一种基于二维码的防篡改数字水印方法技术

一种基于二维码的防篡改数字水印嵌入和提取方法。该方法首先对灰度载体图像扫描获取的二维码图像置乱，再全息处理及归一化，生成待嵌入的水印信息

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维码的防篡改数字水印方法
本专利技术属于信息安全
，涉及一种基于二维码的防篡改数字水印技术。
技术介绍
信息的数字化是当今社会发展的一个重要特征，随着数字信息(图像、音频、视频、数字出版等)呈爆炸性增长。人们通过互联网获取数字信息越来越便捷，同时盗版、侵权的成本也越来越低廉。数字水印技术是通过将水印信息(弱信号)依据一定的算法添加到载体信息(一个强信号)中，既保证水印信息的不可察觉性，又不影响载体信息的视觉或者使用效果的一种有效的知识产权保护手段，它的诞生就是以维护原创人及版权所有者的合法权益为目的的。对图像数字水印而言，若水印的嵌入量太小、其所包含的信息量也过小且水印信息也易被清除，甚而出现提取不到水印的问题；而当水印的嵌入量加大时，虽然增加了信息量但又导致载体的不可见性降低，甚而至于影响到载体的视觉效果。本专利技术针对QR码本身所占容量小、但包含的信息量大且误码率低又能被快速扫描的特性，将其作为水印信息嵌入到载体图像中，很好地解决了水印的不可见性与鲁棒性之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术针对现有图像数字水印嵌入信息量小，易被攻击删除的问题，基于冗余离散小波变换具有的时间平移不变性及QR码自身容量小包含信息量大的特点，提出了一种基于冗余离散小波及QR码的防篡改数字水印方法。本专利技术的技术方案：专利技术基于二维码的防篡改数字水印新方法。包括水印信息的嵌入和提取。该方法：首先对灰度载体图像扫描获取的二维码图像置乱，再全息处理及归一化，生成待嵌入的水印信息w。对载体图像分块，选择嵌入块提取冗余离散小波分解的2级低频分量LL2，对选中块的低频分量LL2进行离散切比雪夫变换(DTT)得矩阵C，对C进行特征值分解，得到对应特征矩阵D，将水印信息w嵌入到特征矩阵D的特征值中。因水印在每个嵌入块中各嵌入一次，所以可有效抵御剪切、漏检等攻击，另一方面QR码的嵌入降低了水印信息的冗余度，加大了水印包含的信息量。(一)、本专利技术中水印信息的嵌入步骤如下：(1)对大小为M×M的灰度载体图像O进行非重叠分块，分块数p(p是正整数，块编号0,1,2…p-1)。(2)随机选取其中的t个分块Oi做离散小波变换(保留t个分块的块号作为信息提取的密钥key1)，对选中块的低频系数矩阵LLi1进行2级离散小波变换得LLi2。(3)对t个分块的低频系数矩阵进行离散切比雪夫变换：对DTT的变换矩阵Ci进行奇异值分解：Ci＝ViDiViH(2)其中，Vi是酉矩阵，ViH是Vi的共轭转置矩阵，Di是对角矩阵，保存对角矩阵Di主对角线上的特征值，以备水印提取时使用。(4)将载体图像的QR码作为待嵌入水印信息，首先对QR码图像进行Arnold变换：其中(x,y)表示QR码图像矩阵的某个元素未变换时的位置，(x′,y′)表示Arnold变换后的新位置，变换次数作为密钥key2保存。(5)对置乱后的图像进行全息处理而后归一化，得到预处理后的水印信息w*：w*＝(w-128)/(256-128)(4)(6)根据奇异值信息熵具有稳定性的特点，按式(5)在对角矩阵Di上嵌入水印信息得到新的对角矩：α为水印的嵌入强度，依据经验值α＝0.18。(7)经过逆奇异值变换及逆离散切比雪夫变换后得含水印信息的嵌入块低频分量。(8)对进行逆冗余离散小波变换，将嵌入块与其余块融合，得含水印信息图像Ow。(二)、根据权利要求1所述的一种基于二维码的防篡改数字水印方法的水印信息提取，其特征在于，所述水印信息提取步骤如下：(1)将含水印信息图像Ow按照嵌入时的大小进行等面积分块。根据密钥key1选取其中的t个分块，对其进行冗余离散小波变换取低频系数矩阵LL′i1进行2级冗余离散小波变换得LL′i2。(2)对LL′i2进行离散切比雪夫变换，取DTT变换后的矩阵C′i进行奇异值分解，有：C′i＝V′iD′iV′iH(9)(3)由公式(5)及水印嵌入时保存的Di值可提取水印：w′i＝(D′i-Di)/α(10)(4)对w′i进行反归一化全息处理后得水印信息w″i：w″i＝128(1+w′i)(11)(5)再经过Arnold反置乱技术和密钥(置乱次数key2)解密提取出来的QR码信息(6)对当前含水印图像扫描提取二维码图像w**，根据类似方差的思想将提取水印与w**对比。当二者的差值Ti大于预设阀值T时，即被认为图像受到过恶意篡改。T＝t1+λt2(13)式中t1为合法操作强度；t2为非法篡改引起的最小扰动；λ为与扰动相关的系数。对提取到的水印进行扫描还原后即得到嵌入水印图像Oi′。本专利技术的有益效果是：第一，每个嵌入块都可以提取到一个嵌入的QR码图像，从而还原出一个嵌入的水印信息，当出现纠纷或者图像被剪切攻击等操作时，提取到的多个信息可以相互印证，从而有效证明版权归属；第二，图像经过n次冗余离散小波变换后的低频子带图像尺寸不会变化，保证了信息的嵌入容量；第三，载体的二维码图像与提取水印二维码图像阈值比对，可以验证载体是否被篡改，算法能有效抵抗局部篡改攻击。附图说明图1为本专利技术的流程图，图2(a)载体图像Cameraman，图2(b)载体QR码，图2(c)置乱后的QR码图像。具体实施方式本专利技术通过实例仿真验证:大小为128×128的灰度载体图像Cameraman，被等面积非重叠分割为16块(编号0,1,…,15)，从中随机选择3块作为嵌入块(块编号i作为密钥key1保存)。对每个嵌入块进行冗余离散小波变换后的低频分量实施2级冗余离散小波变换。扫描载体图像获取QR码，随后对其Arnold置乱，置乱次数作为密钥key2保存。本专利技术中水印信息的嵌入步骤如下：(1)对大小为M×M的灰度载体图像O进行非重叠分块，分块数p(p是正整数，块编号0,1,2…p-1)。(2)随机选取其中的t个分块Oi做离散小波变换(保留t个分块的块号作为信息提取的密钥key1)，对选中块的低频系数矩阵LLi1进行2级离散小波变换得LLi2。(3)对t个分块的低频系数矩阵进行离散切比雪夫变换：对DTT的变换矩阵Ci进行奇异值分解：Ci＝ViDiViH(2)其中，Vi是酉矩阵，ViH是Vi的共轭转置矩阵，Di是对角矩阵，保存对角矩阵Di主对角线上的特征值，以备水印提取时使用。(4)将载体图像的QR码作为待嵌入水印信息，首先对QR码图像进行Arnold变换：其中(x,y)表示QR码图像矩阵的某个元素未变换时的位置，(x′,y′)表示Arnold变换后的新位置，变换次数作为密钥key2保存。(5)对置乱后的图像进行全息处理而后归一化，得到预处理后的水印信息w*：w*＝(w本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维码的防篡改数字水印方法，其特征在于：所述方法包括数字水印嵌入和数字水印提取；所述方法首先对灰度载体图像扫描获取的二维码图像置乱，再全息处理及归一化，生成待嵌入的水印信息w，对载体图像分块，选择若干个嵌入块提取冗余离散小波分解的2级低频分量LL

【技术特征摘要】
1.一种基于二维码的防篡改数字水印方法，其特征在于：所述方法包括数字水印嵌入和数字水印提取；所述方法首先对灰度载体图像扫描获取的二维码图像置乱，再全息处理及归一化，生成待嵌入的水印信息w，对载体图像分块，选择若干个嵌入块提取冗余离散小波分解的2级低频分量LL2，对选中块的低频分量LL2进行离散切比雪夫变换(DTT)得系数矩阵C，对C进行特征值分解，得到对应特征矩阵D，将水印信息w嵌入到特征矩阵D的特征值中，在水印提取时，只要将水印嵌入时选中的嵌入块进行逆变换即可提取水印信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于二维码的防篡改数字水印方法，其特征在于，所述数字水印嵌入方法步骤如下：
(1)对大小为M×M的灰度载体图像O进行等面积非重叠分块，分块数p(p是正整数，块编号0,1,2…,p-1)；
(2)随机选取t个分块Oi做离散小波变换(保留t个分块的块号作为水印提取的密钥key1)，对选中块的低频系数矩阵LLi1进行2级离散小波变换得LLi2；
(3)对t个分块的低频系数矩阵进行离散切比雪夫变换：



对DTT的变换矩阵Ci进行奇异值分解：
Ci＝ViDiViH(2)
其中，Vi是酉矩阵，ViH是Vi的共轭转置矩阵，Di是对角矩阵，保存对角矩阵Di主对角线上的特征值，以备水印提取过程使用；
(4)将载体图像的QR码作为待嵌入的水印图像，首先对QR码图像进行Arnold变换：



其中(x,y)表示QR码图像矩阵的某个元素未变换时的位置，(x′,y′)表示Arnold变换后的新位置，变换次数作为密钥key2保存；
(5)对置乱后的图像进行全息处理而后归一化，得到预处理后的水印信息w*：
w*＝(w-128)/(256-...

【专利技术属性】
技术研发人员：石红芹，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36