是计算Coefright和Coefleft之间的距离Dtotal＝Coefright-Coefleft，设置一个阈值Threshold，表示Coefleft和Coefright的最小距离；
若Dtotal＜Threshold，则调整Coefleft和Coefright的值，将它们之间的距离增加到Threshold，即：
若Dtotal≥Threshold，则对Coefleft和Coefright不做任何修改，即：
Coef'left＝Coefleft
Coef'right＝Coefright；
其中，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号，按如下方法进行嵌入：
若水印信号为0，则
若水印信号为1，则
其中，Scale为常数，且Scale≥3，表示偏离中点 的程度，它的值越大，
表示嵌入的强度越大。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号是在每个嵌有水印的系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef'left≤Coef'mid≤Coef'right；
其次，计算Dleft＝Coef'mid-Coef'left和Dright＝Coefright-Coefmid；若Dleft≤Dright，则水印信号WZ'＝0；若Dleft＞Dright，则水印信号WZ'＝1；
最后，得到每个系数矩阵的水印信号。

一种在数字媒体上水印提取的方法和装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及多媒体信号处理领域，特别是指一种在数字媒体上水印提取的方法和装置。\n背景技术\n[0002] 随着多媒体信息的获取、表示、存储和传播日趋数字化，数字视频技术的应用得到了极大的发展。数字视频虽然有其明显的先进性，但由于其使得视频信息更快速地复制和传播，因而引发了许多新的问题。最常见的问题就是，原始的视频信息，会被非法地分发给未经授权的用户，即信息的非法传播。作为一种预防信息非法传播的新方法，近来，数字水印技术被越来越多地用于版权保护领域。版权保护的需求方，可以将版权识别信息嵌入到需要保护的视频中。与数据加密的方式相比，嵌入水印后的视频可以直接使用和分发，不需解密后使用。\n[0003] 数字媒体上水印算法的性能标准主要有：透明性、水印容量、鲁棒性、安全性等。其中，透明性和鲁棒性是最重要的两个性能标准。在许多的应用场景中，水印算法嵌入的信息不能影响信息的载体数据的质量。如果人们无法区分嵌入水印前后的载体，那么水印嵌入过程就可以称作是不可感知的或透明的。其鲁棒性是指数字水印图像在遭受到多种恶意或者无意的攻击后产生一定程度失真的情况下，提取出来的数字水印仍能保持一定的完整性并能被准确鉴别。\n发明内容\n[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种在数字媒体上水印提取的方法和装置，能够有效地对数字媒体进行保护。\n[0005] 基于上述目的本发明提供的一种在数字媒体上水印提取的方法，包括以下步骤：\n[0006] 对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；\n[0007] 对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号；\n[0008] 将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将水印信号解码得到水印信息。\n[0009] 可选地，所述嵌入水印的数字图像或视频是通过如下方法嵌入的水印信息：\n[0010] 对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；\n[0011] 根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；首先，是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号；\n[0012] 将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；其中，首先在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，得到调整后的系数矩阵；最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号；\n[0013] 对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。\n[0014] 进一步地，在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coefleft≤Coefmid≤Coefright。\n[0015] 进一步地，所述调整排序后的系数两两之间的距离是计算Coefright和Coefleft之间的距离Dtotal=Coefright-Coefleft，设置一个阈值Threshold，表示Coefleft和Coefright的最小距离；\n[0016] 若DtotalDright，则水印信号WZ'=1；\n[0029] 最后，得到每个系数矩阵的水印信号。\n[0030] 基于上述目的，本发明还提供了一种在数字媒体上水印提取的装置，包括：\n[0031] 数字图像或视频分解处理模块，用于对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；\n[0032] 水印提取模块，与所述数字图像或视频分解处理模块相连，用于对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号；\n[0033] 生成水印信息模块，与所述水印提取模块相连，将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将水印信号解码得到水印信息。\n[0034] 可选地，所述嵌入水印的数字图像或视频是通过如下方法嵌入的水印信息：\n[0035] 对数字图像或视频分块并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵；\n[0036] 根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号；其中，是将水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W；然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号；\n[0037] 将水印信号嵌入到每个系数矩阵中；其中，首先在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序；然后，每个系数矩阵在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，得到调整后的系数矩阵；最后，对调整后的每个系数矩阵嵌入水印信号；\n[0038] 对嵌入后的每个系数矩阵进行二维DCT逆变换，得到嵌入后的图像块或视频块，所有嵌入后的图像块或视频块组成嵌入后的图像或视频。\n[0039] 进一步地，所述的对变换后的每个系数矩阵分别提取水印信号是在每个嵌有水印的系数矩阵中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef'left≤Coef'mid≤Coef'right；\n[0040] 其次，计算Dleft=Coef'mid-Coef'left和Dright=Coefright-Coefmid；若Dleft≤Dright，则水印信号WZ'=0；若Dleft>Dright，则水印信号WZ'=1；\n[0041] 最后，得到每个系数矩阵的水印信号。\n[0042] 从上面所述可以看出，本发明提供的一种在数字媒体上水印提取的方法和装置，通过对嵌入水印的数字图像或视频块分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换得到系数矩阵；对每个系数矩阵分别提取水印信号；组合每个系数矩阵的水印信号，并将组合后的水印信号解码得到水印信息。因此，本发明所述的在数字媒体上水印提取的方法和装置能够同时确保水印嵌入的透明性和鲁棒性，有效地对数字媒体进行保护。\n附图说明\n[0043] 图1为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入方法的流程示意图；\n[0044] 图2为本发明实施例对变换后的每个图像块或视频块嵌入水印信号的流程示意图；\n[0045] 图3为本发明实施例一种在数字媒体上水印提取方法的流程示意图；\n[0046] 图4为本发明实施例一种在数字媒体上水印提取装置的结构示意图。\n具体实施方式\n[0047] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。\n[0048] 参阅图1所示，为本发明实施例一种在数字媒体上水印嵌入方法的流程示意图。所述的在数字媒体上水印嵌入方法包括以下步骤：\n[0049] 步骤101，对数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。其具体实施过程如下：\n[0050] 将大小为M*N的原始图像或视频I分成大小为P*P的图像块或视频块，然后对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。较佳地，M和N的取值都为大于等于100的整数。P的取值范围为4≤P≤16。\n[0051] 作为本发明的一个实施例，取图像块或视频块的大小为P=8，即8*8的图像块或视频块。从而，原始图像或视频I可以得到 个小块，记为Di(x,y)，x,y=1,2,\n3,...,8，i=1,2,3...,L。其中，x和y分别为每个图像块或视频块的横纵坐标。之后，对上面的每个图像块或视频块做DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵，本实施例每个系数矩阵的大小为8*8。将这些系数矩阵记为Ci(u,v)，u,v=1,2,3,...,8，i=1,2,\n3...,L。\n[0052] 在视频压缩算法中，DCT变换来处理一个大小为P*P的图像块或视频块Di(x,y)，变换结果为大小为P*P的系数矩阵Ci(u,v)，它的DCT变换的定义如下：\n[0053]\n[0054] 其中，\n[0055]\n[0056] 步骤102，根据要嵌入的水印信息生成待嵌入的水印信号。其具体实施过程如下：\n[0057] 在本发明实施例中，将要嵌入的水印信息转换为二进制字符串，其比特流为W。然后，对二进制字符串进行纠错编码得到待嵌入的水印信号。较佳地，可以对二进制字符串做参数为n=63,K=18的BCH编码进行纠错。所谓BCH纠错编码是把信源待发的信息序列按固定的K位一组划分成消息组，再将每一消息组独立变换成长为n(n>K)的二进制数字组。如果消息组的数目为T，由此所获得的T个码字的全体便称为码长为n、信息数目为T的分组码，记为n，T。\n[0058] 然后，将水印信号W进行拆分得到Wz'，拆分得到的Wz'的份数不能超过\n即Z的取值范围为1≤Z≤L且为整数。\n[0059] 步骤103，将水印信号嵌入到每个系数矩阵中。如图2所示，具体实施过程如下：\n[0060] 步骤201：在每个系数矩阵Ci中分别选择适当的系数，并对每个系数矩阵中选中的系数进行排序。\n[0061] 在本发明的一个实施例中，在DCT变换后的每个系数矩阵中，从左上到右下，所代表的频率越来越高。图像或视频的能量更多地集中在中低频率的系数中，因此，中低频率的系数值比较稳定，且频率越低系数值越稳定。但是修改低频系数会造成图像或视频质量大幅下降，为了保证图像或视频质量同时兼顾系数修改的稳定性，我们选择中低频系数进行嵌入。优选地，中低频系数的选择范围为系数矩阵的右上至左下的对角线上的系数，以及该位置左上一列的系数。\n[0062] 在实施例中，选择每个系数矩阵Ci中的三个中低频系数，从小到大排序后得到Coefleft≤Coefmid≤Coefright。\n[0063] 步骤202：每个系数矩阵Ci在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，调整排序后的系数两两之间的距离，最后得到调整后的系数矩阵Ci'。\n[0064] 在本发明的另一个实施例中，计算Coefright和Coefleft之间的距离Dtotal=Coefright-Coefleft。为保证算法的鲁棒性，设置一个阈值Threshold，表示Coefleft和Coefright的最小距离。较佳地，阈值Threshold的取值范围为1≤Threshold≤100；优选地，阈值Threshold为\n40。\n[0065] 若DtotalDright，则水印信号Wi'=1。\n[0092] 最后，得到每个系数矩阵的水印信号。\n[0093] 步骤303，将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将二进制字符串的水印信号解码得到水印信息。\n[0094] 参阅图4所示，为本发明实施例一种在数字媒体上水印提取装置的结构示意图。所述的在数字媒体上水印提取装置包括：\n[0095] 数字图像或视频分解处理模块401，对嵌入水印的数字图像或视频分块，并对每个图像块或视频进行二维DCT变换。其具体功能包括：\n[0096] 将大小为M*N的嵌入后图像或视频I'分成大小为P*P的图像块或视频块，然后对每个图像块或视频块进行二维DCT变换。较佳地，M和N的取值都为大于等于100的整数。P的取值范围为4≤P≤16。\n[0097] 作为本发明的一个实施例，取图像块或视频块的大小为P=8，即8*8的图像块或视频块，记为D'i(x,y)，x,y=1,2,3,...,8，i=1,2,3...,L。对每个图像块或视频块做DCT变换，得到每个图像块或视频块相对应的DCT系数矩阵，记为Ci''(u,v)，u,v=1,2,3,...,8，i=1,\n2,3...,L。\n[0098] 其中，DCT变换的定义如下：\n[0099]\n[0100]\n[0101] 水印提取模块402，与所述数字图像或视频分解处理模块401相连，其具体功能包括：\n[0102] 1）在每个系数矩阵Ci''中分别选择三个中低频系数，从小到大排序后得到Coef'left≤Coef'mid≤Coef'right。\n[0103] 2）计算Dleft=Coef'mid-Coef'left和Dright=Coefright-Coefmid。若Dleft≤Dright，则水印信号WZ'=0。若Dleft>Dright，则水印信号WZ'=1。\n[0104] 3）得到每个系数矩阵Ci''的水印信号。\n[0105] 生成水印信息模块403，与所述水印提取模块402相连。\n[0106] 在本发明的实施例中，将每个系数矩阵的水印信号进行组合，得到完整图像或视频的水印信号，最后将二进制字符串的水印信号解码得到水印信息。\n[0107] 根据上面所描述地，本发明提出的在数字媒体上水印提取的方法和装置，创造性的提出了在每个嵌有水印的系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序，然后计算Dleft和Dright并进行判断得到相对应的水印信号，从而能够精确地提取水印信息；另外，创造性地提出了水印信息在嵌入时是在每个系数矩阵中分别选择三个中低频系数，并对每个系数矩阵中选中的三个中低频系数进行排序，然后调整排序后的系数两两之间的距离，从而在保证水印载体（通常为图像或者视频）视觉效果基本保持不变或者变化不大的前提下，使嵌入的水印信息不易被察觉，其做到了很好地透明性；而且，本发明嵌入水印信息时对排序后的系数两两之间的距离调整是在保持三个中低频系数间的相对大小关系不变的情况下，避免了对数据的过度修改而造成水印载体视觉效果的下降；与此同时，其调整只要满足三个中低频系数间的相对大小关系不变即可，这样系数两两之间的距离调整可以在一个相对很大的范围内进行调整，导致其水印嵌入的鲁棒性很高；还有系数调整的限制条件少、简单；并且，本发明创造性地能够实现既保证水印图像或视频的透明性效果的同时，还能够做到高鲁棒性，在水印嵌入和提取技术上取得了很大程度上地进步；最后，整个所述的在数字媒体上水印提取的方法和装置简便、紧凑，易于实现。\n[0108] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。