[发明专利]一种数字图像的水印嵌入及认证方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信号处理技术领域，具体涉及一种图像双变换域特征和认证水印 相结合的图像认证方法。该方法借助特征矢量的半脆弱特性实现了对图像内容的真实性判别， 并实现了基于块的篡改定位。

技术背景

对数字图像进行真实性和完整性认证是目前多媒体信息安全的一个重要研究领域。因为 数字水印技术中的水印信息是与载体图像融合在一起的、不需要单独传输、不受格式影响并 且能协助实现篡改定位，这些都是数字签名技术所不具备的优点，故基于数字水印技术的图 像认证方法受到了更多的关注。

最初，基于水印的图像认证方法所采用的水印大多与图像内容无关，容易受到伪认证的 攻击。为了解决这个问题，基于内容的认证方案提出用基于内容的特征矢量来生成认证水印。 比较常见的基于内容的特征有胡不变矩、Zernike矩、直方图和角径向变换系数等，或者是图 像空间域或变换域的系数关系等等。

基于内容的认证方案跟数字图像所要表述的内容密切相关，具有一定的唯一性，故生成 的水印也具有一定的唯一性。在基于内容特征的水印图像认证方案中，水印信息反应了图像 的内容特征，使得水印与载体图像之间建立了一条紧密的纽带。然而，目前的认证方案均不 同程度地存在有待改进的地方，主要体现在用于图像认证的特征矢量的计算复杂度有待进一 步降低，且水印对正常操作的稳健性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可简单计算数字图像的特征矢量，且 极大提高数字水印的稳健性的水印嵌入及认证方法。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案为：将图像按块分成不重叠的两个区域——特 征区域和水印区域，再提取特征区域的DWT-DCT双变换域内的特征矢量，生成水印嵌入到 水印区域中，对图像内容进行真实性认证时，使用一致的分区方法将待检测图像分为两个不 重叠的区域，通过计算特征区域的特征矢量与水印区域提取水印恢复得到的特征矢量之间的 误差是否在可接受范围，从而判断出图像内容是否真实。

本发明与现有基于内容的水印图像认证技术相比有以下优点：

1、本发明提出的特征是对图像进行离散小波变换和离散余弦变换之后的双变换域里的一 系列系数。经一个10万幅图像的考察验证，该特征除了具有良好的对正常操作鲁棒和对恶意 攻击脆弱的半脆弱性特点外，还具有提取算法复杂度低，计算时间短，实时性高等优点。

2、将本发明所提出的特征矢量生成为水印信息嵌入图像，在认证端利用特征矢量的半脆 弱特性判别待检测图像受到的处理是正常操作还是恶意攻击，且采用了一个触弱动强的水印 嵌入结构，增大了恶意攻击对水印的改动，从而使认证结果更加可靠。

3、本发明提出的算法不可见性良好，对正常操作稳健性较好，而对恶意篡改比较敏感， 且能定位篡改。本发明方法嵌入水印后5000幅图像的峰值信噪比，记作PSNR，其值在40dB 以上。抗JPEG压缩的稳健性达到压缩因子40％，对抗噪声的强度是S＝5，S＝5表示对原始图 像叠加[-25，25]之间的随机噪声。当图像发生内容篡改时，认证认为该图像是不可信的，借助 水印的结构化嵌入，实现基于32×32大小块的篡改定位。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是对图像进行3级二维小波分解得到的子带示意图；

图3是对统一化为原始图像大小的特征区域3级二维小波分解后的低频子带进行离散余 弦变换后所选取的16个特征系数的位置示意图；

图4是水印的嵌入结构示意图；

图5是对原始图像1进行预处理、分区和水印嵌入的示意图；

图6是本对原始图像2进行预处理、分区和水印嵌入的示意图；

图7是对原始图像3进行预处理、分区和水印嵌入的示意图；

图8是对原始图像4进行预处理、分区和水印嵌入的示意图；

图9是水印图像1遭受恶意篡改时的认证结果示意图；

图10是水印图像2遭受恶意篡改时的认证结果示意图；

图11是水印图像3遭受恶意篡改时的认证结果示意图；

图12是水印图像4遭受恶意篡改时的认证结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。