[发明专利]一种基于数学建模的抗打印扫描水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多媒体数字水印嵌入和检测方法，特别涉及一种基于数学建模的抗打印扫描水印方法。

背景技术

现代数字多媒体技术的发展使人们可以轻易地实现多媒体数据的“无缝”修改；而互联网的发达又使得人们可以方便地传播和获取各类多媒体数据，使数字产品的侵权和内容篡改行为变得难以防范。因此，如何对信息进行有效认证和完整性保护是一个迫切需要解决的技术问题。为了确保多媒体数据的可信度，一种通过验证数据信息的完整性、数据来源的可靠性以及数据的真实性来保护多媒体数据的技术——多媒体认证技术应运而生。虽然多媒体认证技术根源于密码学领域的文本信息认证技术，但是近年来却发展成了一个独立的新领域。数字水印是用来进行多媒体内容认证的主要方法之一，抗打印扫描水印就是数字水印中的一种。其在纸质印刷品中嵌入人眼看不见的水印信息，将某些标识隐藏在印刷图像中，以解决印刷品的版权保护、来源认证和防止伪造。

图像在打印扫描过程中要经过的处理有D/A、A/D转换，伽马校正，同时一般还会有不同程度的几何失真，以上这些因素对图像的影响主要体现在两个方面，即像素失真和几何失真。现有的研究中也基本上都是从这两点出发进行算法设计和验证。

数字水印的抗打印扫描问题最早由Lin和Chang(参见C.Y.Lin andS.F.Chang，″Distortion modeling and invariant extraction for digital imageprint-and-scan process″，Int.Symp.Multimedia Information Processing Dec.1999.)提出，他们使用傅立叶—梅林变换的方法来嵌入水印。图像的傅立叶—梅林变换具有几何不变的性质，常被应用于抗几何变换的水印算法，但其缺点是由于存在对数变换，给嵌水印图像带来了较大的失真。随后，Lefebvre(参见Lefebvre F，Gueluy A，Delannay D，Macq B.″A printand scan optimized watermarking scheme.In：Dugelay″J-L，Rose K，ed.Proc IEEE FourthWorkshop on Multimedia Signal Processing.Piscataway：IEEE，pp.511-516，2001.)提出了在傅立叶傅立叶变换域的幅值谱嵌入环状的模板水印用来抵抗几何变换，水印采用冗余的方式嵌入到空域，可以抵抗一定程度的剪切变换，该算法缺点在于，在空域嵌入的水印对几何变换和像素失真鲁棒性较差，如果模板水印不能精确定位几何变换的参数，水印将没有办法检测出来。Solanki(参见Kaushal Solanki，Upamanyu Madhow，B.S.Manjunath，ShivChandrasekaran，and Ibrahim El-Khalil，″‘Print and Scan’Resilient Data Hiding inImages″，IEEE Transactions on Information Forensics andSecurity，vol.1，no.4，pp.464-478，Dec.2006.)分析了打印扫描过程对图像空域的影响以及对傅立叶变换域的影响，提出了在傅立叶变换的低频幅值谱和相位谱中嵌入水印的方法。图像的傅立叶变换具有平移不变的特性，但是由于傅立叶变换无法抵抗旋转和缩放，因此往往需要采取其他的方法来保证水印的同步，比如嵌入模板水印，或者如Solanki等利用图像打印过程中由于半色调处理而产生的频域峰值来定位旋转角度来保证水印同步。Rosa(参见F.Rosa，J.Borlab，F.Leclercb R.Harbab N.Launaya，″An Industrial Watermnarking Processfor Plastic Card Supports″，2006 IEEE International Conference on IndustrialTechnology，pp.2809-2814，2006.)针对应用在塑料卡片上的抗打印扫描水印，设计了一种基于DFT变换的水印算法，其通过严格的机械控制解决同步问题，这样大大简化了水印的嵌入和检测过程，算法时间复杂度低。但该算法要求严格的机械操作控制，这一点较难做到，算法只能够容忍较小的操作误差。