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1、(10)申请公布号 CN 102346906 A (43)申请公布日 2012.02.08 CN 102346906 A *CN102346906A* (21)申请号 201110274186.6 (22)申请日 2011.09.14 G06T 1/00(2006.01) (71)申请人 浙江工商大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区学 正街 18 号 (72)发明人 叶天语 (54) 发明名称 数字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法 (57) 摘要 数字图像水印技术在实际应用中会遭遇许多 不同类型的攻击， 其中几何攻击具有很强攻击性， 原因在于它会造成水印的嵌入位置发生变化使得 检。
2、测端无法准确提取出水印。偏移行攻击是一种 较常见的几何攻击， 是指将整个图像下移， 上面几 行补全黑， 下面几行移出丢失。 本发明提出一种数 字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法， 利用区 域点估算出偏移行数， 然后进行逆偏移行， 把偏移 行攻击转化成剪切攻击， 应用于数字图像水印技 术以增强抵抗偏移行攻击的鲁棒性。实验结果验 证了抗偏移行攻击修正方法的有效性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 CN 102346913 A1/1 页 2 1. 一种数字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法， 把偏移行。
3、攻击转化成剪切攻击， 应 用于数字图像水印技术以增强抵抗偏移行攻击的鲁棒性， 包括以下五个步骤 ： A、 定义区域点为所有四连通点与其灰度大小都相同的像素点。 B、 逐行对遭偏移行攻击后的 MM 原始图像 进行扫描， 找出 的每一行属于区域点的 像素， 将每一行区域点总数记为 i， i 1， 2， M。 C、 计算相邻两行区域点总数的差值的绝对值， 记为 i， 则 i |i+1-i|， i 1， 2， M-1。 D、 找出 i中的最大值， 将其下标记为 r， 则 r+1 为原始图像 A 遭偏移的行数。 E、 对 进行逆偏移 r+1 行， 完成抗偏移行攻击修正， 将得到的抗偏移行攻击修正后的图 。
4、像记为 权 利 要 求 书 CN 102346906 A CN 102346913 A1/5 页 3 数字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法 技术领域 0001 本发明涉及图像处理和数字水印技术领域。 本发明设计一种数字图像水印技术抗 偏移行攻击修正方法， 把偏移行攻击转化成剪切攻击， 应用于数字图像水印技术以增强抵 抗偏移行攻击的鲁棒性。 背景技术 0002 数字水印技术可用于对数字图像进行版权保护。数字图像水印技术在实际应用 中会遭遇许多不同类型的攻击， 其中几何攻击具有很强攻击性， 原因在于它会造成水印的 嵌入位置发生变化使得检测端无法准确提取出水印。目前， 如何提高抗几何攻击能力仍 然是。
5、数字水印技术的一个研究热点。抗几何攻击的数字水印方法大致可以分为三种 1 ： (1) 基于模板嵌入的方法。文献 2 在离散傅里叶变换 (Discrete Fourier Transform， DFT) 域嵌入模板用于在水印提取时估计几何变换参数。(2) 基于具有几何不变性的变换 域的方法。文献 3 将水印嵌入在具有几何不变性的广义 Radon 变换域以抵抗几何攻击。 (3) 基于特征点的方法。文献 1 利用 Harris-Laplace 检测器提取稳定特征点， 通过修改 DFT 中频系数幅值在归一化后的局部特征区域嵌入水印 ； 文献 4 利用尺度不变特征变换 (Scale-Invariant 。
6、Feature Transform， SIFT) 特征点对水印信号进行同步， 在空间域的圆 环形区域奇偶量化嵌入水印。另外， 文献 5 在图像子块的空域每个像素通过奇偶量化方 法重复嵌入一比特水印以抵抗几何攻击， 具有简单、 快速、 水印嵌入容量大等特点， 但并没 有在图像嵌入模板或提取特征点等， 其思想不同于以上三种方法。 0003 偏移行攻击是一种较常见的几何攻击， 是指将整个图像下移， 上面几行补全黑， 下 面几行移出丢失。本发明旨在对数字图像水印技术抵抗偏移行攻击进行研究。不同于以上 三类抗几何攻击方法， 本发明利用区域点设计抗偏移行攻击修正方法估算偏移行数， 然后 进行逆偏移行， 把。
7、偏移行攻击转化成剪切攻击， 应用于数字图像水印技术以增强抵抗偏移 行攻击的鲁棒性。 0004 参考文献 0005 1Wang Xiang-yang， Hou Li-min， Wu Jun.A feature-based robust digital image watermarking against geometric attacksJ.Image and Vision Computing， 2008， 26(7) ： 980-989. 0006 2Kang Xian-gui， Huang Ji-wu， et al.A DWT-DFT composite watermarking schem。
8、e robust to both affine transform and JPEG compressionJ.IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology， 2003， 13(8) ： 776-786. 0007 3Dimitrios Simitopoulos，Dimitrios E.Koutsonanos，Michael Gerassimos Strintzis.Robust image watermarking basen on generalized randon transformationsJ.IEEE。
9、 Transaction on Circuits and Systems for Video Technology， 2003， 13(8) ： 732-745. 0008 4李雷达， 郭宝龙， 表金峰.基于奇偶量化的空域抗几何攻击图像水印算法J. 说 明 书 CN 102346906 A CN 102346913 A2/5 页 4 电子与信息学报， 2009， 31(1) ： 134-138. 0009 5 李旭东 . 抗几何攻击的空间域图像数字水印算法 J. 自动化学报， 2008， 34(7) ： 832-837. 0010 6李旭东.基于图像灰度平均值的数字水印算法J.武汉大学学报(信。
10、息科学 版 )， 2007， 32(6) ： 556-559. 发明内容 0011 本发明的目的是设计一种数字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法， 把偏 移行 攻击转化成剪切攻击， 应用于数字图像水印技术以增强抵抗偏移行攻击的鲁棒性。 0012 一种数字图像水印技术抗偏移行攻击修正方法， 包括以下五个步骤 ： 0013 A、 定义区域点为所有四连通点与其灰度大小都相同的像素点。 0014 B、 逐行对遭偏移行攻击后的 MM 原始图像 进行扫描， 找出 的每一行属于区 域点的像素， 将每一行区域点总数记为 i， i 1， 2， M。 0015 C、 计算相邻两行区域点总数的差值的绝对值， 记为 i。
11、， 则 i |i+1-i|， i 1， 2， M-1。 0016 D、 找出 i中的最大值， 将其下标记为 r， 则 r+1 为原始图像 A 遭偏移的行数。 0017 E、 对 进行逆偏移 r+1 行， 完成抗偏移行攻击修正， 将得到的抗偏移行攻击修正 后的图像记为 附图说明 0018 图1是像素的四连通点分布， 图2是抗偏移行攻击修正方法的流程图， 图3是Lena 图像， 图 4 是偏移 20 行攻击后的 Lena 图像， 图 5 是抗偏移 20 行攻击修正后的 Lena 图像， 图 6 是 Hand 图像， 图 7 是含水印 Lena 图像， 图 8 是提取的水印图像， 图 9 是抵抗不同。
12、参数 的偏移行攻击鲁棒性实验结果。 具体实施方式 0019 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步描述。 0020 1 抗偏移行攻击修正方法 0021 x(i， j) 为图像的一个像素点， x(i-1， j)、 x(i， j-1)、 x(i， j+1) 和 x(i+1， j) 定义 为 x(i， j) 的四连通点， 如图 1 所示。根据上述定义可知， 图像非边缘行和列的像素点有 4 个四连通点 ； 边缘行和列的像素点有 2 个或者 3 个四连通点。 0022 图 2 为抗偏移行攻击修正方法的流程图， 包括以下五个步骤 ： 0023 A、 定义区域点为所有四连通点与其灰度大小都相同的像素。
13、点。 0024 B、 逐行对遭偏移行攻击后的 MM 原始图像 进行扫描， 找出 的每一行属于区 域点的像素， 将每一行区域点总数记为 i， i 1， 2， M。 0025 C、 计算相邻两行区域点总数的差值的绝对值， 记为 i， 则 i |i+1-i|， i 1， 2， M-1。 0026 D、 找出 i中的最大值， 将其下标记为 r， 则 r+1 为原始图像 A 遭偏移的行数。 说 明 书 CN 102346906 A CN 102346913 A3/5 页 5 0027 E、 对 进行逆偏移 r+1 行， 完成抗偏移行攻击修正， 将得到的抗偏移行攻击修正 后的图像记为 0028 由以上步骤。
14、可知， 抗偏移行攻击修正先通过区域点估算出偏移行数， 然后进行逆 偏移行， 这样可将偏移行攻击转化成剪切攻击。如果将抗偏移行攻击修正应用于数字图像 水印技术， 由于剪切攻击只会造成少部分图像缺失， 不会造成剩余图像的水印嵌入位置发 生改变， 对剩余图像的水印提取几乎没有影响， 因此对数字水印技术的攻击性会大大降低。 0029 2 一种抗偏移行攻击盲鲁棒图像水印算法 0030 2.1 水印嵌入算法 0031 将上述抗偏移行攻击修正方法应用于图像水印算法， 从而提出一种抗偏移行攻击 盲鲁棒图像水印算法。以图 3 的 Lena 图像作为原始载体图像 A， 以图 6 的大小为 6464 的 Hand.。
15、bmp 图像作为原始水印图像 W。水印嵌入过程分解如下 ： 0032 Step1 ： 将原始载体图像 A 分割成互不重叠的大小为 88 的子块， 每个子块记为 Ak， k 1， 2， 4096。 0033 Step2 ： 利用以下方法将每比特水印 Wk自适应嵌入每个子块 Ak的四列像素 A1 ： 将 每比特水印 Wk嵌入每个子块 Ak的第 4 列和第 5 列各行的每对像素 0034 (1) 当 Wk 0 且 1 Ak(s， 5)-Ak(s， 4) 1时， 令 0035 0036 (2) 当 Wk 1 且 2 Ak(s， 4)-Ak(s， 5) 1时， 令 0037 0038 其中 s 1， 2。
16、， 8， 1 1|Ak(s， 5)-Ak(s， 4)|， 1为水印嵌入强度， Ak(s， 5) 为第 k 个子块 Ak处于第 s 行第 5 列的像素。其他情况下 Ak(s， 4) 和 Ak(s， 5) 不做任何改 变。 0039 A2 ： 将每比特水印 Wk嵌入每个子块 Ak的第 2 列和第 3 列各行的每对像素 0040 (1) 当 Wk 0 且 3 Ak(s， 2)-Ak(s， 3) 2时， 令 0041 0042 (2) 当 Wk 1 且 4 Ak(s， 3)-Ak(s， 2) 2时， 令 0043 0044 其中 s 1， 2， 8， 2 2|Ak(s， 2)-Ak(s， 3)|， 2。
17、为水印嵌入强度。其他情 况下 Ak(s， 2) 和 Ak(s， 3) 不做任何改变。 0045 Step3 ： 各子块重组得到含水印图像 A。 0046 2.2 水印提取算法 0047 水印通过利用像素值大小比较和多数判决原则提取。水印提取过程分解如下 ： 说 明 书 CN 102346906 A CN 102346913 A4/5 页 6 0048 Step1 ： 对遭攻击后的含水印图像 进行抗偏移行攻击修正， 将修正后的 攻击含 水印图像记为 0049 Step2 ： 将 分割成互不重叠的大小为 88 的子块， 每个子块记为 k 1， 2， 4096。 0050 Step3 ： 利用像素值。
18、大小比较和多数判决原则从每个子块 提取每比特水印 W k 0051 A1 ： 从每个子块 的第 4 列和第 5 列各行的每对像素提取每比特水印 0052 0053 其中， s 1， 2， 8， 为第 k 个子块 处于第 s 行第 5 列的像素。 0054 A2 ： 从每个子块 的第 2 列和第 3 列各行的每对像素提取每比特水印 0055 0056 其中， s 1， 2， 8。 0057 A3 ： 利用多数判决原则判断出每比特水印 W k。如果 A1 和 A2 提取出的 为 1 的个数大于等于 8， 那么认为 W k 1 ； 否则， 认为 Wk 0。 0058 Step4 ： 计算 W 和 W。
19、之间的归一化相关度 (Normalized Correlation， NC) 以认证 版权。NC 定义为 ： 0059 0060 由以上过程可知， 算法提取水印时实现盲提取。 0061 实施例 ： 0062 1 原始图像抗偏移行攻击修正实验结果 0063 Lena 图像是大小为 512512 的 256 灰度级 bmp 灰度图像， 见图 3 所示。对 Lena 图像进行偏移行攻击， 并利用上述抗偏移行攻击修正方法估算偏移行数， 结果见表 1。由表 1 可知， 上述抗偏移行攻击修正可以准确无误地估算出原始图像遭偏移的行数。为节省篇 幅， 只列出了偏移行数为 20 行时的实验效果图， 图 4 为偏。
20、移 20 行攻击后的 Lena 图像， 图 5 为抗偏移 20 行攻击修正后的 Lena 图像。图 5 的前 492 行与图 3 的前 492 行完全相同。 0064 表 1 抗偏移行攻击修正的偏移行数估算结果 0065 0066 2 一种抗偏移行攻击盲鲁棒图像水印算法实验结果及讨论 0067 将图 6 的 Hand.bmp 图像作为原始水印嵌入到图 3 的 Lena 图像， 水印嵌入强度 1 和 2都取值为 0.6， 得到的含水印 Lena 图像如图 7 所示。含水印 Lena 图像与原始 Lena 说 明 书 CN 102346906 A CN 102346913 A5/5 页 7 图像之。
21、间的PSNR为34.4948dB， 此时本算法具有很好的不可见性。 从含水印Lena图像提取 的水印图像见图 8 所示， 与原始水印图像之间的 NC 为 0.9967。 0068 本算法进行抵抗不同参数的偏移行攻击鲁棒性测试， 实验结果见图 9 所示。图 9 列出了提取的水印图像以及原始水印图像与提取的水印图像之间的NC。 由图9的第二栏可 知， 本算法在图 9 各种参数下的偏移行攻击都能以较高的 NC 提取水印， 从而表现出较强的 鲁棒性。 其原因在于检测端提取水印时先对遭偏移行攻击后的含水印图像进行抗偏移行修 正。另外， 实验还测试了算法没有进行抗偏移行攻击修正时的鲁棒性， 实验结果见图 。
22、9 第三 栏。对比图 9 第二栏和第三栏可知， 本算法在存在修正时的抗偏移行攻击的鲁棒性明显强 于不存在修正时的鲁棒性。 0069 对本算法进行如下讨论 ： 0070 (1)水印嵌入强度1和2的大小与本算法的不可见性和抗攻击鲁棒性相关。 1 和 2的大小越小， 不可见性越好， 但抗攻击鲁棒性越弱 ； 1和 2的大 小越大， 不可见性 越差， 但抗攻击鲁棒性越强。因此， 1和 2取值的选择要根据实际应用对不可见性和鲁 棒性的要求采用实验的方法折中确定。 0071 0072 0073 (2) 本算法与文献 5-6 的算法进行抗偏移行攻击鲁棒性对比。使三个算法原始 图像和含水印图像之间的 PSNR 。
23、都相同， 从而具有可比性。设置如下 ： 0074 1) 文献 5 ： 分块大小为 88 ； 量化步长 为 7.65， 此时原始图像和含水印图像 之间的PSNR为34.5000dB， 与本算法基本一致。 根据表2的第二栏和第四栏， 本算法采用抗 偏移行攻击修正后在抵抗偏移行攻击的鲁棒性明显好于文献 5 算法， 从而体现出采用抗 偏移行攻击修正的优势。 0075 2) 文献 6 ： 分块大小为 88 ； 量化步长 为 7.49， 此时原始图像和含水印图像 之间的PSNR为34.5023dB， 与本算法基本一致。 根据表2的第二栏和第五栏， 本算法采用抗 偏移行攻击修正后在抵抗偏移行攻击的鲁棒性上极。
24、其明显好于文献 6 算法， 从而体现出 采用抗偏移行攻击修正的优势。 0076 (3)偏移列攻击是指整个图像右移， 前几列补全黑， 后几列移出丢失。 对 进行抗 偏移列攻击修正的步骤与上述抗偏移行攻击修正的步骤类似， 只要将对行的操作改为对列 的操作即可。 0077 3 总结 0078 针对现有许多图像水印算法无法抵抗偏移行攻击， 本发明提出一种抗偏移行攻击 修正方法， 利用区域点估算出偏移行数， 然后进行逆偏移行， 把偏移行 攻击转化成剪切攻 击， 并将抗偏移行攻击修正方法应用于图像水印算法， 从而提出一种抗偏移行攻击盲鲁棒 图像水印算法。实验结果验证了抗偏移行攻击修正方法的有效性， 算法在抵抗偏移行攻击 上表现出较强的鲁棒性。另外， 还可以将本发明的抗偏移行攻击修正推广到抗偏移列攻击 修正， 使得水印算法能够抵抗偏移列攻击。 说 明 书 CN 102346906 A CN 102346913 A1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102346906 A CN 102346913 A2/2 页 9 图 3 图 4 图 5 图 6 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 102346906 A 。