[发明专利]基于压缩感知理论的交互支持双水印生成与检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种交互支持双水印算法。具体地说涉及的是一种压缩感知理论以及零水印技术，并结合奇异值分解理论形成一种新型交互支持双水印算法。

背景技术

数字水印作为一种有效解决图像版权问题的技术长期受到专家学者以及工程技术人员的广泛关注。按照用途不同可以将数字水印分为三类：鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱水印，分别用来实现版权保护、内容认证、篡改定位与恢复等目的。现有数字作品往往既需要保护版权信息又需要保证内容的真实性及完整性，但是一般水印算法在功能上大多是单一的，无法满足这一要求。

双水印技术通过向宿主图像中嵌入两种不同用途的水印实现对于多重功能的需求，鲁棒性水印和半脆弱水印的组合能够全面涵盖数字水印的主要功能，满足绝大多数应用的需要。Liu和Tan基于奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)理论设计了一种经典的鲁棒水印算法，详细内容于2002年发表在IEEE Transactions on Multimedia期刊第4期第1卷题名为“An SVD-based watermarking scheme for protecting rightful ownership”的文章中，该算法在满足水印透明性的同时具有非常出色的抗干扰性能，如果令其与有效的半脆弱水印算法配合将可以达到同时实现版权保护、内容认证、篡改定位与恢复的目的。但是Zhang和Li在2005年刊发的IEEE Transactions on Multimedia第7期第3卷文章“Comments on‘AnSVD-Based Watermarking Scheme for Protecting Rightful Ownership’”中指出该算法可以通过密钥从非版权图像中生成伪造水印，其后虽然经过诸多改进但这一严重的安全隐患依然没能被完美解决。而且两个相互独立工作的水印往往会导致双水印算法具有如下缺陷：(1)同时嵌入两种水印对图像视觉效果影响大；(2)两种水印在嵌入和提取过程中相互干扰，导致各自性能下降。

常规数字水印方法在嵌入水印信息的过程中都会对载体图像进行修改，如果双水印算法中两种水印的嵌入都使用类似的常规方法，那么载体图像的视觉效果将会受到严重的影响。电子学报2003年第31卷第2期文章“零水印的概念与应用”中提出的零水印方法是一种不需要修改原图像的水印算法，通过从载体图像中提取某种重要特征的方式生成水印，并将其注册到知识产权(Intellectual Property Right，IPR)数据库中实现对图像的保护。在双水印算法中，如果通过零水印技术生成其中一种水印就可以将其与常规方法嵌入的另一种水印有效地分隔开，这样既减少了水印对原始图像视觉效果的影响又有利于避免两种水印之间的相互干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性高，并能实现对待测图像所经历操作的强度进行分类、为估测待测图像所受攻击的类型提供依据的基于压缩感知理论的交互支持双水印生成与检测方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)水印的生成

(1.1)首先采用经典SVD算法向载体图像中嵌入鲁棒性水印，达到保护版权的目的。具体步骤如下：

(1.1.1)对原始图像AP R^NλN(其中R表示实数域，为方便起见以后均只对方阵进行讨论)进行SVD分解其中U P R^NλN和V P R^NλN均为正交(或酉)矩阵，上标T表示矩阵转置，S P R^NλN为对角阵，对角线元素为矩阵的奇异值；

(1.1.2)选择嵌入鲁棒性水印W，其尺寸不限但不应超过原始图像；

(1.1.3)将W嵌入到原始图像分解后的对角阵中再进行SVD分解其中α为嵌入因子，可以通过改变α的大小来控制嵌入水印的强度并以此调节水印的嵌入对图像视觉效果的影响；

(1.1.4)将矩阵U_w、V_w、S以及嵌入因子α作为密钥保存起来；

(1.1.5)使用原始图像分解得到的U、V以及嵌入水印后得到的S_w来构造含有鲁棒水印的图像A_w，

(1.2)其次从含有鲁棒水印的图像A_w中提取半脆弱水印，并将其作为零水印保存起来。

具体步骤如下：

(1.2.1)含有鲁棒水印的图像A_w被分成大小为BλB的小块；