技术领域

本发明属于图像数据版权保护领域，具体涉及一种针对基于虚拟一维 条码的图像水印嵌入与检测方法。

背景技术

随着计算机技术和互联网的发展与普及，以及多媒体数据存储和传输 技术的进步，数字产品的传输和共享变得非常容易，也得数字产品的 非法复制变得非常容易，随之带来了一系列有关版权的问题。为了保 护版权所有者的利益，迫切需要找到一种有效的方法来保护数字产品 的知识产权。

数字水印技术正是从90年代以来这样的背景下出现并蓬勃发展的。自 从1993年Caronni首次提出的“数字水印”概念之后，数字水印技术已 经成为版权保护技术的研究热点。它可以将版权信息加入到静态图像 、视频音频数据中，并对非法用户的攻击具有鲁棒性，就是说非法用 户不破坏数字产品的质量是不能提取或取出数字水印的：而合法用户 可以检测水印信息来证明版权的有效性，并且不会破坏水印信息。所 以数字水印在保护多媒体数据版权方面具有加密技术无法比拟的优越 性。

发明内容

本发明的目的在于根据一维条码的自我纠错和自我定位性能，设计了 二组相互交叉、相互印证的虚拟一维条码技术方案，提出了基于 虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方法，实现了水印的自我定位、 自我纠错和全图像覆盖，解决现有图像水印定位以及鲁棒性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方法，包括以下步骤：

（1）、设计一个具有正交特性的虚拟一维条码；

（1.1）、对版权信息用公钥加密算法进行加密处理；

（1.2）、根据加密的版权信息生成一维条码的二值图像；

（1.3）、把一维条码图像扩展到具有与需要加入n级小波图像同样大 小图像；

（1.4）、对扩展后的一维条码二值图像进行90℃旋转；

（1.5）、把两组虚拟一维条码图像进行叠加，生成一个具有正交特性 的虚拟一维条码二值图像；

（2）、虚拟一维条码图像水印的嵌入

虚拟一维条码图像水印的嵌入方法是把版权信息经加密处理后，生成 一维条码，充分利用条码的自我定位与自我纠错性能，提高版权信息 在图像载体上的鲁棒性。其具体的实施步骤如下：

（2.1）、输入原始图像数据；

（2.2）、对原始图像进行n级小波变换，得到HH_n、LH_n、LH_n、LL_n， 根据图像的大小，n取值范围一般选择(2<n<6)。

（2.3）、在LL_n选择子图范围小于水印信息图像的子图作为嵌入水印 信息图像的载体；

（2.4）、水印的嵌入公式是：C＇_i=C_i(1+αW_i), 式中，α的大小 决定了水印信号修改图像频率的强度。

（2.5）、利用上一步中的水印嵌入公式，对LL_n子图嵌入（1）设计并 生成的虚拟一维条码二值图像水印信息。

（2.6）、对嵌入水印信息的图像载体进行小波反变换得到嵌有水印信 息的图像。 

（3）、虚拟一维条码图像水印的检测与提取

虚拟一维条码图像水印的检测与提取方法是嵌入方法的逆过程，只是 由于存在故意的水印攻击与非故意的水印攻击，检测与提取需要有一 些补偿性处理，以便正确提取一维条码图像，其具体过程如下：

（3.1）、输入需要进行水印检测的图像数据；

（3.2）、对原始图像进行n级小波变换，得到HH_n、LH_n、LH_n、LL_n， 根据图像的大小，n取值范围一般选择(2<n<6)。

（3.3）、在LL_n选择子图范围小于水印信息图像的子图作为嵌入水印 信息图像的载体；

（3.4）、虚拟一维条码图像的提取公式是：W_i=( C＇_i -C_i)/(αC _i), 式中，αC_i是自适应的虚拟一维条码图像频率强度比。

（3.5）、对虚拟一维条码水印信息图像进行正交分离处理，同时对两 幅一维条码图像进行重叠比较，以重组被攻击破坏的一维条码（图3） 。

（3.6）、对重组后的一维条码（图2）使用相应的条码识别软件进行 条码识别处理，获取加密的水印原始信息。 

（3.7）、依据用户提供的密钥进行解密处理，确认图像的版权所有者 。 

本发明的有益效果为：根据一维条码的自我纠错和自我定位性能，设 计了二组相互交叉、相互印证的虚拟一维条码技术方案，提出了基于 虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方法，实现了水位的自我定位、 自我纠错和全图像覆盖，解决了现有图像水印定位以及鲁棒性的问题 。

本发明所采用的方法实现简单有效，具有很好的抗几何攻击性能。能 够为电子图像数据的生产、传播与应用提供有效的版权保护。

附图说明

图1为基于虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方法的系统框架。

图2为版权信息经加密处理后的一维条码图图像。

图3为具有版权信息的条码图像通过横向重叠，纵向拉伸，扩展到适合 n级小波图像同样大小的水印信息图像。

图4 为图3的相互正交重叠后的版权水印信息图像。

图5为实验用水印载体图像。

图6为加入一维条码水印信息后的图像。

图7经水印攻击处理后提取的版权水印信息图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1~图6，一种基于虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方 法，包括以下步骤：

其中图1是基于虚拟一维条码的图像水印嵌入与检测方法的处理流程图 。

（1）图2 -4设计具有正交特性的虚拟一维条码水印信息图像；

（1.1）、对版权信息用公钥加密算法进行加密处理；

（1.2）、根据加密的版权信息生成一维条码的二值图像（图2）；

（1.3）、把一维条码图像扩展到具有与需要加入n级小波图像同样大 小图像（图3）；

（1.4）、对扩展后的一维条码二值图像进行90℃旋转；

（1.5）、把两组虚拟一维条码图像进行叠加，生成一个具有正交特性 的虚拟一维条码二值图像（图4）；

（2）图5-图6 是说明在n级小波图像的低频部分利用加权法嵌入水印 信息图像的过程，采用的具体方法与步骤如下：

（2.1）、输入原始图像数据（图5）；

（2.2）、对原始图像进行n级小波变换，得到HH_n、LH_n、LH_n、LL_n， 根据图像的大小，n取值范围一般选择(2<n<6)。

（2.3）、在LL_n选择子图范围小于水印信息图像的子图作为嵌入水印 信息图像的载体；

（2.4）、水印的嵌入公式是：C＇_i=C_i(1+αW_i), 式中，α的大小决 定了水印信号修改图像频率的强度。

（2.5）、利用上一步中的水印嵌入公式，对LL_n子图嵌入（1）设 计并生成的虚拟一维条码二值图像水印信息。

（2.6）、对嵌入水印信息的图像载体进行小波反变换得到嵌有水印信 息的图像（图6）。 

（3）、虚拟一维条码图像水印的检测与提取方法

虚拟一维条码图像水印的检测与提取方法是嵌入方法的逆过程，只是 由于存在故意的水印攻击与非故意的水印攻击，检测与提取需要有一 些补偿性处理，以便正确提取一维条码图像，其具体过程如下：

（3.1）、输入需要进行水印检测的图像数据（图6）；

（3.2）、对原始图像进行n级小波变换，得到HH_n、LH_n、LH_n、LL_n， 根据图像的大小，n取值范围一般选择(2<n<6)。

（3.3）、在LL_n选择子图范围小于水印信息图像的子图作为嵌入水印 信息图像的载体；

（3.4）、虚拟一维条码图像的提取公式是：W_i=( C＇_i -C_i)/(αC _i), 式中，αC_i是自适应的虚拟一维条码图像频率强度比。

（3.5）、对虚拟一维条码水印信息图像进行正交分离处理，同时对两 幅一维条码图像进行重叠比较，以重组被攻击破坏的一维条码（图3） 。

（3.6）、对重组后的一维条码（图2）使用相应的条码识别软件进行 条码识别处理，获取加密的水印原始信息。 

（3.7）、依据用户提供的密钥进行解密处理，确认图像的版权所有者 。