專利名稱：基于分形圖像編碼的水印嵌入及提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于分形圖像編碼的水印嵌入及提取方法，具體地說(shuō)是 一種基于 正交化分形編碼，實(shí)現(xiàn)在分形壓縮圖像中實(shí)現(xiàn)嵌入及提取灰度水印圖像的方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字水印技術(shù)的基本思想是將某種信息嵌入到主數(shù)據(jù)中(靜態(tài)圖片、音頻或 視頻)使得如果嵌入的信息得到可靠的恢復(fù)后，那么該信息可以說(shuō)明主數(shù)據(jù)和原 始所有者之間的所屬關(guān)系。數(shù)字水印技術(shù)作為一種有效的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù) 據(jù)安全維護(hù)技術(shù)，近年來(lái)引起了人們的極大關(guān)注，并逐漸成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。 目前，以圖像為載體的數(shù)字水印技術(shù)是水印技術(shù)研究的重點(diǎn)之一，提出了基于空 間域、變換域和壓縮域的多種算法。
分形圖像壓縮技術(shù)是利用數(shù)字圖像本身固有的自相似性，在分形理論的指導(dǎo) 下，把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)的分形參數(shù)，從而達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮的目的。分形 圖像壓縮的研究是近15年發(fā)展起來(lái)的一種圖像壓縮方法，與其它比較成熟的壓 縮技術(shù)相比(如DPCM、 DCT、 VQ),具有高壓縮比、分辨率無(wú)關(guān)性等很多優(yōu)點(diǎn)。 隨著分形圖像自動(dòng)編碼算法的不斷改進(jìn)，編碼速度過(guò)慢的缺點(diǎn)得到改善，分形壓 縮比高的特點(diǎn)更為突出，使得分形在圖像壓縮編碼中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。利 用分形編碼中某些參數(shù)的不變性，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入和提取。分形壓縮水 印技術(shù)是一種集壓縮與水印嵌入于一體的技術(shù)，也是當(dāng)前數(shù)字水印技術(shù)研究的一 個(gè)重要方向，并且已取得了一些初步的成果。1996年，J.Paute和F. Jordan提 出了 一種基于分形圖像編碼理論的數(shù)字水印技術(shù)[源自In Proc . SPIE Photonics East Symposium , Boston MA, Nov. 18—22, 1996]。這種傳統(tǒng)的基于分 形圖像編碼的數(shù)字水印技術(shù)利用了值域子塊的最佳匹配子塊的位置不變性，根據(jù) 最佳匹配子塊所處的尋找區(qū)域來(lái)嵌入和提取有意義的水印。接著，又有許多學(xué)者提出了其他算法，但這類算法大都是在傳統(tǒng)方法上的改進(jìn)。雖然這類方法提供了 利用分形編碼在圖像壓縮過(guò)程中嵌入水印的一種有效途徑，但這類方法有一定局 限性(l)都是釆用O、 l序列碼作為水印，雖能夠?qū)崿F(xiàn)二值圖像嵌入，但不能 嵌入灰度圖像，在應(yīng)用上也有一定的局限性；(2)由于數(shù)字水印的嵌入和讀取 過(guò)程包含分形壓縮編碼和解碼過(guò)程，水印嵌入和提取的速度慢，時(shí)間長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)的分形編碼水印算法，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)灰度水印嵌入問(wèn) 題，提出了一種基于正交化分形編碼，通過(guò)改變編碼參數(shù)實(shí)現(xiàn)灰度水印嵌入及提 取的方法。該方法不但解決了灰度水印的嵌入問(wèn)題，且水印嵌入和提取的速度、 水印的抗攻擊都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
與傳統(tǒng)的分形編碼水印算法不同，本方法利用值域塊均值這一正交分形編碼 參數(shù)的迭代過(guò)程不變性，構(gòu)造了嵌入變換函數(shù)，將水印直接嵌入分形解碼參數(shù)， 從而實(shí)現(xiàn)了灰度水印圖像嵌入。水印的提取時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算含水印圖像的值域 塊均值，再利用嵌入變換函數(shù)的逆變換即可提取出水印。 卜
一種基于分形圖像編碼的水印嵌入方法，包括如下步驟
(a) 、原始圖像通過(guò)正交化分形編碼，得到編碼參數(shù)；
(b) 、將灰度水印圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括將水印圖像轉(zhuǎn)換成與原 始圖像的值域塊向量等長(zhǎng)的水印序列，再經(jīng)置亂及歸一化處理；
(c) 、結(jié)合原始圖像值域塊、灰度水印圖像和水印嵌入強(qiáng)度構(gòu)造嵌入變換 函數(shù)，計(jì)算得到嵌入水印信息的值域塊；其中水印嵌入強(qiáng)度的確定與灰度水印圖 像有關(guān)，水印嵌入強(qiáng)度主要用于調(diào)節(jié)水印對(duì)原始圖像的影響；
(d) 、利用正交化分形編碼值域塊參數(shù)的迭代過(guò)程不變性，將含水印信息 的值域塊替代原始圖像值域塊，得到含水印的編碼參數(shù)；
(e) 、對(duì)編碼參數(shù)解碼得到嵌入水印的圖像，即完成了灰度水印的嵌入?；诜中螆D像編碼的水印嵌入方法相對(duì)應(yīng)的水印提取方法，包括如下步驟:
(a) 、計(jì)算含水印圖像的值域塊均值；
(b) 、利用嵌入變換函數(shù)的逆變換即可得到水印序列；
(c) 、對(duì)水印序列，進(jìn)行水印預(yù)處理的逆變換，可提取出水印。
從水印提取步驟可以看出，水印提取時(shí)不需要再進(jìn)行最耗時(shí)的分形編碼，因 而提取速度大大加快。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用正交分形編碼值域塊均值的迭代過(guò)程不變性，通過(guò)改 變編碼參數(shù)實(shí)現(xiàn)灰度水印嵌入的方法，不但解決了灰度水印的嵌入問(wèn)題，且水印 嵌入和提取的速度、水印的抗攻擊都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。


圖l為基于分形圖像的水印嵌入方法的流程圖； 圖2為基于分形圖像的水印提取方法的流程具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
現(xiàn)有技術(shù)中，利用分形編碼在圖像壓縮過(guò)程中嵌入水印的方法有一定局限 性 一方面無(wú)法處理灰度水印圖像；另一方面水印嵌入和提取的速度慢，時(shí)間長(zhǎng)。 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明利用正交分形編碼值域塊均值的迭代過(guò)程不變性，通 過(guò)改變編碼參數(shù)實(shí)現(xiàn)灰度水印嵌入的方法，不但解決了灰度水印的嵌入問(wèn)題，且 水印嵌入和提取的速度、水印的抗攻擊都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。水印嵌入方法具體流程 參見圖1，水印提取方法具體流程參見圖2。
水印嵌入方法包括以下步驟
S101,原始圖像通過(guò)已有的正交化分形編碼技術(shù)，得到編碼參數(shù)^p(/)A,;^,其中A:表示等距變換的類型、尸(/)表示最佳匹配塊的位置、s,是
為對(duì)比度調(diào)節(jié)因子、互為值域塊,在正交分形編碼的迭代過(guò)程具有^均值不變性；
S102，將灰度水印圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到水印序列^，同時(shí)確定強(qiáng)度因子"；
S102-1,對(duì)灰度水印圖像進(jìn)行預(yù)處理，首先將水印圖像轉(zhuǎn)換成與原始圖像的 值域塊向量等長(zhǎng)的水印序列，即比例縮放；
S102-2,然后對(duì)處理過(guò)的灰度水印圖像進(jìn)行置亂、歸一化操作，此時(shí)需要記 錄預(yù)處理操作，水印提取時(shí)需要使用上述信息；
S102-3,根據(jù)灰度水印圖像的紋理特征，計(jì)算強(qiáng)度因子"，強(qiáng)度因子主要是 用于調(diào)節(jié)水印對(duì)原始圖像的影響。下面公式是強(qiáng)度因子a—種實(shí)施例。根據(jù)水印 嵌入強(qiáng)度的需要，義在0到1范圍內(nèi)取值。
《■=
<formula>formula see original document page 6</formula>si03,根據(jù)嵌入變換函數(shù)，計(jì)算得到嵌入水印圖像的值域塊:l。嵌入變換
函數(shù)如下
<formula>formula see original document page 6</formula>si04,根據(jù)值域塊參數(shù)的迭代過(guò)程不變性，用:l替代^，得到含水印的編
碼參數(shù)^,/^),^^一
Sl05,對(duì)編碼參數(shù)解碼得到嵌入水印的圖像。 水印提取方法包括以下步驟5201, 計(jì)算含水印圖像的值域塊均值i "
5202, 根據(jù)保存的信息原始圖像的值域塊均值》和嵌入水印強(qiáng)度因子"，對(duì)
嵌入變換函數(shù)進(jìn)行逆變換，即可得到水印序列；
5203, 對(duì)水印序列，進(jìn)行水印預(yù)處理的逆變換，可提取出水印。逆變換包括 歸一化、置亂、和比例縮放。
采用本發(fā)明方法，不但解決了灰度水印的嵌入問(wèn)題，且水印嵌入和提取的速 度、水印的抗攻擊都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于分形圖像編碼的水印嵌入方法，其特征在于包括如下步驟(a)、原始圖像通過(guò)正交化分形編碼，得到編碼參數(shù)；(b)、將灰度水印圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括將水印圖像轉(zhuǎn)換成與原始圖像的值域塊向量等長(zhǎng)的水印序列，再經(jīng)置亂及歸一化處理；(c)、結(jié)合原始圖像值域塊、灰度水印圖像和水印嵌入強(qiáng)度構(gòu)造嵌入變換函數(shù)，計(jì)算得到嵌入水印信息的值域塊；其中水印嵌入強(qiáng)度的確定與灰度水印圖像有關(guān)，水印嵌入強(qiáng)度主要用于調(diào)節(jié)水印對(duì)原始圖像的影響；(d)、利用正交化分形編碼值域塊參數(shù)的迭代過(guò)程不變性，將含水印信息的值域塊替代原始圖像值域塊，得到含水印的編碼參數(shù)；(e)、對(duì)編碼參數(shù)解碼得到嵌入水印的圖像，即完成了灰度水印的嵌入。
2、 與1所述的基于分形圖像編碼的水印嵌入方法相對(duì)應(yīng)的水印提取方法， 其特征在于包括如下步驟(a) 、計(jì)算含水印圖像的值域塊均值；(b) 、利用嵌入變換函數(shù)的逆變換即可得到水印序列；(c) 、對(duì)水印序列，進(jìn)行水印預(yù)處理的逆變換，可提取出水印。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于分形圖像編碼的水印嵌入及提取方法，屬于數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的分形編碼水印算法不同，本方法利用值域塊均值這一正交分形編碼參數(shù)的迭代過(guò)程不變性，構(gòu)造了嵌入變換函數(shù)，將水印直接嵌入分形解碼參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了灰度水印圖像嵌入。水印的提取可以通過(guò)計(jì)算含水印圖像的值域塊均值，再利用嵌入變換函數(shù)的逆變換即可提取出水印。該方法不但解決了灰度水印的嵌入問(wèn)題，且水印嵌入和提取的速度、水印的抗攻擊都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101286224SQ20081010079
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者強(qiáng) 馮, 繆永生, 繆菊紅, 黃曉晴 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)