[发明专利]基于DCT系数统计特性的抗打印扫描彩色图像盲水印方法

说明书

技术领域

本发明属于数字水印技术领域，涉及彩色图像水印信息的嵌入和提取。具体是一种基于DCT系数统计特性的彩色图像抗打印扫描攻击的盲水印方法，该方法在保证强鲁棒性和大嵌入容量的前提下，取得了很好的视觉效果，而且嵌入的水印信息对打印扫描通道是健壮的。

背景技术

近些年来，随着高质量数字输入输出技术的进步，以及数字相机、录像机、扫描仪和打印机等设备的广泛使用，特别是高精度彩色激光打印机、扫描仪的普及，为人们的生活和工作带来了诸多便利，但同时也使各种证件、产品包装、证券、支票及证明文档的篡改或伪造变得非常容易。因此，这些用印刷方法生产的图像、文档的版权保护就成了急待解决的问题，使得印刷防伪技术显得异常重要。

数字图像水印技术可以很好地解决这个问题，既能达到良好的效果，又能有效地降低成本。数字图像水印技术将具有特定意义的图像或文本标记(即数字水印)，利用信息隐藏的方法嵌入到数字图像产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并可以作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析来保证信息的完整可靠，从而成为知识产权保护及数字多媒体防伪的有效手段。与传统的防伪技术相比，数字图像水印防伪具有安全性高、检测速度快、成本低等特点，将这一技术应用于印刷防伪将会有很大的前景。

目前，根据水印实现过程，图像水印算法大致可分为两类：空间域算法和变换域算法。

1、空间域水印算法

空间域水印算法通过直接修改原始图像的像素值来嵌入水印，其中最典型的是最低有效位方法fLSB，least significant bit)、基于统计的Patchwork算法等；然而，由于空间域水印嵌入算法是直接修改像素值来嵌入水印，其隐藏的水印信息在较强的信号处理情况下较难保存，尤其是像打印—扫描这样的对图像质量影响很大的硬拷贝攻击，上述空间域算法难以成功应用。

2.变换域水印算法

这类算法是在变换域中实现，通过修改某些变换系数来嵌入水印。这类技术—般是基于常用的局部或全局图像变换，与空域水印算法相比，变换域水印算法具有以下几个优点：

(1)变换域嵌入的水印信号能分布到空域的所有像素上，有利于保证水印的不可见性，同时增加水印算法的抗攻击能力；

(2)在变换域中，可更好地结合HVSf人眼视觉系统)的掩蔽特性，使水印的嵌入强度、嵌入位置、嵌入信息量随着图像载体数据各部分特性的不同而自适应调整，由于考虑到原始载体的局部特征，最终实现不可见性和鲁棒性的最佳折中。

(3)变换域方法可与现有的图像压缩方法兼容，可以在压缩中完成水印编码，增强水印系统的抗压缩攻击能力，并简化水印嵌入过程。

正是由于这几大优点，众多学者选择在变换域嵌入水印，主流的图像变换有离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)和离散傅立叶变换(DFT)等。

自从抗打印扫描数字图像水印算法提出以来，众多学者已经进行了大量研究，但是由于打印扫描过程是一个实际的应用环境，嵌入的水印信号所受的攻击不是单纯仿真实验中的一种或几种不同攻击的简单组合，而是多种复杂信号综合作用的结果。目前大多数算法只是针对打印扫描过程中的某一攻击进行研究，提取的水印效果不佳；而且所嵌入的水印信号多为少量的比特序列，或需要原始图像才可提出水印信息，离实际应用水平还相差甚远。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的抗打印扫描图像水印算法中存在的嵌入容量低、鲁棒性差、非盲水印提取模式等不足，提出一种基于DCT系数统计特性的抗打印扫描的彩色图像盲水印方法。一方面保证了嵌入图像的水印信息经过打印、复制和扫描之后还可以在盲水印提取模式下被正确提取；另一方面实现了水印的高嵌入容量、高不可见性以及水印嵌入和提取系统的简单与安全。

实现本发明的技术思路是：利用图像分块DCT变换的中频系数在统计中呈现出的均值近似等于0的特性，根据嵌入的水印位对系数施加正、负偏移，并根据图像纹理特征自适应调节水印嵌入强度，实现在彩色图像蓝色通道中嵌入水印信息；在水印提取时，只需对图像蓝色分量进行分块DCT变换，统计相应中频系数的均值，并与0比较，就可得到嵌入的水印信息。具体包括以下步骤：

(1)彩色图像的水印嵌入

A.水印信息预处理，将二值水印图像进行置乱，按行优先排列为一维序列，得到待嵌入的01水印序列；

B.提取彩色图像的蓝色分量，对蓝色分量进行分块DCT变换操作，并计算蓝色分量各像素点的纹理掩码值；