一种数字水印的认证和恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种数字水印的认证和恢复方法，本算法采用差值记录理论和分形压缩理论，利用像素内的差值来检测篡改，计算复杂度低，像素间没有依赖性。分形压缩编码可使图像得到高达１００００∶１的压缩比，将压缩后的参数作为水印多次储存在图像中。当恢复图像时，用这些参数生成新的图像，用部分区域替换被修改的区域，达到恢复图像的作用。并且采用本发明专利技术的方法水印可以多次嵌入，恢复比例大，恢复强度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字水印
，尤其涉及数字水印的认证和恢复

技术介绍
随着计算机和网络技术的飞速发展，数字图像、音频和视频等多媒体数字产品得 到日益广泛的普及和应用。然而，数字信息的可复制性又使网络环境下的版权保护和信息 安全受到严重威胁，传统的加密算法只能保证信息未被授权使用时的安全，一旦信息被授 权且被解密，该信息就可能失去版权保护而受到任意复制。如何保护数字媒体版权的合法 性以及媒体信息的安全性，就成为信息安全领域的一个重要课题，数字水印技术就是其中 的一个热点研究方向。 数字水印(Digital Watermark)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数 据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提 取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。鲁棒数 字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求嵌入的水印能 够经受各种常用的编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒水印的要求相反， 脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改 过。 作为数字产品认证和版权保护的重要手段，数字水印技术已得到越来越多的关注和发展，研究者也提出不少脆弱性数字水印算法。目前脆弱性水印主要侧重以下两点 1、精确定位被修改的位置。 2、图片的自恢复功能。 目前存在的精确定位被修改位置的算法，或计算度复杂，或像素间依赖性强。 目前存在的图片自恢复功能，如果篡改区域过大，或很难恢复图片，或恢复图片效 果极差。
技术实现思路
本专利技术公开了，设计出一种基于分形压縮与差值记录的脆弱性水印方法。该方法能为多媒体内容的完整性提供认证，明显提示出篡改的位 置，并对篡改位置进行恢复。 本专利技术通过以下技术方案实现 —、理论基础 分形编码 Jacquin等人提出了基于块分割的分形编码方法， 一般步骤为 1、将图像分成大小2X2且互不重叠的子块，这些子块为R块。3 2、对每一个R块，编码的过程就是在原图像找一个2X2的D子块，D块经过空间 变换和灰度值仿射变换后，与R块的平方误差Dmm达到最小。空间变换包括图像块空间压 縮以及图像块空间像素位置变换。 仿射变换是平移、旋转、縮放、拉伸及反射的组合，通常具有不变性、膨胀性、平移性、旋转性、尺度性和倾斜性等特性，主要由系数决定。 灰度值仿射变换 = a肌+ # D'为经过空间变换后的D块的各像素值。 3、将变换后的少量参数储存下来，就可以通过这些少量的参数通过迭代恢复出原 图形。 差值记录 彩色图片有R、G、B三个分量，根据视锥细胞对配色敏感度的理论，人眼对绿色最敏感，对红色次之，而对蓝色最不敏感。因此，修改G的最后一位，修改R的最后两位，修改B的最后3位，不会使图像发生人眼容易察觉的变化。 根据以上理论，我们提出像素内的差值记录的方法 G分量 例如一个X像素值为152，那么它对应的二进制数为10011000。 我们从左至右标记位置，从第1位到第8位，一次代表了 128、64、32、16、8、4、2U 这些数。所以我们有128+16+8 = 152。因为G分量，修改最后一位不会使图像发生人眼容 易观察的变化，我们做如下规定 如果第6位和第7位所代表的数的差的绝对值为2，我们修改第8位为0。 如果第6位和第7位所代表的数的差的绝对值为4或者O，我们修改第8位为1。 像素X通过上述方法修改之后变为10011001， 128+16+8+1 = 153。 R分量 标记方法同G分量，因为G分量修改最后两位不会使图像发生人眼容易观察的变 化，我们做如下规定 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为4，我们修改第7位和第8位为 11。 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为8，我们修改第7位和第8位为 10。 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为0，我们修改第7位和第8位为 01。 如像素Y = 155，二进制位为:10011011经过上述修改后为10011010， 128+16+8+2 =154。 二、算法实现 水印生成及埋植 选定待处理图像。 提取图中的G分量、R分量和B分量。 分别对G分量，R分量和B分量做分形压縮处理，因为用于恢复图片的参数较少，可将这些参数全部存入B分量，用于以后恢复图像。参数的存储方式有两种 1、直接存参数对应的二进制表示，规定取小数点左四位和右四位进行储存。 2、将每个参数用除法的方式表示，例如4. 1666，表示为25/6。分别将除号左3位 和右三位以其二进制形式存储。 具体操作可根据参数的形式和多少来选择，本专利技术采用第一种方式。 分别对G分量和R分量利用差值记录方法处理。 水印埋植后生成新的的图片。 篡改提示 当有一个图片J需要检测时，提取其G分量和R分量，利用差值记录原理进行检测。同时读取两个分量中的同一个位置的像素。 对于G分量 读出第6位和第7位的值，按照如下规则检测 如果第6位和第7位所代表的数的差的绝对值为2，检测第8位是否为0。 如果第6位和第7位所代表的数的差的绝对值为4或者O，检测第8位是否为1。 对于R分量 读出第5位和第6位的值，按照如下规则检测 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为4，检测第7位和第8位是否为 11。 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为8，检测第7位和第8位为10。 如果第5位和第6位所代表的数的差的绝对值为0，检测第7位和第8位为01 。 若G分量和R分量检测结果都匹配，则这个像素没有被修改，若G分量或R分量有 一个不匹配，则认为这个像素被篡改，将这个像素的值设置为0，并记录下位置。 图像恢复 取出储存在B分量中的数据，用分形原理恢复出一幅图像H。 根据篡改提示确定的位置从图像H中截取出相对应数据，将这组数据放到图像J 的相应位置，对被修改的图像J进行恢复。 综上所述，本专利技术采用差值记录理论，利用像素内的差值来检测篡改，计算复杂 度低，像素间没有依赖性。本算法采用分形压縮理论，分形压縮编码可使图像得到高达 10000 : 1的压縮比，将压縮后的参数作为水印多次储存在图像中。当恢复图像时，用这些 参数生成新的图像，用部分区域替换被修改的区域，达到恢复图像的作用。并且采用本专利技术 的方法水印可以多次嵌入，恢复比例大，恢复强度高。具体实施例方式实施例一 当图片部分被高强度修改，因辨别不出被修改区域原始信息，本算法精 确提示被篡改区域，并且恢复出被篡改区域。 篡改添加水印图片的任意16X16大小区域，利用本算法可以精确提示出别篡改 的区域，并且可将被篡改的区域设置成白色，然后可以恢复出一幅图像，利用此图像将被篡 改位置恢复。实验证明，恢复效果良好，可以辨认出篡改前的图像。实施例二 因为篡改提示接近像素级别，所以即使有小的改动，也能较好的识别和改动。 篡改添加水印图片内容中的数字信息篡改前为135，篡改后为138.本算法的篡 改提示功能可以将138这三个数字全部设置成白色，然后恢复出一幅图片，利用此图片恢 复被修改的区域。实验证明对被修改位置篡改提示明显，恢复效果好，恢复后的数字可以 辨认出为135。权利要求，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字水印的认证和恢复方法，采用差值记录和分形压缩方法，其特征是包括下列步骤：水印生成及埋植步骤，篡改提示步骤，图像恢复步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安虎，左燕，肖雨婷，何小龙，杨志刚，杨文，张兵，彭骏，
申请(专利权)人：四川大学锦江学院，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]