專利名稱：一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于印刷品數(shù)字水印嵌入與提取，具體涉及一種可抵抗打 印掃描和幾何變換的印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置及方法。
技術(shù)背景隨著互聯(lián)網(wǎng)在全世界范圍內(nèi)的普及，各種數(shù)字作品(包括文檔、 聲音、圖像和視頻等)能夠更加容易地被非法復制和傳播，特別是印 刷品的盜版越來越嚴重，雖然出現(xiàn)了很多印刷防偽手段，但是由于高 精度的彩色打印機，復印機和掃描儀的出現(xiàn)，盜版以及假證市場依然 很猖獗，這必然對版權(quán)所有者的利益造成損害。2005年以來，我國出現(xiàn)了多個關(guān)于數(shù)字水印的專利技術(shù)。例如 《一種可抗幾何攻擊和常規(guī)攻擊的數(shù)字水印方法》(專利申請?zhí)?200510118216 )，提出了一種基于全圖D C T變換的數(shù)字水印技術(shù)；《一種基于圖像相位特征抗局部非線性幾何攻擊的水印方法》(專利 申請?zhí)?00610137067 )，提出了 一種基于圖像相位特征的數(shù)字水印技 術(shù)；《一種基于小波抗幾何攻擊的數(shù)字水印方法》(專利申請?zhí)?200610005372),提出了 一種基于小波變換的數(shù)字水印技術(shù)；《一種可 抗打印掃描和幾何變換的多比特數(shù)字水印方法》(專利申請?zhí)?200710028780 )， ^是出了一種可抗打印掃描和幾何變換的多比特數(shù)字 水印方法；雖然針對數(shù)字水印的專利已經(jīng)不少，但這些技術(shù)的缺點是 大部分的方法并不能抵抗打印掃描和幾何變換，故而不能在印刷品水 印中應用，而那些能抵抗打印掃描和幾何變換的方法大多在效率，安
全性和魯棒性上效果不太理想。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的數(shù)字水印不能抵抗打印掃描和幾何 變換的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種印刷品數(shù)字 水印嵌入與提取裝置，保障水印能安全、快速地進行提取。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種印刷品數(shù)字水印嵌 入與提取的方法，保障水印能安全、快速地進行嵌入和提取。根據(jù)本發(fā)明的第 一種技術(shù)方案， 一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置，包括水印嵌入機、水印提取機、密鑰包，其特征在于所述水 印嵌入機內(nèi)設置有圖片讀寫器、嵌入控制機構(gòu)和嵌入機構(gòu)；所述水印 提取機內(nèi)設置有圖片讀寫器、提取控制機構(gòu)和提取機構(gòu)，其中水印 嵌入機和水印提取機共用圖片讀寫器；所述圖片讀寫器的第 一輸出端連接所述嵌入控制機構(gòu)的第 一輸 入端，圖片讀寫器的第一輸入端連接嵌入控制結(jié)構(gòu)的第一輸出端，所 述嵌入控制機構(gòu)的第六輸入端連接密鑰包的第一輸出端，同時嵌入控 制機構(gòu)的輸入端與嵌入機構(gòu)的輸出端連接，嵌入控制機構(gòu)的輸出端與 嵌入機構(gòu)的輸入端連接；圖片讀寫器從外界讀取待嵌水印的圖片數(shù)據(jù) 并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給所述嵌入控制機構(gòu)；嵌入控制機構(gòu)讀取密鑰包產(chǎn)生 的密鑰，并將密鑰和待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)輸入嵌入機構(gòu)，嵌入機構(gòu)將 待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻處理、離散傅立葉變換和對數(shù)極坐標變 換，并嵌入聚類模板與水印，再將處理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變換 和逆傅立葉變換，然后輸出給嵌入控制機構(gòu)，嵌入控制機構(gòu)將已嵌入 水印的圖片數(shù)據(jù)輸出給圖片讀寫器，圖片讀寫器接收嵌入控制結(jié)構(gòu)輸 出的已嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)，寫出已嵌入水印的圖片；所述圖片讀寫器的第二輸出端連接所述提取控制機構(gòu)的第 一輸
入端，圖片讀寫器的第二輸入端連接提取控制機構(gòu)的第一輸出端，所 述提取控制機構(gòu)的第六輸入端連接密鑰包的第二輸出端，同時提取控 制機構(gòu)的輸入端與提取機構(gòu)的輸出端連接，提取控制機構(gòu)的輸出端與提取機構(gòu)的輸入端連接；圖片讀寫器從外界讀取已嵌水印的圖片并將 讀取的已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)發(fā)送給所述提取控制機構(gòu)，提取控制機構(gòu) 讀取密鑰包產(chǎn)生的密鑰，并將密鑰和已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)輸入提取機 構(gòu)，提取機構(gòu)將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換和對數(shù)極坐標變換，并使用 聚類性質(zhì)提取聚類?！挤?，計算出模板位移，算出幾何形變矩陣，再將 處理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變換和逆傅立葉變換，并使用形變矩陣 還原圖像，使用密鑰提取水印，然后將數(shù)據(jù)輸出給提取控制機構(gòu)，提 取控制機構(gòu)將處理后的圖片和水印信息輸出給圖片讀寫器，圖片讀寫 器接收提取控制機構(gòu)輸出的圖片和水印信息，寫出已嵌入水印的圖片 和水印。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述嵌入機構(gòu)內(nèi)還設置有水印信息 擴頻器、變換器、聚類纟莫板生成器和嵌入器，其中所述水印信息擴'頻器的輸入端與嵌入控制機構(gòu)的第二輸出端連 接，所述水印信息擴頻器的輸出端與嵌入控制機構(gòu)的第二輸入端連 接，水印信息擴頻器接收嵌入控制機構(gòu)輸出的密鑰和待嵌水印的圖 片數(shù)據(jù)，將待嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻處理，數(shù)據(jù)經(jīng)擴頻后再傳 回嵌入控制機構(gòu)，由嵌入控制機構(gòu)將該水印擴頻數(shù)據(jù)輸出到嵌入器；所述聚類模板生成器的輸入端連接到嵌入控制機構(gòu)第三輸出端， 聚類模板生成器的輸出端連接到嵌入控制機構(gòu)第三輸入端，聚類模板 生成器接收嵌入控制機構(gòu)輸出的待添加模板的數(shù)據(jù)和從密鑰包中取 得的密鑰，聚類模板生成器通過密鑰來生成嵌入模板的位置，然后在 該位置生成一種聚類模板，已添加模板的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制機構(gòu)， 由嵌入控制機構(gòu)將該數(shù)據(jù)輸出到嵌入器；所述嵌入器用于將水印信息嵌入到圖像，其輸入端連接嵌入控制 機構(gòu)的第四輸出端，其輸出端連接嵌入控制機構(gòu)的第四輸入端，嵌入 控制機構(gòu)向嵌入器輸出的數(shù)據(jù)包括從聚類模板生成器傳回的圖像數(shù) 據(jù)，從水印信息擴頻器傳回的水印擴頻數(shù)據(jù)，從密鑰包中取得的密鑰， 嵌入器將密鑰生成N個嵌入坐標，(其中N等于待嵌入水印信息序列 的個數(shù))，對于每個嵌入坐標F(u, v)取其對于原點成90度夾角的 坐標F2 (v， -u),設kw-F-F2,其中k是嵌入的強度，w是水印擴頻 信息，嵌入器將水印擴頻數(shù)據(jù)、已添加模板的數(shù)據(jù)全部嵌入到圖像數(shù) 據(jù)中，嵌入之后的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制結(jié)構(gòu)，并由嵌入控制結(jié)構(gòu)傳給 變換器；所述變換器的第 一 輸入端與嵌入控制機構(gòu)的第五輸出端連接， 所述變換器的第 一輸:出端與嵌入控制機構(gòu)的第五輸入端連接，變換器 接收嵌入控制機構(gòu)輸出的密鑰和待進行變換的圖片數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行 離散傅立葉變換、對數(shù)極坐標變換以及它們的逆變換，數(shù)據(jù)經(jīng)變換后 再傳回嵌入控制機構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述提取機構(gòu)內(nèi)還設置有變換器、 聚類模板識別器、提取器和校正器，其中所述變換器的第二輸入端連接提取控制機構(gòu)的第五輸出端，所述 變換器的第二輸出端連接提取控制機構(gòu)的第五輸入端，變換器接收提 取控制機構(gòu)輸出的密鑰和待進行變換的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉 變換、對數(shù)極坐標變換以及它們的逆變換，數(shù)據(jù)經(jīng)變換后再傳回提取 控制機構(gòu)；聚類模板識別器的輸入端連接提取控制機構(gòu)第三輸出端，聚類模 板識別器的輸出端連接^是取控制機構(gòu)第三輸入端，聚類4莫板識別器用
于識別由聚類模板生成器嵌入的聚類模板，并將其輸出到提取控制機構(gòu)，由提取控制機構(gòu)傳給校正器；校正器的輸入端連接提取控制機構(gòu)的第二輸出端，校正器的輸出 端連接提取控制機構(gòu)的第二輸入端，校正器接收提取控制機構(gòu)傳入的 待校正數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)校正后再輸出到提取控制機構(gòu)，由提取控制機構(gòu) 將該數(shù)據(jù)傳給提取器；所述提取器輸入端連接提取控制機構(gòu)的第四輸出端，其輸出端連 接提取控制機構(gòu)的第四輸入端，提取器接收提取控制機構(gòu)輸入的待提 取數(shù)據(jù)和提取控制機構(gòu)從密鑰包中取得的密鑰，提取器提取數(shù)字水印 并將提取后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過逆擴頻處理后輸出到提取控制機構(gòu)，由提取 控制機構(gòu)將該數(shù)據(jù)傳給圖片讀寫器，圖片讀寫器將水印信息寫出來。根據(jù)本發(fā)明的第二種技術(shù)方案， 一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取 方法，其特點是所述嵌入方法包括如下步驟第一步:使用擴頻技術(shù)處理水印信息通過線性移位寄存器產(chǎn)生隨機數(shù)列Vi,再使用隨機數(shù)列Vi將待嵌入的水印信息bi進行擴頻處理，具體如下擴頻后的水印信息w=bh x Vl+b2 x v2+b3 x v3+.....bi x Vi;第二步使用混沌產(chǎn)生隨機密鑰第三步讀取圖像并做離散傅立葉變換將圖像矩陣I (x, y) 轉(zhuǎn)變成頻域矩陣F (11， v);在其頻域中的N個嵌入坐標(其中N等 于待嵌入水印信息序列的個數(shù))，嵌入水印信息；第四步檢測頻域的中頻區(qū)域，并在中頻區(qū)域嵌入水??； 第五步對矩陣做對數(shù)極坐標變換將頻域矩陣F(u, v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r, 6 )，其中r是點離中心的距離，e是點與中心連成的直線與x軸的夾角； 第六步使用密鑰產(chǎn)生特定性質(zhì)的聚類^t板在對數(shù)極坐標域 中的密鑰包中取得一個關(guān)于嵌入坐標位置的密鑰，然后以該位置為中 心擴展出一個5x5的矩陣，將該矩陣的方差設成0，將其作為一個 聚類模板嵌入這個坐標位置；第七步將模板嵌入矩陣從密鑰包中取得N個嵌入坐標(其中N 等于待嵌入水印信息序列的個數(shù))，對于每個坐標F (u， v)取其對 于原點成90度夾角的坐標F2 (v, -u)，設kw-F-F2，其中k是嵌入 的強度，w是水印擴頻信息，將模板嵌入矩陣；第八步對矩陣做逆對數(shù)極坐標變換；第九步對矩陣做逆傅立葉變換。所述提取方法包括如下步驟第一步將圖像進行離散傅立葉變換，圖像矩陣I (x, y)轉(zhuǎn)變 成頻域矩陣F (u， v),在頻域中嵌入水印信號；該步驟使嵌入的水 印信號能量分布到所有像素上，提高方法的不可見性和魯棒性；第二步對矩陣做對數(shù)極坐標變換將頻域矩陣F (u， v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r， 6 ),其中r是點離中心 的距離，e是點與中心連成的直線與x軸的夾角；做對數(shù)極坐標變換 能夠使在頻域中的旋轉(zhuǎn)和縮放對應轉(zhuǎn)變成對數(shù)極坐標域中的x軸平 移和y軸平移，以便在對數(shù)極坐標域中提取聚類模板；第三步提取聚類模板，并計算出幾何形變矩陣在對數(shù)極坐標 域中遍歷每個點，以每個點為中心擴展出一個5 x 5的矩陣，計算該 矩陣方差，如果方差為0，則該矩陣是嵌入的聚類才莫板，再使用初始 密鑰得到先前嵌入模板的位置，用現(xiàn)在模板的位置比較得出模板在對 數(shù)極坐標域中的平移值，x軸的平移代表圖像的縮放大小，y軸的平 移代表圖像的旋轉(zhuǎn)大小，從而算出幾何形變矩陣；
第四步做逆對數(shù)極坐標變換； 第五步做逆傅立葉變換；第六步使用形變矩陣還原圖像使用得到的形變矩陣，逆向校 正圖像；第七步離散傅立葉變換在頻域中使用初始嵌入水印的密鑰得 到嵌入的位置；第八步使用密鑰提取水印在每個坐標F(u， v)取其對于原 點成90度夾角的坐標F2 (v， -u)，設kw二F-F2,其中k是嵌入的強 度，w是水印擴頻信息，從而提取出水印信息。本發(fā)明所述的一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取方法的有益效果 是本發(fā)明首次將聚類思想引入到印刷品數(shù)字水印技術(shù)中，使本發(fā)明 在保持較高效率的情況下具有很強的魯棒性，在隨機數(shù)生成上引入混 -;屯系統(tǒng)，使隨機數(shù)的生成更具隨機性，敏感性；能夠在印刷品圖像中 快速的嵌入水印和提取水印，并且嵌入水印的印刷品圖像在經(jīng)過打 印，掃描和幾何形變后完整的將水印提取出來，有著很高的安全性。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的說明。圖1是本發(fā)明所述的印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置中水印嵌入機l的構(gòu)成框圖。圖2是本發(fā)明所述的印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置中水印提取機2的構(gòu)成框圖。'圖3是本發(fā)明所述的印刷品數(shù)字水印嵌入方法的流程圖。 圖4是本發(fā)明所述的印刷品數(shù)字水印提取方法的流程圖。
具體實施方式
參見圖l和圖2. —種印刷品數(shù)字水印嵌入與^是:取裝置，由水印
嵌入機1、水印提取機2、密鑰包3)構(gòu)成，在所述水印嵌入機1內(nèi) 設置有圖片讀寫器4、嵌入控制機構(gòu)5和嵌入^L構(gòu)7;在所述水印提 取機2內(nèi)設置有圖片讀寫器4、提取控制機構(gòu)6和提取機構(gòu)8，其中 水印嵌入機1和水印提取機2共用圖片讀寫器4;所述圖片讀寫器4的第一輸出端連接所述嵌入控制機構(gòu)5的第一 輸入端，圖片讀寫器4的第一輸入端連接嵌入控制結(jié)構(gòu)5的第一輸出 端，所述嵌入控制機構(gòu)5的第六輸入端連接密鑰包3的第一輸出端， 同時嵌入控制機構(gòu)5的輸入端與嵌入機構(gòu)7的輸出端連接，嵌入控制 機構(gòu)5的輸出端與嵌入機構(gòu)7的輸入端連接；圖片讀寫器4從外界讀 取待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給所述嵌入控制機構(gòu)5;嵌入 控制機構(gòu)5讀取密銅包3產(chǎn)生的密鑰，并將密鑰和待嵌水印的圖片數(shù) 據(jù)輸入嵌入機構(gòu)7,嵌入機構(gòu)7將待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻處理、 離散傅立葉變換和對數(shù)極坐標變換，并嵌入聚類模板與水印，再將處 理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變換和逆傅立葉變換，然后輸出給嵌入控 制機構(gòu)5，嵌入控制機構(gòu)5將已嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)輸出給圖片讀寫 器4,圖片讀寫器4接收嵌入控制結(jié)構(gòu)5輸出的已嵌入水印的圖片數(shù) 據(jù)，寫出已嵌入水印的圖片；所述圖片讀寫器4的第二輸出端連接所述提取控制機構(gòu)6的第一 輸入端，圖片讀寫器4的第二輸入端連接提取控制機構(gòu)6的第一輸出 端，所述提取控制機構(gòu)6的第六輸入端連接密鑰包3的第二輸出端， 同時提取控制機構(gòu)6的輸入端與提取機構(gòu)8的輸出端連接，提取控制 機構(gòu)6的輸出端與提取機構(gòu)8的輸入端連接；圖片讀寫器4從外界讀 取已嵌水印的圖片并將讀取的已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)發(fā)送給所述提取 控制機構(gòu)6,提取控制機構(gòu)6讀取密鑰包3產(chǎn)生的密鑰，并將密鑰和 已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)輸入提取機構(gòu)8,提取機構(gòu)8將數(shù)據(jù)進行離散傅
立葉變換和對數(shù)極坐標變換，并使用聚類性質(zhì)提取聚類模板，計算出 模板位移，算出幾何形變矩陣，再將處理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變 換和逆傅立葉變換，并使用形變矩陣還原圖像，使用密鑰提取水印，然后將數(shù)據(jù)輸出給提取控制機構(gòu)6,提取控制機構(gòu)6將處理后的圖片 和水印信息輸出給圖片讀寫器4,圖片讀寫器4接收提取控制機構(gòu)6 輸出的圖片和水印信息，寫出已嵌入水印的圖片和水印。密鑰包3內(nèi)安裝一個初值作為設定的密鑰，該密鑰由發(fā)送方和接 收方通過其他渠道共享，包內(nèi)設一混沌系統(tǒng)，利用密鑰產(chǎn)生出隨機序 列，并分別被裝入水印嵌入機1和水印提取機2。該混沌系統(tǒng)是一種 :帔廣泛研究的動力系統(tǒng)，即Logistic映射，其定義如下 x4+1 =z^(l-xj。其中，0""4稱為系統(tǒng)參數(shù)，6(0,1)。當 3.5699456....<"^4時，Logistic映射工作處于混、;屯狀態(tài)，所產(chǎn)生的序 列A, * = 0,1,2,3，....是非周期的、不收斂的，且對初始值非常敏感。本 方法^f吏用的初始^f直為；c(O) = 0.78392 ,參凄tw二2。 將混沌系統(tǒng)引入隨機數(shù)的生成中，具有隨機性混沌系統(tǒng)能夠以確定性的方式產(chǎn)生長周期的偽隨機序列。敏感性混沌系統(tǒng)對狀態(tài)初值和系統(tǒng)敏感，即所謂的"蝴蝶效應"。 簡單性混沌系統(tǒng)通常以筒單的運算產(chǎn)生復雜的行為。 遍歷性混沌系統(tǒng)能等概率地經(jīng)過所有的狀態(tài)。 并且，所述嵌入機構(gòu)7內(nèi)還設置有水印信息擴頻器9、變換器10、 聚類模板生成器11和嵌入器12，其中所述水印信息擴頻器9的輸入端與嵌入控制機構(gòu)5的第二輸出端 連接，所述水印信息擴頻器9的輸出端與嵌入控制機構(gòu)5的第二輸入 端連接，水印信息擴頻器9接收嵌入控制機構(gòu)5輸出的密鑰和待嵌水 印的圖片數(shù)據(jù)，將待嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻處理；^f吏其具有更 高的安全性和魯棒性，數(shù)據(jù)經(jīng)擴頻后再傳回嵌入控制機構(gòu)5,由嵌入 控制機構(gòu)5將該水印擴頻數(shù)據(jù)傳入嵌入器12;聚類模板生成器11用于生成聚類模板，以便在打印掃描后的提 取階段由聚類模板識別器14識別出該聚類模板，然后定量的描述圖 像經(jīng)過打印掃描后的幾何形變是多少，聚類模板生成器11的輸入端 連接到嵌入控制機構(gòu)5第三輸出端，聚類模板生成器11的輸出端連 接到嵌入控制機構(gòu)5第三輸入端，聚類模板生成器11接收嵌入控制 機構(gòu)5輸出的待添加模板的數(shù)據(jù)和從密鑰包3中取得的密鑰，聚類模 板生成器11通過密鑰來生成嵌入沖莫板的位置，然后在該位置生成一 種含特定性質(zhì)的聚類模板，所述特定性質(zhì)是指該聚類模板的方差為0, 嵌入之后的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制機構(gòu)5，由嵌入控制機構(gòu)5將該數(shù)據(jù) 傳回嵌入器12;嵌入器12用于將水印信息嵌入到圖像，其輸入端連接嵌入控制 機構(gòu)5的第四輸出端，其輸出端連接嵌入控制^4勾5的第四輸入端， 嵌入控制機構(gòu)5向嵌入器12輸出的數(shù)據(jù)包括從聚類模板生成器11傳 回的圖像數(shù)據(jù)，從水印信息擴頻器9傳回的水印擴頻數(shù)據(jù)，從密鑰包 3中取得的密鑰，嵌入器12將密鑰生成若N個嵌入坐標，其中N等 于待嵌入水印信息序列的個數(shù)，比如序列是vlv2v3v4... vl00,那n 就等于IOO, —般N》100。對于每個坐標F(u， v)取其對于原點成 90度夾角的坐標F2 (:v， -u)，設kw-F-F2，其中k是嵌入的強度，w 是水印擴頻信息，嵌入器12將水印擴頻數(shù)據(jù)、添加4莫板的數(shù)據(jù)全部 嵌入到圖像數(shù)據(jù)中，嵌入之后的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制結(jié)構(gòu)5,并由嵌 入控制結(jié)構(gòu)5傳給變換器10;所述變換器10的第一輸入端與嵌入控制機構(gòu)5的第五輸出端連
接，所述變換器10的第一輸出端與嵌入控制機構(gòu)5的第五輸入端連 接，變換器IO接收嵌入控制機構(gòu)5輸出的密鑰和待進行變換的圖片數(shù) 據(jù)，將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換、對數(shù)極坐標變換以及它們的逆變換， 數(shù)據(jù)經(jīng)變換后再傳回嵌入控制機構(gòu)5。并且，所述提取機構(gòu)8內(nèi)還設置有變換器10、聚類模板識別器 14、提取器15和校正器13,其中所述變換器10 W第二輸入端連接提取控制機構(gòu)6的第五輸出端， 所述變換器10的第二輸出端連接提取控制機構(gòu)6的第五輸入端，變 換器10接收提取控制機構(gòu)6輸出的密鑰和待進行變換的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù) 進行離散傅立葉變換、對數(shù)極坐標變換以及它們的逆變換，數(shù)據(jù)經(jīng)變 換后再傳回提取控制機構(gòu)6;聚類模板識別器14的輸入端連接提取控制機構(gòu)6第三輸出端， 聚類模板識別器14的輸出端連接提取控制機構(gòu)6第三輸入端，聚類 模板識別器14用于識別由聚類模板生成器11嵌入的聚類模板，并將 其輸出到提取控制機構(gòu)6，由提取控制機構(gòu)6傳給校正器13;校正器13的輸入端連接提取控制機構(gòu)6的第二輸出端，校正器 13的輸出端連接提取控制機構(gòu)6的第二輸入端，校正器13接收提取 控制機構(gòu)6傳入的待校正數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)校正后再輸出到提取控制機構(gòu) 6,由提取控制機構(gòu)6將該數(shù)據(jù)傳給提取器15;校正器13用于校正 圖像經(jīng)打印掃描后的'幾何形變，盡量使其與沒有打印掃描時差別不 大，以便從圖像里提取出數(shù)字水??；提取器15用于提取數(shù)字水印，其輸入端連接提取控制機構(gòu)6的 第四輸出端，其輸出端連接提取控制機構(gòu)6的第四輸入端，提取器 15接收提取控制機構(gòu)6輸入的待提取數(shù)據(jù)和提取控制機構(gòu)6從密鑰 包3中取得的密鑰，；:提取器15將提取后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過逆擴頻處理后
輸出到提取控制機構(gòu)6，由提取控制機構(gòu)6將該數(shù)據(jù)傳給圖片讀寫器 4，圖片讀寫器4將水印信息寫出來。參見圖3, —種印刷品數(shù)字水印嵌入方法，所述方法包括如下步驟第一步使用擴頻技術(shù)處理水印信息通過線性移位寄存器產(chǎn)生隨機數(shù)列Vi,再使用隨機數(shù)列Vi將待嵌入的水印信息bi進行擴頻處理，具體如下擴頻后的水印信息w=th x Vl+b2 x v2+b3 x v3+.....bi x Vi;第二步使用混沌產(chǎn)生隨機密鑰第三步讀取圖像并做離散傅立葉變換將圖像矩陣I (x, y)轉(zhuǎn) 變成頻域矩陣F(u, v);在其頻域中的N個嵌入坐標嵌入水印信息， 其中N等于待嵌入水印信息序列的個數(shù)，比如序列是 vlv2v3v4. ..vlOO，那n就等于100, —般取N》100;第四步檢測頻域中頻區(qū)域，并在中頻區(qū)域嵌入水?。挥捎诟哳l 信息容易被過濾掉，而低頻信息涉及到圖像的主要部分，不能輕易改 動，所以選擇在頻域的中頻區(qū)域嵌入水?。皇骨度氲乃⌒盘柲芰糠?布到所有像素上，提高方法的不可見性和魯棒性；第五步對矩陣做對數(shù)極坐標變換將頻域矩陣F(u, v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r， 6 )，其中r是點離中心 的距離，6是點與中心連成的直線與x軸的夾角；做對數(shù)極坐標變換 能夠使在頻域中的旋轉(zhuǎn)和縮放對應轉(zhuǎn)變成對數(shù)極坐標域中的x軸平 移和y軸平移，以便在對數(shù)極坐標域中嵌入聚類模板；第六步使用密鑰產(chǎn)生特定性質(zhì)的聚類模板在對數(shù)極坐標域 中的密鑰包中取得一個關(guān)于嵌入坐標位置的密鑰，然后以該位置為中 心擴展出一個5x5的矩陣，將該矩陣的方差設成0,將其作為一個
聚類模板嵌入這個坐標位置；聚類模板的作用在于能夠在提取時將 其提取出來，從而算出圖像經(jīng)過打印掃描后旋轉(zhuǎn)，拉伸的程度，以便 在提取水印之前將其校正；第七步將模板嵌入矩陣:從密鑰包中取得將N個嵌入坐標，其中 N等于待嵌入水印信息序列的個數(shù)，比如序列是vlv2v3v4... vl.OO， 那n就等于10G, —般N》100，對于每個坐標F(u, v)取其對于原 點成90度夾角的坐標F2 (v, -u)，設kw-F-F2，其中k是嵌入的強 度，w是水印擴頻信息，將模板嵌入矩陣；第八步對矩陣做逆對數(shù)極坐標變換；第九步對矩陣做逆傅立葉變換。參見圖4， 一種印刷品數(shù)字水印提取方法，所述方法包括如下步 驟 ；第一步將圖像進行離散傅立葉變換，圖像矩陣I (x, y)轉(zhuǎn)變 成頻域矩陣F(u， v)，在頻域中嵌入水印信號；該步驟使嵌入的水 印信號能量分布到所有像素上，提高方法的不可見性和魯棒性；第二步對矩陣做對數(shù)極坐標變換:將頻域矩陣F (u, v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r, 6 ),其中r是點離中心 的距離，6是點與中心連成的直線與x軸的夾角；做對數(shù)極坐標變換 能夠使在頻域中的旋轉(zhuǎn)和縮放對應轉(zhuǎn)變成對數(shù)極坐標域中的x軸平 移和y軸平移，以便在對數(shù)極坐標域中提取聚類模板；第三步提取聚類才莫板，并計算出幾何形變矩陣在對數(shù)極坐標 域中遍歷每個點，以每個點為中心擴展出一個5x5的矩陣，計算該 矩陣方差，如果方差為0,則該矩陣是嵌入的聚類才莫板，再使用初始 密鑰得到先前嵌入模板的位置，用現(xiàn)在模板的位置比較得出模板在對 數(shù)極坐標域中的平移值，x軸的平移代表圖像的縮放大小，y軸的平
移代表圖像的旋轉(zhuǎn)大小，從而算出幾何形變矩陣； 第四步做逆對數(shù)極坐標變換； 第五步做逆傅立葉變換；第六步使用形變矩陣還原圖像使用得到的形變矩陣，逆向校 正圖像；第七步離散傅立葉變換在頻域中使用初始嵌入水印的密鑰得 到嵌入的位置；第八步使用密鑰提取水印在每個坐標F(u， v)取其對于原 點成90度夾角的坐標F2 (v, -u),設kw-F-F2,其中k是嵌入的強 度，w是水印擴頻信息，從而提取出水印信息。
權(quán)利要求
1、一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置，包括水印嵌入機(1)、水印提取機(2)、密鑰包(3)，其特征在于所述水印嵌入機(1)內(nèi)設置有圖片讀寫器(4)、嵌入控制機構(gòu)(5)和嵌入機構(gòu)(7)；所述水印提取機(2)內(nèi)設置有圖片讀寫器(4)、提取控制機構(gòu)(6)和提取機構(gòu)(8)，其中.水印嵌入機(1)和水印提取機(2)共用圖片讀寫器(4)；所述圖片讀寫器(4)的第一輸出端連接所述嵌入控制機構(gòu)(5)的第一輸入端，圖片讀寫器(4)的第一輸入端連接嵌入控制結(jié)構(gòu)(5)的第一輸出端，所述嵌入控制機構(gòu)(5)的第六輸入端連接密鑰包(3)的第一輸出端，同時嵌入控制機構(gòu)(5)的輸入端與嵌入機構(gòu)(7)的輸出端連接，嵌入控制機構(gòu)(5)的輸出端與嵌入機構(gòu)(7)的輸入端連接；圖片讀寫器(4)從外界讀取待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給所述嵌入控制機構(gòu)(5)；嵌入控制機構(gòu)(5)讀取密鑰包(3)產(chǎn)生的密鑰，并將密鑰和待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)輸入嵌入機構(gòu)(7)，嵌入機構(gòu)(7)將待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻處理、離散傅立葉變換和對數(shù)極坐標變換，并嵌入聚類模板與水印，再將處理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變換和逆傅立葉變換，然后輸出給嵌入控制機構(gòu)(5)，嵌入控制機構(gòu)(5)將已嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)輸出給圖片讀寫器(4)，圖片讀寫器(4)接收嵌入控制結(jié)構(gòu)(5)輸出的已嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)，寫出已嵌入水印的圖片；所述圖片讀寫器(4)的第二輸出端連接所述提取控制機構(gòu)(6)的第一輸入端，圖片讀寫器(4)的第二輸入端連接提取控制機構(gòu)(6)的第一輸出端，所述提取控制機構(gòu)(6)的第六輸入端連接密鑰包(3)的第二輸出端，同時提取控制機構(gòu)(6)的輸入端與提取機構(gòu)(8)的輸出端連接，提取控制機構(gòu)(6)的輸出端與提取機構(gòu)(8)的輸入端連接；圖片讀寫器(4)從外界讀取已嵌水印的圖片并將讀取的已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)發(fā)送給所述提取控制機構(gòu)(6)，提取控制機構(gòu)(6)讀取密鑰包(3)產(chǎn)生的密鑰，并將密鑰和已嵌水印的圖片數(shù)據(jù)輸入提取機構(gòu)(8)，提取機構(gòu)(8)將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換和對數(shù)極坐標變換，并使用聚類性質(zhì)提取聚類模板，計算出模板位移，算出幾何形變矩陣，再將處理后的數(shù)據(jù)做逆對數(shù)極坐標變換和逆傅立葉變換，并使用形變矩陣還原圖像，使用密鑰提取水印，然后將數(shù)據(jù)輸出給提取控制機構(gòu)(6)，提取控制機構(gòu)(6)將處理后的圖片和水印信息輸出給圖片讀寫器(4)，圖片讀寫器(4)接收提取控制機構(gòu)(6)輸出的圖片和水印信息，寫出已嵌入水印的圖片和水印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置， 其特征在于所述嵌入機構(gòu)(7)內(nèi)還設置有水印信息擴頻器(9)、 變換器(10)、聚類模板生成器(11)和嵌入器(12),其中所述水印信息擴頻器(9 )的輸入端與嵌入控制機構(gòu)(5 )的第二 輸出端連接，所述水印信息擴頻器(9 )的輸出端與嵌入控制機構(gòu)(5 ) 的第二輸入端連接，水印信息擴頻器(9 )接收嵌入控制機構(gòu)(5 )輸 出的密鑰和待嵌水印的圖片數(shù)據(jù)，將待嵌入水印的圖片數(shù)據(jù)進行擴頻 處理，數(shù)據(jù)經(jīng)擴頻后再傳回嵌入控制機構(gòu)(5 )，由嵌入控制機構(gòu)(5 ) 將該水印擴頻凄t據(jù)輸出到嵌入器(120;所述聚類模板生成器(11)的輸入端連接到嵌入控制機構(gòu)(5) 第三輸出端，聚類模板生成器(11 )的輸出端連接到嵌入控制機構(gòu)(5 ) 第三輸入端，聚類模板生成器(11)接收嵌入控制機構(gòu)(5)輸出的 待添加模板的數(shù)據(jù)和從密鑰包(3)中取得的密鑰，聚類模板生成器 (11 )通過密鑰來生成嵌入才莫板的位置，然后在該位置生成一種聚類模板，已添加模板的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制機構(gòu)(5 )，由嵌入控制機構(gòu) (5 )將該數(shù)據(jù)輸出到嵌入器(12 );所述嵌入器(12 )用于將水印信息嵌入到圖像，其輸入端連接嵌 入控制機構(gòu)(5)的第四輸出端，其輸出端連接嵌入控制機構(gòu)(5)的 第四輸入端，嵌入控制機構(gòu)(5)向嵌入器(12)輸出的數(shù)據(jù)包括從 聚類模板生成器(11)傳回的圖像數(shù)據(jù)，從水印信息擴頻器(9)傳 回的水印擴頻數(shù)據(jù)，隊密鑰包(3)中取得的密鑰，嵌入器(12)將 密鑰生成N個嵌入坐標(其中N等于待嵌入水印信息序列的個數(shù))， 對于每個嵌入坐標F ( u, v )取其對于原點成90度夾角的坐標F2 ( v, -u),設kw:F-F2，其中k是嵌入的強度，w是水印擴頻信息，嵌入器 (12 )將水印擴頻數(shù)據(jù)、已添加模板的數(shù)據(jù)全部嵌入到圖像數(shù)據(jù)中， 嵌入之后的數(shù)據(jù)再傳回嵌入控制結(jié)構(gòu)(5),并由嵌入控制結(jié)構(gòu)(5) 傳給變換器(10);所述變換器(10)的第一輸入端與嵌入控制才幾構(gòu)(5)的第五輸 出端連接，所述變換器(10)的第一輸出端與嵌入控制機構(gòu)(5)的 第五輸入端連接，變換器(10 )接收嵌入控制機構(gòu)(5 )輸出的密鑰和 待進行變換的圖片數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換、對數(shù)極坐標變 換以及它們的逆變換，數(shù)據(jù)經(jīng)變換后再傳回嵌入控制機構(gòu)(5)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取 裝置，其特征在于所述提取機構(gòu)(8)內(nèi)還設置有變換器(10)、聚 類模板識別器(14)、提取器(15)和校正器(13)，其中所述變換器(1G)的第二輸入端連接提取控制機構(gòu)(6)的第五 輸出端，所述變換器(10)的第二輸出端連接提取控制機構(gòu)(6)的 第五輸入端，變換器(10)接收提取控制機構(gòu)(6)輸出的密鑰和待 進行變換的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行離散傅立葉變換、對數(shù)極坐標變換以及它們的逆變換，數(shù)據(jù)經(jīng)變換后再傳回提取控制機構(gòu)(6);聚類模板識別器(14)的輸入端連接提取控制機構(gòu)(6)第三輸 出端，聚類模板識別器(14)的輸出端連接提取控制機構(gòu)(6)第三 輸入端，聚類模板識別器(14 )用于識別由聚類模板生成器(11)嵌 入的聚類模板，并將其輸出到提取控制機構(gòu)(6 ),由提耳又控制機構(gòu)(6 ) 傳給校正器(13);校正器(13)的輸入端連接提取控制機構(gòu)(6)的第二輸出端， 校正器(13)的輸出端連接提取控制機構(gòu)(6)的第二輸入端，校正 器(13)接收提取控制機構(gòu)(6)傳入的待校正數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)校正后 再輸出到提取控制機構(gòu)(6),由提取控制機構(gòu)(6)將該數(shù)據(jù)傳給提 取器(15);所述提取器(15 )輸入端連接提取控制機構(gòu)(6 )的第四輸出端， 其輸出端連接提取控制機構(gòu)(6)的第四輸入端，提取器(15)接收 提取控制機構(gòu)(6 )輸入的待提取數(shù)據(jù)和提取控制機構(gòu)(6 )從密鑰包 (3)中取得的密鑰，提取器(15)提取數(shù)字水印并將提取后的數(shù)據(jù) 再經(jīng)過逆擴頻處理后輸出到提取控制機構(gòu)(6 ),由提耳又控制機構(gòu)(6 ) 將該數(shù)據(jù)傳給圖片讀寫器(4)，圖片讀寫器(4)將水印信息寫出來。
4、 一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取方法，其特點是所述嵌入 方法包括如下步驟第一步使用擴頻技術(shù)處理水印信息通過線性移位寄存器產(chǎn)生隨機數(shù)列Vi,再使用隨機數(shù)列Vi將待嵌入的水印信息th進行擴頻處理，具體如下擴頻后的水印信息x Vl+b2 x V2+b3 x V3+.....bi x Vi;第二步使用混沌產(chǎn)生隨機密鑰 第三步讀取圖像并做離散傅立葉變換將圖像矩陣I (x， y) 轉(zhuǎn)變成頻域矩陣F (u, v);在其頻域中的N個嵌入坐標(其中N等 于待嵌入水印信息序列的個數(shù))，嵌入水印信息；第四步；險測頻域的中頻區(qū)域，并在中頻區(qū)域嵌入水??；第五步對矩陣做對數(shù)極坐標變換將頻域矩陣F(u， v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r, 6 )，其中r是點離中心 的距離，6是點與中心連成的直線與x軸的夾角；第六步使用密鑰產(chǎn)生特定性質(zhì)的聚類模板在對數(shù)極坐標域 中的密鑰包中取得一個關(guān)于嵌入坐標位置的密鑰，然后以該位置為中 心擴展出一個5x5的矩陣，將該矩陣的方差:&成0,將其作為一個 聚類模板嵌入這個坐標位置；第七步將模板嵌入矩陣從密鑰包中取得N個嵌入坐標(其中N 等于待嵌入水印信息序列的個數(shù))，對于每個坐標F (u， v)取其對 于原點成90度夾角的坐標F2 (v, -u),設kw-F-F2，其中k是嵌入 的強度，w是水印擴頻信息，將模板嵌入矩陣；第八步對矩陣做逆對數(shù)極坐標變換；第九步:對矩陣做逆傅立葉變換。所述提取方法包括如下步驟第一步將圖像進行離散傅立葉變換，圖像矩陣I (x, y)轉(zhuǎn)變 成頻域矩陣F(u, v)，在頻域中嵌入水印信號；該步驟使嵌入的水 印信號能量分布到所有像素上，提高方法的不可見性和魯棒性；第二步對矩陣做對數(shù)極坐標變換將頻域矩陣F (u， v)做對 數(shù)極坐標變換轉(zhuǎn)換成對數(shù)極坐標矩陣L (r, 6 )，其中r是點離中心 的距離，6是點與中心連成的直線與x軸的夾角；做對數(shù)極坐標變換 能夠使在頻域中的旋轉(zhuǎn)和縮放對應轉(zhuǎn)變成對數(shù)極坐標域中的x軸平 移和y軸平移，以便在對數(shù)極坐標域中提取聚類模板；第三步提取聚類模板，并計算出幾何形變矩陣在對數(shù)極坐標 域中遍歷每個點，以每個點為中心擴展出一個5 x 5的矩陣，計算該 矩陣方差，如果方差為0,則該矩陣是嵌入的聚類模板，再使用初始 密鑰得到先前嵌入模板的位置，用現(xiàn)在模板的位置比較得出模板在對 數(shù)極坐標域中的平移值，x軸的平移代表圖像的縮放大小，y軸的平 移代表圖像的旋轉(zhuǎn)大小，從而算出幾何形變矩陣； 第四步做逆對數(shù)極坐標變換； 第五步做逆傅立葉變換；第六步使用形變矩陣還原圖像使用得到的形變矩陣，逆向校 正圖像；第七步離散傅立葉變換在頻域中使用初始嵌入水印的密鑰得 到嵌入的位置；第八步使用密鑰提取水印在每個坐標F(u, v)取其對于原 點成90度夾角的坐標F2 (v， -u)，設kw-F-F2，其中k是嵌入的強 度，w是水印擴頻信息，從而提取出水印信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種印刷品數(shù)字水印嵌入與提取裝置，所述裝置包括水印嵌入機、水印提取機、密鑰包，其特征在于所述水印嵌入機內(nèi)設置有圖片讀寫器、嵌入控制機構(gòu)和嵌入機構(gòu)；所述水印提取機內(nèi)設置有圖片讀寫器、提取控制機構(gòu)和提取機構(gòu)，其中水印嵌入機和水印提取機共用圖片讀寫器；所述圖片讀寫器的第一輸出端連接所述嵌入控制機構(gòu)的第一輸入端，圖片讀寫器的第一輸入端連接嵌入控制結(jié)構(gòu)的第一輸出端；所述嵌入控制機構(gòu)的第六輸入端連接密鑰包的第一輸出端；本發(fā)明能夠在印刷品圖像中快速的嵌入水印和提取水印，并且嵌入水印的印刷品圖像在經(jīng)過打印，掃描和幾何形變后完整的將水印提取出來，有著很高的安全性。
文檔編號G06T1/00GK101398928SQ200810232948
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者濤 向, 慶 周, 廖曉峰, 迪 肖, 月 胡, 瑋 鄒, 鄭洪英, 郭松濤 申請人:重慶大學