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    重庆时时彩是国家开的吗: 数字水印的加解密方法和系统.pdf

    关 键 词:
    数字 水印 解密 方法 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110235643.0

    申请日:

    2011.08.17

    公开号:

    CN102254298A

    公开日:

    2011.11.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06T 1/00申请日:20110817|||公开
    IPC分类号: G06T1/00 主分类号: G06T1/00
    申请人: 北京新媒传信科技有限公司
    发明人: 杨志宇
    地址: 100089 北京市海淀区万泉庄路28号万柳新贵大厦A座5层
    优先权:
    专利代理机构: 北京市隆安律师事务所 11323 代理人: 权鲜枝
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110235643.0

    授权公告号:

    102254298B||||||

    法律状态公告日:

    2013.06.19|||2012.01.04|||2011.11.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种数字水印的加解密方法和系统,大大简化了数字水印的加解密算法,显著减少了加解密计算量,提高了加解密效率,且能够保证数字水印具有很强的鲁棒性。本发明实施例提供的数字水印的加密方法包括:对载体图片的各图像块进行离散余弦变换,得到载体图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;将需要加密的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数组;根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;对所述附加了需要加密的信息的载体图片进行反DCT变换,得到加密图片。

    权利要求书

    1.一种数字水印的加密方法,其特征在于,所述方法包括:
    对载体图片的各图像块进行离散余弦变换DCT,得到载体图片
    的DCT系数,并提取中频段DCT系数;
    将需要加密的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数组;
    根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系
    数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;
    对所述附加了需要加密的信息的载体图片进行反DCT变换,得
    到加密图片。
    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将需要加密
    的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数组至少包括如下方
    式:
    将所述需要加密的信息的模拟信号转化为数字信号,并对该数
    字信号进行量化,得到所述二维数组;或者,
    根据需要加密的信息的内容,将需要加密的信息采用白色写入
    黑色的图片中,得到水印图片,以及,通过提取所述水印图片的灰
    度值得到所述二维数组;或者,
    所述需要加密的信息为需要加密的图像,将需要加密的图像灰
    度化,得到水印图片,以及,通过提取所述水印图片的灰度值得到
    所述二维数组。
    3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述根据系
    数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系数中包括:
    设置二维数组中的各元素分别对应于一对数值的逻辑关系;
    对于二维数组中的每一元素,在所述中频段DCT系数中,按照
    预定位置关系所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,调
    整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑关系。
    4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据系数交
    换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系数中包括:
    在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编
    码位置,分别提取两个DCT系数,所述DCT系数包括第一DCT系数
    和第二DCT系数;
    所述二维数组为由1和0组成的二值化数组,若二维数组中当前
    需加密元素为0,判断逻辑关系是否为第一DCT系数大于等于第二
    DCT系数,若是,保持所述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,
    将所述第一DCT系数和第二DCT系数交换位置;
    若二维数组中当前需加密元素为1,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数小于第二DCT系数,若是,保持所述第一DCT系数和第二
    DCT系数,若否,将所述第一DCT系数和第二DCT系数交换位置。
    5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
    在将所述第一DCT系数和第二DCT系数交换位置后,在保证相
    应逻辑关系成立下,根据第一DCT系数的数值调整第二DCT系数的
    数值,根据第二DCT系数的数值调整第一DCT系数的数值。
    6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
    按照预定位置关系所确定的当前编码位置由一个奇数处位置
    和一个偶数处位置组成。
    7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
    所述预定位置关系所指示的下一个编码位置由紧邻当前奇数
    处位置的下一个奇数处位置和紧邻当前偶数处位置的下一个偶数
    处位置构成。
    8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据系数交
    换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系数中包括:
    在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编
    码位置,分别提取两个DCT系数,所述DCT系数包括第一DCT系数
    和第二DCT系数;
    所述二维数组为由元素A、B和C组成的数组,若二维数组中当
    前需加密元素为A,判断逻辑关系是否为第一DCT系数和第二DCT
    系数的差值大于第一阈值,若是,保持所述第一DCT系数和第二
    DCT系数,若否,调整所述第一DCT系数和第二DCT系数的数值以
    使所述逻辑关系成立;
    若二维数组中当前需加密元素为B,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数和第二DCT系数的差值大于第二阈值且小于等于第一阈
    值,若是,保持所述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,调整所
    述第一DCT系数和第二DCT系数的数值以使所述逻辑关系成立;
    若二维数组中当前需加密元素为C,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数和第二DCT系数的差值小于等于第二阈值,若是,保持所
    述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,调整所述第一DCT系数和
    第二DCT系数的数值以使所述逻辑关系成立。
    9.一种数字水印的解密方法,其特征在于,所述方法包括:
    对接收到的加密图片进行DCT变换,得到加密图片的DCT系
    数,并提取中频段DCT系数;
    根据与加密端相应的数组提取规则从所述中频段DCT系数中
    获取需要加密的信息所对应的二维数组;
    利用所述二维数组还原得到需要加密的信息;
    其中,所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;在所述中频段DCT系数中,按照预定位
    置关系所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,根据所述
    两个DCT系数所满足的逻辑关系确定二维数组中的相应元素。
    10.一种数字水印的加解密系统,其特征在于,所述系统包括
    加密装置和解密装置,
    所述加密装置包括如下单元:
    DCT系数加密提取单元,用于对载体图片的各图像块进行离散
    余弦变换DCT,得到载体图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;
    二维数组获取单元,用于将需要加密的信息进行数字化处理,
    得到所对应的二维数组;
    编码单元,用于根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述
    中频段DCT系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;
    反变换单元,用于对所述附加了需要加密的信息的载体图片进
    行反DCT变换,得到加密图片;
    所述解密装置包括如下单元:
    DCT系数解密提取单元,用于对接收到的加密图片进行DCT变
    换,得到加密图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;
    解码单元,用于根据与加密端相应的数组提取规则从所述中频
    段DCT系数中获取需要加密的信息所对应的二维数组;
    信息还原单元,用于利用所述二维数组还原得到需要加密的信
    息;
    其中,所述系数交换规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所述中
    频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,分别
    提取两个DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑
    关系;
    所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对应于一
    对数值的逻辑关系;在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系
    所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,根据所述两个
    DCT系数所满足的逻辑关系确定二维数组中的相应元素。

    说明书

    数字水印的加解密方法和系统

    技术领域

    本发明涉及数字水印信息安全技术领域,尤其是涉及一种数字
    水印的加解密方法和系统。

    背景技术

    随着互联网规模的日益扩大,人们享受到越来越多的资源,资
    源的防盗版越来越重要。数字水印信息安全技术是目前发展非???br />的一种热门技术,其和图像处理、数字通讯、密码学、信息安全学
    科都有交叉。

    在数字水印技术中,把需要加密的数据嵌入到多媒体作品中,
    加入之前需要对这些数据进行变换,变换后的数据称为数字水印。
    数字水印加入到作品中作为隐藏信息,不影响原作品,数字水印具
    有鲁棒性,也就是原作品进行放大、剪切、格式变换甚至经过干扰
    后仍能正确地恢复数字水印,即原来加密的数据。

    目前数字水印算法主要有两大类,第一类是基于空间域的算
    法,如最低有效位算法(LSB);第二类是基于频谱域的算法,如
    基于离散余弦变换(DCT)、小波变换(WT)、傅立叶变换(FT/FFT)
    的算法。

    然而,现有的数字水印算法仍存在一些问题,例如,基于空间
    域的算法鲁棒性差,当遇到干扰或者剪切等很难恢复原来信息;而
    基于频谱域的算法,相对于基于空间域的算法来说,鲁棒性好,但
    基于频谱域的算法所能嵌入的数据量通常较小,加密算法通常固定
    且较复杂,计算量较大,加密效率较低。

    发明内容

    本发明实施例提供了一种数字水印的加解密方法和系统,大大
    简化了数字水印的加解密算法,显著减少了加解密计算量,提高了
    加解密效率,且能够保证数字水印具有很强的鲁棒性。

    为达到上述目的,本发明实施例的技术方案是这样实现的:

    本发明实施例提供了一种数字水印的加密方法,所述方法包
    括:

    对载体图片的各图像块进行离散余弦变换DCT,得到载体图片
    的DCT系数,并提取中频段DCT系数;

    将需要加密的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数组;

    根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT系
    数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;

    对所述附加了需要加密的信息的载体图片进行反DCT变换,得
    到加密图片。

    本发明实施例还提供了一种数字水印的解密方法,所述方法包
    括:

    对接收到的加密图片进行DCT变换,得到加密图片的DCT系
    数,并提取中频段DCT系数;

    根据与加密端相应的数组提取规则从所述中频段DCT系数中
    获取需要加密的信息所对应的二维数组;

    利用所述二维数组还原得到需要加密的信息;

    其中,所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所述中
    频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,分别
    提取两个DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑
    关系。

    本发明实施例还提供了一种数字水印的加解密系统,所述系统
    包括加密装置和解密装置,

    所述加密装置包括如下单元:

    DCT系数加密提取单元,用于对载体图片的各图像块进行离散
    余弦变换DCT,得到载体图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;

    二维数组获取单元,用于将需要加密的信息进行数字化处理,
    得到所对应的二维数组;

    编码单元,用于根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述
    中频段DCT系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;

    反变换单元,用于对所述附加了需要加密的信息的载体图片进
    行反DCT变换,得到加密图片;

    所述解密装置包括如下单元:

    DCT系数解密提取单元,用于对接收到的加密图片进行DCT变
    换,得到加密图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;

    解码单元,用于根据与加密端相应的数组提取规则从所述中频
    段DCT系数中获取需要加密的信息所对应的二维数组;

    信息还原单元,用于利用所述二维数组还原得到需要加密的信
    息;

    其中,所述系数交换规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所述中
    频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,分别
    提取两个DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑
    关系;

    所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对应于一
    对数值的逻辑关系;在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系
    所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,根据所述两个
    DCT系数所满足的逻辑关系确定二维数组中的相应元素。

    由上述可见,本发明实施例通过对载体图片的中频段DCT系数
    进行调整,将变换后的数字水印隐含在载体图片中,提供了一种新
    型的基于DCT系数的数字水印加密方案。本发明提供的加密方案只
    需对中频段的频率块进行调整,如对频率块进行重新顺序,大大简
    化了加密算法,显著减少了加密计算量,提高了加密效率。

    相应的,采用本发明提供的解密方案时,由于解密算法大大简
    化,也能够显著减少解密计算量,从而提高了解密效率。

    并且,实践证明,采用本方案加密数字水印时,具有较强的鲁
    棒性,即使在载体图片受到格式变换、涂改、剪切和噪声污染等情
    况下,都能够正确地回复数字水印。

    附图说明

    为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下
    面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,
    显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于
    本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
    根据这些附图获得其他的附图。

    图1为本发明实施例一提供的一种数字水印的加密方法流程
    图;

    图2为本发明实施例二提供的一种数字水印的解密方法流程
    图;

    图3为本发明实施例四提供的一种数字水印的加解密系统结构
    示意图;

    图4为本方案提供的一种载体图片的示例;

    图5为本方案提供的一种水印图片的示例;

    图6为采用本方案加入数字水印后的载体图片;

    图7为采用本方案从图6中提取到的数字水印的水印图片;

    图8为对加入数字水印的载体图片进行剪切后的图片;

    图9为从图8中提取得到的水印图片;

    图10为对加入数字水印的载体图片进行格式转换后的图片;

    图11为从图10中提取得到的水印图片;

    图12为对加入数字水印的载体图片加入噪声后的图片;

    图13为从图12中提取得到的水印图片。

    具体实施方式

    下面将结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完
    整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而
    不是全部的实施例?;诒痉⒚髦械氖凳├?,本领域普通技术人员
    在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于
    本发明?;さ姆段?。

    本发明实施例一提供了一种数字水印的加密方法,参见图1,
    所述方法包括:

    11:对载体图片的各图像块进行离散余弦变换(DCT),得到
    载体图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;

    12:将需要加密的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数
    组;

    13:根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT
    系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;

    14:对所述附加了需要加密的信息的载体图片进行反DCT变
    换,得到加密图片。

    进一步的,上述系数交换规则包括:将二维数组中的各元素分
    别对应于一对数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所
    述中频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,
    分别提取两个DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的
    逻辑关系。

    由上述可见,本发明实施例通过对载体图片的中频段DCT系数
    进行调整,将变换后的数字水印隐含在载体图片中,提供了一种新
    型的基于DCT系数的数字水印加密方案。本发明提供的加密方案只
    需对中频段的频率块进行调整,如对频率块进行重新顺序,大大简
    化了加密算法,显著减少了加密计算量,提高了加密效率。

    相应的,采用本发明提供的解密方案时,由于解密算法大大简
    化,也能够显著减少解密计算量,从而提高了解密效率。

    并且,实践证明,采用本方案加密数字水印时,具有较强的鲁
    棒性,即使在载体图片受到格式变换、涂改、剪切和噪声污染等情
    况下,都能够正确地回复数字水印。

    本方案中所采用的DCT变换系数位于变换域中的中频区域,主
    要原因在于:如果选择高频区域的DCT变换系数时,因为经过研究
    发现,干扰信息一般都表现在图像的高频区域内,这种方式的防干
    扰性差;如果选择低频区域的DCT变换系数时,由于载体图片的原
    始信息经过DCT变换后大部分信息都落在了低频区域内,这种方式
    会对载体数据有影响,可能容易被觉察。本方案通过选取中频段的
    DCT变换系数,则既避免了受到噪声的干扰,也不会影响载体图片
    本身的内容。

    本发明实施例二提供了一种数字水印的解密方法,参见图2,
    所述方法包括:

    21:对接收到的加密图片进行DCT变换,得到加密图片的DCT
    系数,并提取中频段DCT系数;在此,该加密图片为采用上述实施
    例一中的加密方式得到的加密图片。

    步骤21和上述步骤11中所提取的中频段DCT系数的范围保持
    一致。例如,步骤11中得到的载体图片的DCT系数包括顺序排列的
    0至100个DCT系数,提取第30个至第70个DCT系数作为中频段DCT
    系数;则步骤21中也得到加密图片的0至100个DCT系数,并提取第
    30个至第70个DCT系数作为中频段DCT系数。这种方式能够进一步
    保证解密结果的有效性,提高鲁棒性??梢岳斫?,在允许的误差范
    围内,步骤21和上述步骤11中所提取的中频段DCT系数的范围可以
    具有一定偏差。

    22:根据与加密端相应的数组提取规则从所述中频段DCT系数
    中获取需要加密的信息所对应的二维数组。

    23:利用所述二维数组还原得到需要加密的信息。

    其中,所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;在所述中频段DCT系数中,按照预定位
    置关系所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,根据所述
    两个DCT系数所满足的逻辑关系确定二维数组中的相应元素。

    由上述可见,相应于新型的加密方案,本发明实施例还提供了
    一种解密方案,该解密方案只需对中频段的频率块进行调整,如对
    频率块进行重新顺序,大大简化了解密算法,显著减少了解密计算
    量,提高了解密效率。

    并且,实践证明,采用本方案加密数字水印时,具有较强的鲁
    棒性,即使在载体图片受到格式变换、涂改、剪切和噪声污染等情
    况下,都能够正确地回复数字水印。

    下面对本发明实施例三提供的数字加解密方案进行说明。

    本发明实施例三提供的一种数字水印的加密方法,包括:

    11:对载体图片的各图像块进行DCT变换,得到载体图片的
    DCT系数,并提取中频段DCT系数。

    在此对上述图像块的具体大小不进行限定,例如,可以采用8*8
    的图像块,也可以采用8*16的图像块。当采用8*8的图像块时,可
    以通过如下公式进行DCT变换,得到载体图片的DCT系数:

    F ( u , v ) = 1 4 C ( u ) C ( v ) Σ x = 0 7 Σ y = 0 7 f ( x , y ) cos [ π ( 2 x + 1 ) u 16 ] cos [ π ( 2 y + 1 ) v 16 ] ]]>

    其中,满足u,v=0时,C(u),u,v取其他值时,C(u),C(v)=1。

    12:将需要加密的信息进行数字化处理,得到所对应的二维数
    组。

    根据需要加密的信息的具体形式不同,可以采用多种方法得到
    上述二维数组。至少包括下述三种方式:

    方式一:将所述需要加密的信息的模拟信号转化为数字信号,
    并对该数字信号进行量化,得到所述二维数组。

    这种方式主要适用于对视频或音频信息加密的场景。将视频或
    音频信息模数转换后,经过量化等操作即可得到该视频或音频对应
    的二维数组。

    方式二:根据需要加密的信息的内容,将需要加密的信息采用
    白色写入黑色的图片中,得到水印图片,以及,通过提取所述水印
    图片的灰度值得到所述二维数组。

    这种方式主要适用于对文本信息加密的场景。通过把需要加密
    的信息以“白字”的方式写入“黑底”的图片中,得到水印图片。
    并对水印图片进行二值化处理,得到二值的二维数组,如由0和1
    构成的二维数组。白色灰度值为255,黑色的灰度值为0,灰度值255
    的像素点对应的二维数组中的元素为1,灰度值0的像素点对应的二
    维数组中的元素为0,即将有效的数据设置为1。

    方式三:所述需要加密的信息为需要加密的图像,将需要加密
    的图像灰度化,得到水印图片,以及,通过提取所述水印图片的灰
    度值得到所述二维数组。

    这种方式可以适用于对静态图像的加密的场景。

    把需要加密的图像(如彩色图)进行灰度化,然后根据一个灰
    度阈值把大于该阈值的像素点所对应的二维数组中的元素设置成0
    (或者1),将小于该阈值的像素点所对应的二维数组中的元素设置
    成1(或者0)??梢岳斫?,当需要加密的图像本身为灰度图像时,
    上述的灰度化操作可以省略。

    在本方案的技术中,可以将有效加密数据所对应的元素值设置
    为1,其它非有效数据所对应的元素值设置为0。

    通过上述三种方式得到的二维数组可以是二值化(如元素取值
    仅包括0和1)的二维数组,也可以多值化(元素取值包括多种数值)
    的二维数组。

    13:根据系数交换规则将所述二维数组映射到所述中频段DCT
    系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中。

    在系数交换规则中,设置二维数组中的各元素分别对应于一对
    数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所述中频段DCT
    系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,分别提取两个
    DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑关系。

    上述系数交换规则的主要构思在于,在中频段DCT系数中确定
    两个位置,该位置指示了一对DCT系数,选取这两个DCT系数并根
    据逻辑关系调整这两个DCT系数(如交换位置),重复操作,直至
    将二维数组映射到调整后的中频段DCT系数(如重新排序后的中频
    段DCT系数)中。

    当二维数组为由1和0组成的二值化数组,示例性的,上述步骤
    13可以具体如下:

    在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编
    码位置,分别提取两个DCT系数,所述DCT系数包括第一DCT系数
    和第二DCT系数;

    所述二维数组为由1和0组成的二值化数组,若二维数组中当前
    需加密元素为0,判断逻辑关系是否为第一DCT系数大于等于第二
    DCT系数,若是,保持所述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,
    将所述第一DCT系数和第二DCT系数交换位置;

    若二维数组中当前需加密元素为1,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数小于第二DCT系数,若是,保持所述第一DCT系数和第二
    DCT系数,若否,将所述第一DCT系数和第二DCT系数交换位置。

    进一步的,上述按照预定位置关系所确定的当前编码位置由一
    个奇数处位置和一个偶数处位置组成,这时,可以将逻辑关系表示
    为如下代码:


    其中,WaterMarkData[iDxWaterMarkBit]表示二维数组中当前
    的加密元素,iDxWaterMarkBit表示序号,plDCTBlock[m*8+1]表示
    奇数处位置的DCT系数(第一DCT系数),plDCTBlock[(m-1)*8+2]
    表示偶数处位置的DCT系数(第二DCT系数)。

    可以理解,本方案中的当前编码位置并不局限于由一个奇数处
    位置和一个偶数处位置组成,也可以为由预定位置关系所确定的任
    两个中频DCT系数的位置。

    为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案,在发明的实施例
    中,采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相
    同项或相似项进行区分,本领域技术人员可以理解“第一”、“第
    二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

    当二维数组为由元素A、B和C组成的数组,示例性的,上述步
    骤13可以具体如下:

    在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编
    码位置,分别提取两个DCT系数,所述DCT系数包括第一DCT系数
    和第二DCT系数;

    若二维数组中当前需加密元素为A,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数和第二DCT系数的差值大于第一阈值,若是,保持所述第
    一DCT系数和第二DCT系数,若否,调整所述第一DCT系数和第二
    DCT系数的数值以使所述逻辑关系成立;

    若二维数组中当前需加密元素为B,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数和第二DCT系数的差值大于第二阈值且小于等于第一阈
    值,若是,保持所述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,调整所
    述第一DCT系数和第二DCT系数的数值以使所述逻辑关系成立;

    若二维数组中当前需加密元素为C,判断逻辑关系是否为第一
    DCT系数和第二DCT系数的差值小于等于第二阈值,若是,保持所
    述第一DCT系数和第二DCT系数,若否,调整所述第一DCT系数和
    第二DCT系数的数值以使所述逻辑关系成立。

    上述仅以二维数组为三值化的数组为例进行了说明,可以理
    解,当二维数组包含三个以上取值时,可以采用相似的方式处理。

    进一步的,本方案中可以通过自定义上述预定位置关系,灵活
    确定的当前编码位置,提高了编码方案的灵活性,从而加强了所得
    到的数字水印的鲁棒性。例如,上述代码所示的示例中预定位置关
    系可以表示为m*8,m取值可以为2,4等。

    进行下一次编码时,对当前编码位置进行更新,重新提取一对
    DCT系数。例如,所述预定位置关系所指示的下一个编码位置可以
    由紧邻当前奇数处位置的下一个奇数处位置和紧邻当前偶数处位
    置的下一个偶数处位置构成。一个简单的例子为,若当前奇数处位
    置为1,偶数处位置为2,则下一次编码时,奇数处位置为3,偶数
    处位置为4。

    进一步的,本方案还包括:在将所述第一DCT系数和第二DCT
    系数交换位置后,在保证相应逻辑关系成立下,根据第一DCT系数
    的数值调整第二DCT系数的数值,根据第二DCT系数的数值调整第
    一DCT系数的数值。

    考虑到对原有载体图片的DCT系数更改后,如交换位置、增大、
    减少数值,可能会影响原有载体图片的内容或效果,在保证相应逻
    辑关系成立的前提下,对调整后的DCT系数根据其所处位置原有的
    DCT系数再次进行调整。例如,调整操作为将位置1的DCT系数1和
    位置2的DCT系数2进行交换,则在位置交换之后,根据DCT系数1
    对目前处于位置1的DCT系数2的数值进行调整,根据DCT系数2对
    目前处于位置2的DCT系数1的数值进行调整,减少同一位置上调整
    前后DCT系数的偏差,从而避免影响原有载体图片的内容或效果。

    14:对所述附加了需要加密的信息的载体图片进行反DCT变
    换,得到加密图片。

    当采用8*8的图像块时,可以通过如下公式进行反DCT变换,
    得到载体图片的DCT系数:

    f ( x , y ) = 1 4 Σ u = 0 7 Σ v = 0 7 F ( u , v ) C ( u ) C ( v ) cos [ π ( 2 u + 1 ) x 16 ] cos [ π ( 2 v + 1 ) y 16 ] ]]>

    其中,满足u,v=0时,C(u),u,v取其他值时,C(u),C(v)=1。

    通过上述操作完成对需要加密的信息的加密,在解密端提取数
    字水印的过程可以参照上述的加密过程,解密过程可以视为加密过
    程的一个逆过程,解密得到相应的二维数组并还原得到原始的需要
    加密的信息。例如,利用二维数组还原得到水印图片,并采用光学
    字符识别(Optical?Character?Recognition,OCR)技术,从图片中
    把字符识别出来。

    由上述可见,本发明实施例通过对载体图片的中频段DCT
    系数进行调整,将变换后的数字水印隐含在载体图片中,提供了一
    种新型的基于DCT系数的数字水印加密方案。本发明提供的加密方
    案只需对中频段的频率块进行调整,如对频率块进行重新顺序,大
    大简化了加密算法,显著减少了加密计算量,提高了加密效率。

    相应的,采用本发明提供的解密方案时,由于解密算法大大简
    化,也能够显著减少解密计算量,从而提高了解密效率。

    并且,实践证明,采用本方案加密数字水印时,具有较强的鲁
    棒性,即使在载体图片受到格式变换、涂改、剪切和噪声污染等情
    况下,都能够正确地回复数字水印。

    本发明实施例四还提供了一种数字水印的加解密系统,参见图
    3,所述系统包括加密装置31和解密装置32,

    所述加密装置31包括如下单元:

    DCT系数加密提取单元311,用于对载体图片的各图像块进行
    离散余弦变换DCT,得到载体图片的DCT系数,并提取中频段DCT
    系数;

    二维数组获取单元312,用于将需要加密的信息进行数字化处
    理,得到所对应的二维数组;

    编码单元313,用于根据系数交换规则将所述二维数组映射到
    所述中频段DCT系数中,以将需要加密的信息附加在载体图片中;

    反变换单元314,用于对所述附加了需要加密的信息的载体图
    片进行反DCT变换,得到加密图片;

    所述解密装置32包括如下单元:

    DCT系数解密提取单元321,用于对接收到的加密图片进行
    DCT变换,得到加密图片的DCT系数,并提取中频段DCT系数;

    解码单元322,用于根据与加密端相应的数组提取规则从所述
    中频段DCT系数中获取需要加密的信息所对应的二维数组;

    信息还原单元323,用于利用所述二维数组还原得到需要加密
    的信息;

    其中,所述系数交换规则包括:将二维数组中的各元素分别对
    应于一对数值的逻辑关系;对于二维数组中的每一元素,在所述中
    频段DCT系数中,按照预定位置关系所确定的当前编码位置,分别
    提取两个DCT系数,调整所述两个DCT系数的数值满足相应的逻辑
    关系;

    所述数组提取规则包括:将二维数组中的各元素分别对应于一
    对数值的逻辑关系;在所述中频段DCT系数中,按照预定位置关系
    所确定的当前编码位置,分别提取两个DCT系数,根据所述两个
    DCT系数所满足的逻辑关系确定二维数组中的相应元素。

    本发明系统实施例中各装置和单元的具体工作方式可以参见
    本发明的方法实施例。

    由上述可见,本发明实施例通过对载体图片的中频段DCT系数
    进行调整,将变换后的数字水印隐含在载体图片中,提供了一种新
    型的基于DCT系数的数字水印加密方案。本发明提供的加密方案只
    需对中频段的频率块进行调整,如对频率块进行重新顺序,大大简
    化了加密算法,显著减少了加密计算量,提高了加密效率。

    相应的,采用本发明提供的解密方案时,由于解密算法大大简
    化,也能够显著减少解密计算量,从而提高了解密效率。

    并且,实践证明,采用本方案加密数字水印时,具有较强的鲁
    棒性,即使在载体图片受到格式变换、涂改、剪切和噪声污染等情
    况下,都能够正确地回复数字水印。

    下面通过实验结果,进一步说明本方案所带来的有益效果:

    参见图4,显示了本方案提供的一种载体图片的示例。

    参见图5,显示了本方案提供的一种水印图片的示例。需要加
    密的信息为符号a和b,将a和b用白色写入黑色的图片中,得到该水
    印图片。

    图6显示了采用本方案加入数字水印后的载体图片,图7显示
    了采用本方案提取到的数字水印的水印图片。

    将图6和图4进行对比,可以看出,利用本方案将数字水印隐
    含在载体图片中时,数字水印很好地隐藏在载体图像中,载体图像
    在视觉上没有发生变化。将图7和图5进行对比,可以看出,本方案
    能够非常准确地提取出数字水印。

    为了验证本方案的数字水印的鲁棒性,对加入数字水印的载
    体图片进行了剪切或涂改、格式转换或加入噪声等处理后,再次进
    行数字水印的提取。

    参见图8,显示了对加入数字水印的载体图片进行了剪切后的
    图片,剪切后的图片中有部分数据内容缺失。图9显示了从图8中提
    取得到的水印图片;

    参见图10,显示了对加入数字水印的载体图片进行了格式转
    换后的图片,格式转换的方式为将图片从JPG转换为256色的BMP。
    图11显示了从图10中提取得到的水印图片;

    参见图12,显示了对加入数字水印的载体图片加入噪声后的
    图片,加入噪声后的图片上明显出现了大量黑色的圆形斑点。图13
    显示了从图12中提取得到的水印图片。

    从图9、图11和图13可以看出,实验结果证明,采用本方案的
    数字水印在载体图片经过格式变换、被涂改、剪切、受到噪声污染
    等情况下都有较好的鲁棒性。

    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发
    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?;さ姆段е?。

    关于本文
    本文标题:数字水印的加解密方法和系统.pdf
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