基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的实现方法及系统

1.本发明属于多媒体技术领域，特别是涉及基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的实现方法及系统。


背景技术：

2.在扩频通信系统中，采用gold序列和m序列作为扩频序列。目前对水印信息进行扩频处理，采用gold序列和m序列进行扩频处理时，会存在某些固定长度的限制问题，当系统中有较大的正弦干扰时,gold序列和m序列的误码率性能稍差些，采用gold序列和m序列对水印信息进行扩频无法满足最佳信号的要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的实现方法，以解决上述现有技术存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的实现方法，包括：
5.获取原始水印和频域载体图像；
6.生成序列偶，基于序列偶的长度对原始水印进行扩频，得到扩频水印信息；
7.将所述扩频水印信息嵌入至所述频域载体图像，得到含有水印的频域载体图像；
8.对所述含有水印的频域载体图像进行空间域处理，得到含有水印信息的载体图像。
9.优选地，获取频域载体图像的过程包括：
10.获取原始载体图像，对所述原始载体图像进行子块划分，得到若干个数据块；对所述若干个数据块分别进行二维离散傅里叶变换，得到频域载体图像。
11.优选地，对原始水印进行扩频的过程包括：
12.基于序列偶的长度对原始水印进行位扩展，得到重复后的原始水印，将重复后的原始水印与所述序列偶进行异或扩频处理，生成扩频水印信息。
13.优选地，得到含有水印的频域载体图像的过程包括：
14.将所述频域载体图像的幅度谱对应叠加所述扩频水印信息，得到含有水印的频域载体图像。
15.优选地，得到含有水印信息的载体图像的过程包括：
16.对所述含有水印的频域载体图像进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的载体图像。
17.另一方面，为了实现上述技术目的，本发明提供了基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的系统，包括：图像获取模块、水印扩频模块、水印嵌入模块及图像变换模块；
18.所述图像获取模块，用于获取原始水印和频域载体图像；
19.所述水印扩频模块，用于生成序列偶，基于序列偶长度对原始水印进行扩频，得到
扩频水印信息；
20.所述水印嵌入模块，用于将所述扩频水印信息嵌入至所述频域载体图像，得到含有水印的频域载体图像；
21.所述图像变换模块，用于对所述含有水印的频域载体图像进行空间域变换，得到含有水印信息的载体图像。
22.优选地，所述图像获取模块包括：水印图像获取单元和频域图像获取单元；
23.所述水印图像获取单元，用于获取原始水印图像；
24.所述频域图像获取单元，用于获取原始载体图像，对所述原始载体图像进行子块划分，得到若干个数据块；对所述若干个数据块分别进行二维离散傅里叶变换，得到频域载体图像。
25.优选地，所述水印扩频模块包括：水印重复单元和水印扩频单元；
26.所述水印重复单元，基于序列偶的长度对原始水印进行按位重复，得到重复后的原始水印；
27.所述水印扩频单元，用于将重复后的原始水印与所述序列偶进行异或扩频处理，生成扩频水印信息。
28.优选地，所述水印嵌入模块包括：幅值叠加单元；
29.所述幅值叠加单元，用于将所述频域载体图像的幅度谱对应叠加所述扩频水印信息，得到含有水印的频域载体图像。
30.优选地，所述图像变换模块包括：频域变换单元；
31.所述频域变换单元，用于对所述含有水印的频域载体图像进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的载体图像。
32.本发明的技术效果为：本发明基于序列偶长度对原始水印进行扩频，得到扩频水印信息；与现有技术相比，采用序列偶序列对水印进行扩频处理时，不会存在固定长度的限制问题，同时能够满足最佳信号的要求；本发明将扩频水印信息嵌入至频域载体图像，能够得到含有水印的频域载体图像；进一步对含有水印的频域载体图像进行空间域处理，能够得到空间域中含有水印信息的载体图像。
附图说明
33.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明实施例中的水印嵌入原理框图；
35.图2为本发明实施例中的水印嵌入系统示意图；
36.图3为本发明实施例中的水印提取原理框图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
38.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不
同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
39.在扩频通信系统中，其发送端的扩频序列与接收端的解扩序列并不一定要是同一个序列,只要这2个序列(称为序列偶)满足一定条件即可达到工程上对于最佳信号的要求，这也是序列偶扩频系统与其他系统的不同之处所在。由此引出序列偶的概念：设x和y是两个长度均为n的序列，其中:x＝(x0,x1,
…
,xn-1)、y＝(y0,y1,
…
,yn-1),则称x和y组成一个n长的序列偶,记作(x,y)；若序列x、y元素取值为正负1,则称序列偶(x,y)为二元序列偶。
40.实施例一
41.如图1所示，本实施例中提供一种基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的实现方法，包括：
42.获取原始水印和频域载体图像；
43.生成序列偶，基于序列偶长度对原始水印进行扩频，得到扩频水印信息；
44.将扩频水印信息嵌入至频域载体图像，得到含有水印的频域载体图像；
45.对含有水印的频域载体图像进行空间域处理，得到含有水印信息的载体图像。
46.在一些实施例中，获取频域载体图像的过程包括：获取原始载体图像，对原始载体图像进行子块划分，得到若干个数据块；对若干个数据块分别进行二维离散傅里叶变换，得到频域载体图像。
47.在一些实施例中，对原始水印进行扩频的过程包括：基于序列偶的长度对原始水印进行按位重复，得到重复后的原始水印，将重复后的原始水印与序列偶进行异或扩频处理，生成扩频水印信息。
48.在一些实施例中，得到含有水印的频域载体图像的过程包括：将频域载体图像的幅度谱对应叠加扩频水印信息，得到含有水印的频域载体图像。
49.在一些实施例中，得到含有水印信息的载体图像的过程包括：对含有水印的频域载体图像进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的载体图像。
50.本实施例中，如图1所示，嵌入算法原理框图，首先对原始的载体图像进行子块划分，分成8*8的数据块，然后对每一个数据块进行二维离散傅里叶变换，接下来对原始水印信息进行预处理操作(也就是用序列偶对其进行扩频)。上述工作全部完成以后，用生成的扩频序列码与经过子块分割以及dft变换后的载体图像的幅度谱进行叠加，这样就相当于把经过扩处理后的水印信息成功地加载到原始载体图像中。嵌入成功后再对该图像做离散傅里叶逆变换就可以得到含有水印信息的图像了。
51.本实施例中，嵌入算法的matlab实现过程：
52.第一步：对嵌入的强度系数、分块的大小等相关的参量进行合理的设置。
53.第二步：利用函数库当中的imread函数读入原始载体图像，该函数的一般使用格式为：
54.a＝imread(
‘
d:/digital watermarking/yuanshizaitit.bmp’)，并且使用imshow函数将该图显示出来，然后用imresize函数把原始图像的大小变成512*512像素。
55.第三步：同样使用imshow函数读入原始水印图像，并利用imresize函数将其转换成64*64像素大小的图像然后显示出来。
56.第四步：生成序列偶x,并将原始水印信息按位重复61次，也就是该文中用到的序列偶的长度；然后与该序列偶中的x序列进行异或扩频处理，生成新的扩频序列码。
57.第五步：分割原始载体图像为8*8的数据块，然后对每一个数据块进行dft变换，即使用fft2函数将载体信息转换到频域上，然后在其幅度谱上对应叠加扩频水印信息。
58.第六步：利用ifft2函数对已经嵌入水印信息的载体图像进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的载体图像并将其显示出来。
59.本发明的技术效果为：
60.本发明基于序列偶长度对原始水印进行扩频，得到扩频水印信息；与现有技术相比，采用序列偶序列对水印进行扩频处理时，不会存在固定长度的限制问题，同时能够满足最佳信号的要求；本发明将扩频水印信息嵌入至频域载体图像，能够得到含有水印的频域载体图像；进一步对含有水印的频域载体图像进行空间域处理，能够得到空间域中含有水印信息的载体图像。
61.实施例二
62.如图2所示，本实施例提供了基于序列偶扩频的水印信息嵌入图像的系统，包括：图像获取模块、水印扩频模块、水印嵌入模块及图像变换模块；
63.图像获取模块，用于获取原始水印和频域载体图像；
64.水印扩频模块，用于生成序列偶，基于序列偶长度对原始水印进行扩频，得到扩频水印信息；
65.水印嵌入模块，用于将扩频水印信息嵌入至频域载体图像，得到含有水印的频域载体图像；
66.图像变换模块，用于对含有水印的频域载体图像进行空间域变换，得到含有水印信息的载体图像。
67.在一些实施例中，图像获取模块包括：水印图像获取单元和频域图像获取单元；水印图像获取单元，用于获取原始水印图像；频域图像获取单元，用于获取原始载体图像，对原始载体图像进行子块划分，得到若干个数据块；对若干个数据块分别进行二维离散傅里叶变换，得到频域载体图像。
68.在一些实施例中，水印扩频模块包括：水印重复单元和水印扩频单元；水印重复单元，基于序列偶的长度对原始水印进行按位重复，得到重复后的原始水印；水印扩频单元，用于将重复后的原始水印与序列偶进行异或扩频处理，生成扩频水印信息。
69.在一些实施例中，水印嵌入模块包括：幅值叠加单元；幅值叠加单元，用于将频域载体图像的幅度谱对应叠加扩频水印信息，得到含有水印的频域载体图像。
70.在一些实施例中，图像变换模块包括：频域变换单元；频域变换单元，用于对含有水印的频域载体图像进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的载体图像。
71.实施例三
72.本实施例提供了基于序列偶扩频的水印信息图像中水印提取原理及matlab实现
73.如图3所示，提取算法原理框图，该算法中用到了与前文中的嵌入算法相似的步骤，它是对已经含有水印信息的载体图像进行子块划分，然后对每个子块做dft变化，此后则与同样经过分块和dft变换的原始载体图像进行幅值比较，从而有效提取出扩频水印信息。上述步骤完成后再用序列偶y对提取到的扩频信息进行解扩，这样就得到原始水印信息。
74.本实施例中，提取算法的matlab实现过程：
75.第一步：读入含有水印信息的载体图像及原始载体图像，并将它们分别用imshow函数显示出来。
76.第二步：对已含有水印信息的载体图像以及原始图像均进行分块操作并分别用fft2函数进行相应的变换。
77.第三步：比较第三步中得到了两种图像信息的幅度值，从而提取扩频水印信息，具体的提取规则为：如果前者幅值大于后者则说明之前用到的扩频序列中的码元值为1，反之则说明码元为0。
78.第四步：解扩，即在一个序列偶码元长度内将扩频水印信息与序列偶y进行逐位相乘，然后码周期内对解扩后的序列进行求加，并与判决门限进行比较，由于该序列偶具有负的相向关性，所以如果比较的结果大于0则判决为0，如果比较结果小于0则判为1。
79.第五步：将提取出来的水印图像用imshow函数表示出来。
80.本实施例中，仿真程序运行实验，改变嵌入强度k的大小，令其分别取0.015、0.02、0.025、0.03，运行程序，计算psnr和nc的值，实验对比结果如下：
81.1.嵌入强度k＝0.015，psnr＝93.522，nc＝0.98013；
82.2.嵌入强度k＝0.02，psnr＝87.671，nc＝0.98279；
83.3.嵌入强度k＝0.025，psnr＝83.119，nc＝0.98281；
84.4.嵌入强度k＝0.03，psnr＝79.385，nc＝0.98409。
85.由上述实验结果可知，随着嵌入强度的增大，峰值信噪比逐渐减小，归一化系数却逐渐增大，也就是说嵌入水印后的载体图像的失越来越明显，但是提取出来的水印的效果却越来越好，这说明水印的可见性和鲁棒性之间存在矛盾。
86.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。