[发明专利]一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法

权利要求书

1.一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于主要处理过程为：

在数字水印嵌入端，对原始的8bit灰度图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，创建得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数及创建得到的特征水印中的每位比特，在逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域中自嵌入特征水印中的一位比特；最后通过逆离散余弦变换和一级逆离散小波变换得到嵌有数字水印的水印图像；

在数字水印提取与检测端，对嵌有数字水印的水印图像进行一级离散小波分解，将得到的逼近子图分割成多个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将逼近子图中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域；然后对逼近子图中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换；接着根据逼近子图中的所有子块的左上角区域和右上角区域的离散余弦变换直流系数，盲提取得到特征水印；再根据逼近子图中的每个子块的左下角区域和右下角区域的同一位置的离散余弦变换交流系数，盲提取得到认证水印；最后通过计算盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印之间的归一化相关系数来进行版权保护，通过逐位比较盲提取得到的特征水印和盲提取得到的认证水印来实现全盲篡改定位；

该全盲数字水印方法包括数字水印嵌入、数字水印提取与检测两个部分；

所述的数字水印嵌入部分的具体步骤为：

步骤①_1、选取一幅原始的8bit灰度图像，并记为F，F的尺寸大小为I×J；然后对F进行一级离散小波分解，得到F的三幅细节子图和一幅逼近子图，将F的逼近子图记为FA，FA的尺寸大小为接着将FA分割成个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将FA中的第k个子块记为FAB_k；再将FA中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域，将FAB_k中的左上角区域作为FAB_k中的第1个区域记为将FAB_k中的右上角区域作为FAB_k中的第2个区域记为将FAB_k中的左下角区域作为FAB_k中的第3个区域记为将FAB_k中的右下角区域作为FAB_k中的第4个区域记为其中，I表示F的水平方向分辨率，J表示F的竖直方向分辨率，符号为向下取整运算符号，k为正整数，

步骤①_2、对FA中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换，得到FA中的每个子块中的每个区域的离散余弦变换系数矩阵，将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为其中，和的维数均为4×4；

步骤①_3、创建特征水印W，具体过程为：计算FA中的每个子块的离散余弦变换直流系数均值，将FAB_k的离散余弦变换直流系数均值记为FAD_k，然后根据FA中的所有子块的离散余弦变换直流系数均值，创建得到特征水印W，将W的第k位比特记为W_k，其中，W的长度为表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，δ₁为设定的第一阈值；

步骤①_4、自嵌入特征水印W，具体过程为：在FA中的每个子块中自嵌入特征水印W中的一位比特，对于FAB_k，取出W_k，如果W_k＝0且则令然后令实现W_k的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令

如果W_k＝0且则对和不作处理，实现W_k的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令

如果W_k＝1且则令然后令实现W_k的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令

如果W_k＝1且则对和不作处理，实现W_k的自嵌入，接着当成立时，对和作进一步调整，即令并令

其中，表示中的第2行第2列元素，表示中的第2行第2列元素，G1和G2均为引入的中间变量，abs()为取绝对值函数，δ₂为设定的第二阈值，中的“＝”为赋值符号；

步骤①_5、在步骤①_4的基础上，对每个区域进行逆离散余弦变换；然后重组得到每个嵌有数字水印的子块，进而重组得到嵌有数字水印的逼近子图；接着对嵌有数字水印的逼近子图和F的三幅细节子图进行一级逆离散小波变换，得到嵌有数字水印的水印图像；

所述的数字水印提取与检测部分的具体步骤为：

步骤②_1、嵌有数字水印的水印图像为8bit灰度图像，记为TF，TF的尺寸大小为I×J；然后对TF进行一级离散小波分解，得到TF的三幅细节子图和一幅逼近子图，将TF的逼近子图记为TFA，TFA的尺寸大小为接着将TFA分割成个互不重叠的尺寸大小为8×8的子块，将TFA中的第k个子块记为TFAB_k；再将TFA中的每个子块分割成4个互不重叠的尺寸大小为4×4的区域，将TFAB_k中的左上角区域作为TFAB_k中的第1个区域记为将TFAB_k中的右上角区域作为TFAB_k中的第2个区域记为将TFAB_k中的左下角区域作为TFAB_k中的第3个区域记为将TFAB_k中的右下角区域作为TFAB_k中的第4个区域记为其中，符号为向下取整运算符号，k为正整数，

步骤②_2、对TFA中的每个子块中的每个区域进行离散余弦变换，得到TFA中的每个子块中的每个区域的离散余弦变换系数矩阵，将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为将的离散余弦变换系数矩阵记为其中，和的维数均为4×4；

步骤②_3、盲提取特征水印TW，具体过程为：计算TFA中的每个子块的离散余弦变换直流系数均值，将TFAB_k的离散余弦变换直流系数均值记为TFAD_k，然后根据TFA中的所有子块的离散余弦变换直流系数均值，盲提取得到特征水印TW，将TW的第k位比特记为TW_k，其中，TW的长度为表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，表示中的第1行第1列元素，为的离散余弦变换直流系数，δ₁为设定的第一阈值；

步骤②_4、盲提取认证水印TW^*，具体过程为：在TFA中的每个子块中盲提取出一位比特以得到认证水印TW^*，对于TFAB_k，提取得到TW^*中的第k位比特TW^*_k，其中，TW^*的长度为表示中的第2行第2列元素，表示中的第2行第2列元素；

步骤②_5、根据TW与TW^*进行版权保护，具体过程为：计算TW与TW^*之间的归一化相关系数，记为ρ(TW,TW^*)，利用ρ(TW,TW^*)来进行版权保护；

根据TW与TW^*进行篡改定位，具体过程为：根据TW中的每位比特与TW^*中对应的比特，确定TFA中的每个子块是否被篡改过，对于TFAB_k，若TW_k与TW^*_k相等，则确定TFAB_k未被篡改过；若TW_k与TW^*_k不相等，则确定TFAB_k被篡改过，实现了全盲篡改定位。

2.根据权利要求1所述的一种具有版权保护和篡改定位功能的全盲数字水印方法，其特征在于所述的步骤②_5中，其中，表示TW中的所有元素的平均值，表示TW^*中的所有元素的平均值。