一种图像数据保护和篡改检测技术方案

摘要

本发明涉及一种图像数据保护和篡改检测技术方案，是一种可以在开放网络环境下数字产品版权保护和数据安全维护的新技术。它充分利用了LBP的局部对比性特征，使用布尔函数f()和水印的其中一位进行比较，以实现在图像上嵌入或提取水印。通过探测和分析图像中嵌入的水印信息得到篡改提示，以减少网络图片遭受篡改攻击，使得数字水印保护网络图像安全性成为可能。该方案可应用于数字作品版权保护、篡改提示、通信覆盖、使用控制和电子商务等领域。其计算成本相对较低。

权利要求

1.一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：水印嵌入算法：

步骤一：原始图像被分割为(P，R)不重叠的局部区域块。

2.LBP模式用于计算和 ，以及 。

3.w代表水印的其中一位，β为水印的强度因子。

4.步骤二：对于每一个(P，R)局部邻域，如果 的值等于w的值，对邻域像素不做任何处理。

5.否则，为了使 的值与w的值保持一致，需要修改邻域的像素值。

6.水印提取算法：

步骤一：在水印图像中判断 的值；

步骤二：提取水印w。

7.即如果 的值为1，那么w也为1，否则为0。

8.基于权利要求1所述的一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：通过改变局部区域的f( )的值来嵌入水印，而f()的值是通过改变 的位来改变的，这些变化反映在空间局部区域中就是像素的改变。

9.不同的布尔函数对应不同的算法。

10.基于权利要求1所述的一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：水印的提取过程是直接的，只需要判断函数 的值就能提取水印。

11.基于权利要求1所述的一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：当函数值和水印的其中一位不同时，通过强度因子β和最小值 来改变邻域的像素值。

12.基于权利要求1所述的一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：任何在 上顺时针或逆时针旋转的循环位都不会改变函数值。

13.但是，从0到1或从1到0的任何一位变化将反转函数值。

14.基于权利要求1所述的一种图像数据保护和篡改检测技术方案，其特征在于：N的取值根据图像质量来定，如果 中值为1的像素数和值为0的像素数的差大于N，函数 取

1，否则取0，这样一来 就不会受到移位和旋转的影响。

说明书

一种图像数据保护和篡改检测技术方案

技术领域

[0001] 发明涉及隐藏信息学，具体涉及一种空间水印技术。

背景技术

[0002] 因特网的日益普及及信息产业的飞速发展深刻地改变了我们的社会和日常生活，捕获、传输和存储数字数据非常简单和方便。 然而，这却产生了一个大问题：如何保护这些数据并防止它们被擅自修改。这个问题在其他领域也存在，如版权保护、内容认证、信息隐藏及通信覆盖。许多研究人员开发了各种数字水印算法来解决这个问题，他们打算在数字中嵌入一些秘密数据（称为水印）内容来标记或密封数字数据内容。水印嵌入宿主图像的原理是：嵌入引起的失真太小而不能被注意到。与此同时，嵌入的水印必须足够健壮以抵抗常见的退化或故意的攻击。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供一种图像数据保护和篡改检测技术方案。该方案定义了基于LBP算法的布尔函数运算，并调整邻域内的一个或多个像素，使函数的结果与嵌入水印的w一致，实现水印嵌入到空间域，以保护宿主图像不被篡改。

[0004] 为达到上述效果，本发明提出一种图像数据保护和篡改检测技术方案，包括：单级水印技术方案、双层水印技术方案、多层水印技术方案。具体实施过程如下：单层水印技术方案：
水印嵌入算法：
步骤一：原始图像被分割为(P，R)不重叠的局部区域块。LBP算法用于计算 和 ，以及。w代表水印的其中一位，β为水印的强度因子。

[0005] 步骤二：对于每一个(P，R)局部区域，如果 的值等于w的值，我们对区域像素不做任何处理。否则，为了使 的值与w的值保持一致，需要修改邻域的像素值。

[0006] 水印提取算法：步骤一：在水印图像中判断 的值；
步骤二：提取水印w。即如果 的值为1，那么w也为1，否则为0。

[0007] 在本发明的一种实施例中，水印嵌入算法所述步骤一中布尔函数为：其中⊕是异或（XOR）运算符， 。#1（ ）表示在 中值为1的像素数，#0（）表示在 中值为0的像素数，N是整数，N 。如果 ，那么 返
回1;否则,它将返回0。

[0008] 本发明的一种实施例中，水印嵌入算法所述步骤二中使 的函数值和w一致的方法：假设 ， ；或 ， ，则有 。假设 ，则有，否则 。如果有多个最小值，我们选择最小值
的任何一个来改变像素值。如果一个块的像素都是0或1，我们将根据相应的水印位来修改中心像素，然后将其嵌入到块中。

[0009] 双层水印技术方案：将区域 划分为两个部分:偶数和奇数邻域，即 和 。对它们执行 ，并实现在(P，R)邻域中嵌入两个位。这样，水印的容量就增加了一倍。

[0010] 多层水印技术方案：将5×5的邻域分成4个部分: 、 、 、 、i=0-3、j=0-7，对于和 ，使用 来嵌入水印；对于 和 ，使用 在其中一区域上嵌入水印，而在另外一区域使用 嵌入水印。因此，可以在不相互干扰的情况下单独嵌入四个水印。

[0011] 与现有的数字水印算法相比本方案有以下优点：1、对图像格式没有要求；
2、易于扩展；
3、算法简单，易于实现；
4、嵌入引起的失真太小，不容易被观察到；
5、嵌入的水印足够健壮，足以抵抗常见的退化和攻击。

附图说明

[0012] 图1为本发明实施例的(P，R)局部区域定义；图2为本发明实施例的单层水印案例；
图3为本发明实施例的双层水印方案；
图4为本发明实施例的双层水印案例；
图5为本发明实施例的多层水印方案；
图6为本发明实施例的多层水印案例。

具体实施方式

[0013] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0014] 如图1所示，本发明实施例的(P，R)局部区域定义，包括：S1、 表示中心像素c的灰色度；
S2、 表示相邻像素p的灰度值， 是由相邻像素p和中心像素 之间的差异值所生成的向量，而 是来自这个差异的符号矢量。

[0015] 如图2所示，本发明实施例的单层水印案例，包括：水印嵌入算法：
S1、原始图像被分割为(P，R)不重叠的局部区域块。LBP算法用于计算 和 ，以及。设w代表水印的其中一位，β为水印的强度因子；
S2、对于每一个(P，R)局部区域，如果 的值等于w的值，我们对区域像素不做任何处理。否则，为了使 的值与相应的w保持一致，我们会修改邻域像素。

[0016] 水印提取算法：在水印图像中我们判断 的值，以提取水印w。

[0017] 如图3所示，本发明实施例的双层水印方案，包括：S1、将邻域 划分为两个部分:偶数和奇数邻域，即 和 ；
S2、对它们执行 ，并实现在(P，R)邻域嵌入两个位元。这样，水印的容量就增加了一倍，这实际上相当于两个（4,1）邻域。

[0018] 如图4所示，本发明实施例的双层水印案例，包括：S1、将水印W1、W2嵌入到原始图像Lena中，并进行提取操作；
S2、对空间水印算法性能进行验证。

[0019] 如图5所示，本发明实施例的多层水印方案，包括：S1、将5×5的邻域分成4个部分: 、 、、 、i=0-3、j=0-7，对于 和 ，使用 来嵌入水印；对于 和 ，使用 在其中一区域上嵌入水印，而在另外一区域使用 嵌入水印。因此，可以在不相互干扰的情况下单独嵌入四个水印。

[0020] S2、 ，i=0-3是4个水印。首先嵌入了 和 ，其中一个嵌入通过修改中心像素的值(水印系数=0.02)，另一个通过改变一个非中心像素(水印系数=0.08)来嵌入。然后，再按照图3描述的方案嵌入 和 。

[0021] 如图6所示，本发明实施例的多层水印案例，包括：S1、将水印e、f、g、h嵌入到原始图像a、b、c、d中；
S2、准确地对水印进行提取，因为这四个水印的嵌入过程不会相互影响。

[0022] 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。