[发明专利]一种含认证水印和恢复水印的图像生成方法和恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机信息安全技术领域，尤其涉及一种图像篡改区域的认证 和恢复方法。

背景技术

图像内容真实性和完整性的认证是一个迫切需要解决的问题之一，半脆弱 水印是实现图像内容认证的有效手段之一。在实际应用中除了知道认证作品发 生了改变以及在哪个部位发生改变以外，我们还需要知道被修改的作品是否能 够实现恢复。虽然已有其它技术可以解决这个问题，但是数字水印不失为一个 好的选择对象，因为水印技术不需要额外的辅助数据，它嵌入到载体中和载体 同时经历所有的变化。目前存在的一些基于数字水印的自恢复方法在实际应用 中效果不甚理想，即恢复后图像质量较差(PSNR值低于20db)。常用的方法是 基于独立分块和最低有效位(LSB)结合的方法。该类方法的基本思路是首先 通过分块实现篡改定位，其次基于图像块内容生成水印以实现篡改恢复，接着 加密水印信息并利用密钥选取水印嵌入位置来提高方法的安全性，最后为了保 证不可见性和嵌入一定容量的水印信息，一般将水印嵌入图像的最低有效位 平面。这类方法存在着弊端：一是分块的大小不易确定，无论是常常采用的8 ×8的大小还是有些算法采用的4×4和2×2的大小，他们都存在篡改精确度 和安全性之间的矛盾，分块较大，定位不够精确，相对安全性高些，而分块较 小，定位较精确，但却存在搜索攻击和拼贴攻击的危险。此外，基于图像块的 水印认证算法的虚警概率较多。例如，假设区域A中的水印嵌入区域B中，而 区域C中的水印嵌入区域A中，当A中出现篡改时，与A有关的区域C中的水 印也被破坏，所以A和C同时被认为被篡改，而B不被检测。实际上，C并未 被篡改，这就增加了虚警率，这类问题我们简称为区域C被误判的问题。再有， 基于LSB的方法不仅鲁棒性不好还容易遭受“伪认证”攻击。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的图像篡改区域的认证和恢复方法存在的 安全性不足、篡改区域检测精度不高和鲁棒性较弱的问题，提出了一种含认证 水印和恢复水印的图像生成方法和恢复方法。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种含认证水印和恢复水印的图像 生成方法，包括以下步骤：

S1.图像分解，首先对原始图像进行两级WBCT变换，获得所述原始图像 的第一级低频子带信息(LL1)和第一级高频子带信息(LH1、HL1、HH1)，与 第二级低频子带信息(LL2)和第二级高频子带信息(LH2、HL2、HH2)；

S2.树结构的形成，将所述第二级高频子带信息(LH2、HL2、HH2)的系数 作为父系数，第一级高频子带信息(LH1、HL1、HH1)的系数作为子系数构成 树结构，每一个父系数对应四个子系数；

S3.认证水印的嵌入，将认证水印嵌入图像分解后的部分第二级高频子 带信息(LH2、HL2、HH2)中，其具体过程包括如下步骤：

S31.树结构的选择，根据预先设置的密钥从所述树结构中选择用于嵌入 认证水印的树结构，树结构的长度和认证水印的长度一致；

S32.父子系数关系的计算，计算选中树结构中的父系数的绝对值和对应 的四个子系数绝对值的平均值；

S33.完成认证水印的嵌入，通过调节父系数和子系数之间的大小关系将 认证水印嵌入到选中的父系数。

S4.恢复水印的嵌入，将恢复水印嵌入到余下的部分第二级高频子带信 息(LH2、HL2、HH2)中，其具体过程包括如下步骤：

S41.树结构的选择，根据预先设置的密钥从步骤S31中未选择的树结构 中选择用于嵌入恢复水印的树结构，树结构的长度和恢复水印的长度一致；

S42.完成恢复水印嵌入，分别调节父系数和子系数的大小关系将恢复水 印的第1个bit嵌入选中的父系数，剩余的4个bit嵌入前述父系数对应的四 个子系数；

S5.图像生成，针对上述步骤处理后的原始图像进行两级逆WBCT变换得 到含认证水印和恢复水印的图像。

对应于上述图像生成方法，本发明还提供了一种含认证水印和恢复水印的 图像恢复方法，包括以下步骤：

T1.图像分解，首先对含认证水印和恢复水印的图像进行两级WBCT变换， 获得所述图像的第一级低频子带信息(LL1)和第一级高频子带信息(LH1、HL1、 HH1)，和第二级低频子带信息(LL2)和第二级高频子带信息(LH2、HL2、HH2)；