一種抗打印掃描圖文混合的數字水印嵌入與提取方法技術

本發明專利技術提出了一種圖文混合的數字水印嵌入以及提取方法。該方法不僅可以對單獨的圖像以及單獨的文本信息嵌入水印，還可以對圖像和文本混合的信息嵌入水印。該方法提出了一種基于空間域的數字水印算法，針對抗打印掃描攻擊具有很強的魯棒性。除此之外，該方法提出了可調節變量的概念實現了數字水印信息的順序嵌入與提取，并且具備較大的水印容量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機信息安全、版權保護領域，尤其涉及一種抗打印掃描的圖文混和的數字水印嵌入與提取算法。
技術介紹
近年來網絡的飛速發展有效的提高了信息的共享以及傳播，但因此帶來的信息安全以及版權保護問題越來越嚴重。數字水印技術能夠提供信息的隱藏以及版權保護的功能。數字水印技術是指使用信號處理技術在數字化的多媒體數據中嵌入隱蔽的標記，這種標記通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。相對于對原始文檔的直接拷貝，打印掃描后的文檔與原始版本產生了較大的變化，因而提取水印的難度更高，因此抗打印掃描特性是一個良好的數字水印技術應當具備的特性。現有的數字水印方法只是在單純的進行文本水印或者單純的圖像水印，但是很多情況下文字和圖形是混合在一起的，因此對圖文混合的數字水印技術提出了迫切的需求。
技術實現思路
本專利技術提出了一種抗打印掃描的圖文混合數字水印嵌入與提取方法，該方法計算量小，執行速度快，并且具有順序嵌入水印以及提取水印的優點，具有很高的抗打印掃描特性，魯棒性良好，該方法主要包含三個模塊:版式分析、文本水印嵌入與提取以及圖像水印嵌入提取。(I)版式分析通過對圖像中信息的樣式進行分析，分離信息中的文本與圖片，從而為嵌入水印和提取水印信息做準備。并將嵌入水印的文本與圖片信息按照原先的版式合成。(2)文本水印的嵌入與提取針對(I)中分離所得的文本信息，嵌入或提取水印。(3)圖像水印嵌入與提取針對(I)中分離所得圖片信息，嵌入或提取水印。為了更加清晰的描述實施過程，下面做如下定義:CSet:嵌入字符集，從文本圖像信息的開始處選取連續的2N個字符作為嵌入字符集。N為水印長度A1:表示在CSet中第i個字符組的黑點數，字符組是指按照順序將CSet中的字符每兩個分為一組，每一組稱為一個字符組。χ:字符集平均黑點數，即又=ES1Ai /Ntool 5] η:可調節變量，其初始值等于字符集的平均黑點數。K:量化步長是一個經驗值A1 1:嵌入水印后第i個字符的黑點數。P:嵌入水印后的字符的平均黑點數。【附圖說明】圖1是本專利技術的水印嵌入實施流程圖圖2是本專利技術的水印提取實施流程圖圖3是本專利技術的版式分析流程圖圖4是本專利技術文本水印嵌入流程圖圖5是本專利技術的文本水印提取流程圖圖6是本專利技術的各個模塊之間關系示意圖圖7是本專利技術中可翻轉點數說明圖【具體實施方式】下面描述該方法的具體實施流程，為了更加清晰的描述實施流程，下面分水印嵌入過程和水印提取過程兩部分進行描述，由于抗打印掃描的圖像水印算法較多，本專利技術中對圖像水印算法沒有做具體的要求，故在此不再詳細描述:水印嵌入過程，圖1是該過程的流程圖:(I)對圖文混合圖像進行版式分析，分別分離出圖片以及文本；對具體的版式分析算法描述如下:a)讀取需要嵌入水印的圖文混合圖像，并根據圖像信息生成一個二維數組pnBinary，數組的長度與圖片長邊的像素數相同，數組的寬度與圖片短邊像素數相同。b)圖像二值化，對圖像進行逐個像素點的掃描，假設(i，j)表示第i行，第j列的像素，R(i，j)、G(i，j)和B(i，j)分別是該像素的紅分量、綠分量和藍分量，計算三個分量的平均值即(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3。判斷該平均值與二值化門限值α的大小，若大于等于 α，貝丨J pnBinary (i, j) = 255 ;小于 α 則設置 pnBinary (i, j) = O ；c)對圖像進行邊緣檢測，利用基于搜索的一階Roberts Cross邊緣算子檢測方法，計算每個像素的Roberts算子數值RC(i，j).假如RC(i，j)大于等于邊緣檢測門限值β，認為該像素點(i，j)即為邊緣像素，并賦值pnBinary (i, j) = -1 ;否則，認為該像素不是邊緣像素，pnBinary (i, j)不變。d)統計c)中得到的連通區域內像素點的個數，假如像素個數大于門限值Y則認為該區域是圖片，記錄該區域的位置。e)按照d)中得到的圖片區域的位置，到源圖像相應位置提取圖片。保存圖片信息，以及剩余的文本信息。經過版式分析之后非文本的區域(例如圖片，表格等)都被當作圖片進行處理。(2)對(I)中分離出的文本圖像信息進行字符切分，本專利的算法保證了不需要針對全部的文本圖像字符進行切分，只需要切分前2N個字符即可，這樣也提高了算法整體的速度和效率。字符切分的工作如下:a)首先對文本圖像在X和Y軸上面分別進行垂直和水平投影，并且記錄在水平和垂直方向上面的每一行和每一列第一個黑色像素點的縱坐標和橫坐標。b)針對第一步中記錄的每一行和每一列的黑色像素點的坐標的位置，利用水平分段的起始位置和結束位置，和垂直方向上面的分段起始和結束位置，來粗略的劃分每一行的字符。此時得到的字符可能是無效的，例如“川”被劃分成了 3段，并且還包含一些水印容量小的標點符號。c)把上面得到的粗略切分的字符按照每一行存儲到容器中，利用漢字的長寬比例(介于0.88-2.1之間)來進行字符的合并，針對每一行取容器中的第一個字符，首先判斷它是否在這個比例之中。如果不在這個比例中，并且它是一行中的末尾字符，則去除。否則分析與它緊鄰著的下一個字符的特征。如果當前字符和它緊鄰的下一個字符合并成新的字符符合比例，則認為這是一個字符。否則將其與其后兩個字符合并，并且檢驗合并后的字符比例。如果第一個字符符合比例，則也有可能是一個正確的字符切分開的，按照上面的步驟，進行和緊鄰的第二個，第三個矩形合并，并進行判斷。d)針對c)中獲得的真準切分的字符，刪除不適合嵌入水印的標點符號，例如“……”和“一”，然后對3中獲得的精確切分的字符進行去噪，去除黑點數目少的個別字符，得到滿足嵌入條件的精確的字符切分結果。以上步驟是針對投影后每一行做的切分，在切分的過程中用計數變量mark來記錄以上四步獲得的有效字符的個數。如果mark等于2N則跳出字符切分，后續的字符不再進行切分。(3)把(2)中得到的2N個有效字符當作嵌入字符集CSet，將相鄰的兩個字符作為一個字符組，統計 每個字符組的可翻轉點數目和位置，可翻轉點數目見圖6，計算嵌入字符集的平均黑點數X = ES1Ai/N。(4)分析每組字符的可嵌入性。嵌入O時，需要使得字符組i在翻轉后的黑點數A1 i與可調節變量％的商，即￥|/^為量化步長K的偶數倍，并且取與初始黑點總數Ai最接近的A' it)嵌入I時，需要使得￥/%為K的奇數倍，并且取與Ai最接近的A' it)(5)調節可調節變量，使得每個字符組都可以雙向嵌入，即每個字符組既可以嵌入O又可以嵌入I。(6)根據步驟3中得到的每個字符組的可翻轉點的位置，以及步驟3、4中得到的每個字符組需要的可翻轉點的數目，進行像素翻轉，得到嵌入水印后的圖像。(7)計算嵌入水印的字符集在翻轉后的平均黑點數又然后計算最后使用的可調節變量VX與Χ?的商，得到調整系數h，.即h = @/x'。輸出嵌入時使用的量化步長K、調整系數h。(8)對⑴中分離所得的圖像信息嵌入水印(9)按照(I)中記錄的圖像所在位置，將嵌入水印信息的文本圖像與圖片圖像進行合成。水印提取過程，圖2是該過程的流程圖:(I)掃面文本圖片混合信息，進行版式分析，分別提取文本與圖片信息。并保存相應的圖像。(2)對⑴中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種抗打印掃描圖文混合數字水印嵌入與提取方法，以文本和圖像數字水印為基礎，利用版式分析，達到了對圖文混合的信息進行水印的嵌入和提取；本方法主要由以下三部分內容構成，即(1)版式分析、(2)文本水印嵌入和提取(3)圖像水印嵌入及提取。

【技術特征摘要】
1.一種抗打印掃描圖文混合數字水印嵌入與提取方法，以文本和圖像數字水印為基礎，利用版式分析，達到了對圖文混合的信息進行水印的嵌入和提取；本方法主要由以下三部分內容構成，即(I)版式分析、(2)文本水印嵌入和提取(3)圖像水印嵌入及提取。2.根據權利要求1所述的算法內容，版式分析算法主要是將信息中的文本與圖片分離出來，并記錄位置信息，分別保存分離開的文本以及圖片信息。其主要過程為:首先對圖文混合的圖像信息進行二值化，然后利用邊緣檢測算法，找到每個封閉的區域，然后統計每個區域內的像素數。通過比較區域內的像素數和給定的閥值，判斷是否為非文本的對象，記錄非文本對象的位置，到源文件中提取非文本對象。3.根據權利要求1中所述的算法內容，文本水印嵌入算法的實施過程如下: a)對版式分析中分離得到的文本圖像進行字符切分，從文本的開始處安行對文本進行字符切分，對每行切分后的字符按照漢字的比例進行合并，除去噪音以及不適合嵌入水印的字符，篩選有效的前2N(N為水印長度)個字符作為嵌入字符集，并對嵌入字符集分組，統計每個字符組的黑點數和可翻轉點個。計算字符集平均黑點數又，初始化可調節變量爲； b)分析...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張茹，劉建毅，陳康康，周飛，朱建堯，宋玲娓，鈕心忻，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：北京;11