[发明专利]一种基于连续多页文本图像水印嵌入与提取方法

摘要

本发明公开了一种基于连续多页文本图像水印嵌入与提取方法，具体步骤包括水印置乱；单页文本图像二值化；划分区域；计算文本覆盖率和连通面积；在DCT域嵌入水印；提取水印。从而在一定程度上解决文本水印算法容量低的问题。本发明能够根据实际水印容量需求和具体的文本图像完成水印的嵌入和提取过程，并且提取效果较好，文本图像在经过打印和扫描过程后，提取到的水印数据与原始水印图像的相似度都在90％以上。此外，通过在连续多页文本图像中嵌入并成功提取水印数据，本发明整体上提高了水印的嵌入容量，从而能够提供足够的水印容量来对连续多页文本文档的版权进行鉴定和保护，进而提高文本水印技术的实用性。

主权项

一种基于连续多页文本图像水印嵌入与提取方法，其特征在于，包括水印嵌入和水印提取两个过程；所述水印嵌入过程的具体步骤为：步骤一，将大小为m×n的二值图像作为水印数据W进行Arnold变换后，分割成长度为z的子序列，Wi(i＝1,2,3,…,Mmax)表示水印信息子序列集合；步骤二，从文本图像集合P中取出其中一页文本图像，大小为M*N，进行二值化处理，记为X；步骤三，将二值文本图像X分成M1*N1的区域，Xi(i＝1,2,3,…,Nmax)表示分区后的图像的某个区域，Nmax表示原始图像子区域的最大个数，Nmax由下式计算得到：步骤四，针对图像分区后的每一个区域，计算文本覆盖率k；文本覆盖率指的是该区域中黑色像素点的个数占像素点总个数的比例，某个区域的文本覆盖率k小于预先根据实验设定的阈值t，则认为该块文本字符个数较少，纹理复杂度较低，不适合在该区域中嵌入水印信息，对该块不进行任何的处理；k大于预先设定的阈值t，则该区域作为一个嵌入水印的有效区域，并将该区域加入到有效区域集合WX中；令WXi(i＝1,2,3,···,Mmax)表示某个有效区域，Mmax表示文本图像中有效区域的总数量；步骤五，令Z表示该文本图像中能够嵌入的最大的水印容量，则Z通过下式计算得到：Z＝Mmax*z；其中，z表示每个区域能够嵌入的水印容量，Mmax表示有效区域的个数；水印数据的容量为Z'＝m*n,更新剩余需要嵌入的水印容量dz，dz＝dz‑Z，dz初值为Z′；步骤六，依次从有效区域集合中取出一个区域WXi，将WXi进行分块操作；步骤七，分别计算每一分块的连通面积，对连通面积矩阵进行DCT变换，得到变换后的系数矩阵C，根据实际需要嵌入的水印容量修改DCT变换后的高频系数；Zig‑Zag遍历系数矩阵C，得到一维向量，wj表示嵌入的水印序列，则修改方式如下式所示：把修改后的系数矩阵C'通过逆DCT变换，得到修改后的连通面积矩阵M'；其中K为临界值，此时M和M'的变化量最小；通过比较M和M'，得到矩阵中每个元素的变化量，即该区域中每一个分块Bi的连通面积的改变量，从而计算每一个分块中黑色像素个数的变化量；黑色像素个数的变化量Ni通过下式计算得到：步骤八，根据Ni的值计算得到每个像素分块中翻转的像素点；若Ni＝0，不需要对该像素块进行像素翻转操作；若Ni>0，需要把像素块中Ni个白色像素点翻转为黑色像素点，像素块中黑色像素点增加Ni；若Ni<0，需要把像素块中Ni个黑色像素点翻转为白色像素点，像素块中黑色像素点减少Ni；步骤九，判断剩余需要嵌入的水印容量dz是否为0，若dz不为0，则说明水印未全部嵌入，需要更多的文本图像作为载体，转至步骤二继续执行水印的嵌入过程；若dz＝0，则说明水印全部嵌入，结束水印的嵌入过程；所述水印提取过程的具体步骤如下：步骤一，从文本载体图像集合中取出一页文本图像X，并二值化处理；步骤二，把X划分为大小为M1*N1的区域，得到图像区域集合Xi(i＝1,2,3,···,Nmax),Nmax表示分区后图像区域的个数；步骤三，计算区域集合Xi中每个区域的文本覆盖率k，某个区域的文本覆盖率k大于预定的阈值t，则认为该区域中包含有水印信息，将该区域加入到包含水印信息的区域集合WXi(i＝1,2,3,···,Mmax)中，Mmax表示二值文本图像中有效区域的个数；该区域的文本覆盖率k小于阈值t，则认为该区域不包含水印信息，不对该区域进行任何处理；文本覆盖率k的计算方式与水印嵌入时的计算方式相同；步骤四，得到包含水印信息的区域集合WXi(i＝1,2,3,···,Mmax)，对集合WXi中的一个区域分成大小相同的64个子块，计算每个分块的连通面积，最终得到该区域的连通面积矩阵M；步骤五，对连通面积矩阵M进行DCT变换，矩阵C表示变换后得到的系数矩阵；按照与Zig‑Zag相反的顺序遍历系数矩阵C得到一维向量Ci(i＝1,2,3,···,64)；通过比较高频系数与临界值K的符号是否相同，来判断在该系数上嵌入的水印信号；高频系数Ci与K符号相同，则水印信号为1；符号不同，则水印信号为0；K的值与嵌入水印时候K的值相同；步骤六，包含在该文本图像中的水印信息容量Z＝z*Mmax，更新已提取到的水印信息容量sz,sz＝sz+Z，比较sz与原始水印容量的大小；如果sz<m*n，则说明水印信息未提取完全，需要更多的文本载体图像，转至步骤一，继续执行水印提取过程；否则说明水印信息全部提取，则将提取到的水印信息进行Arnold逆变换，得到最终的水印图像，结束完整的水印提取过程。