WO2014146296A1 - 数字图像中不可见信息嵌入及解码的方法及设备 - Google Patents

数字图像中不可见信息嵌入及解码的方法及设备 Download PDF

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WO2014146296A1
WO2014146296A1 PCT/CN2013/073069 CN2013073069W WO2014146296A1 WO 2014146296 A1 WO2014146296 A1 WO 2014146296A1 CN 2013073069 W CN2013073069 W CN 2013073069W WO 2014146296 A1 WO2014146296 A1 WO 2014146296A1
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image
digital information
information
domain signal
frequency domain
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PCT/CN2013/073069
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English (en)
French (fr)
Inventor
何明科
周平
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深圳市快播科技有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/32—Circuits or arrangements for control or supervision between transmitter and receiver or between image input and image output device, e.g. between a still-image camera and its memory or between a still-image camera and a printer device
    • H04N1/32101—Display, printing, storage or transmission of additional information, e.g. ID code, date and time or title
    • H04N1/32144—Display, printing, storage or transmission of additional information, e.g. ID code, date and time or title embedded in the image data, i.e. enclosed or integrated in the image, e.g. watermark, super-imposed logo or stamp
    • H04N1/32149—Methods relating to embedding, encoding, decoding, detection or retrieval operations
    • H04N1/32154—Transform domain methods
    • H04N1/3216—Transform domain methods using Fourier transforms

Definitions

  • the present invention relates to the field of information embedding technology, and in particular, to a method and device for embedding and decoding invisible information in a digital image. Background technique
  • digital watermarking refers to embedding specific information into digital signals.
  • Digital watermarks can be divided into two types: floating and hidden. The former is a watermark that can be seen. The information contained in it can be seen at the same time when viewing pictures or videos.
  • LSB Location Significant Bit
  • MLSB Multiple Least Significant Bits
  • ⁇ K random modulation steganography
  • the LSB steganography method is a spatial domain-based information hiding algorithm, which utilizes the low-order information of the pixel gray value bit plane to not affect the image sensory property, and embeds the communication signal into the low-bit plane to form a dense image. This includes random embedding and continuous embedding.
  • JPEG Joint Photographic Experts Group
  • the transform domain Based on the information hiding algorithm of the transform domain, the transform domain hides the secret information in the transform domain of the image carrier, and most of them use some kind of operation in the frequency domain to achieve the purpose of information hiding.
  • the existing transform domain-based information hiding algorithm is based on a two-dimensional discrete cosine transform, which divides the image into 8x8 pixel blocks and performs discrete cosine transform on each block. The disadvantage is that the hidden capacity is small.
  • Embedding data into the JPEG format header with additional information from EXIF is also a hidden information embedding technique, but it is easy to filter out extra information and is less robust.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a process of extracting information by using a template in the prior art.
  • an existing information hiding technology generally needs a picture without hidden information as a template, and requires a public key when decoding. Or the private key to verify the hidden fidelity of each picture, calculate the difference between the picture to be decoded and the original picture, and analyze whether the difference is greater than the threshold to determine whether the image contains hidden information. Since it is difficult to obtain a large number of pictures in the Internet field, it is difficult to apply in the industrial field. Defects such as application lines restrict the use of information hiding technology. Summary of the invention
  • Embodiments of the present invention provide a processing method for embedding invisible information in a digital image, which is used to enhance the robustness of inserting hidden digital information into a digital image and is convenient for industrial applications, and has embedded information invisible and robust against compression. , without the need for templates, the advantage of embedding information capacity.
  • the method includes - obtaining a first image to which hidden digital information is to be inserted;
  • the hidden digital information to be inserted is simulated in a variable wavelength manner
  • the second frequency image embedded with the hidden digital information is obtained by inverse Fourier transform of the frequency domain signal after the simulation.
  • the embodiment of the present invention further provides a decoding method for invisible information in a digital image, which can determine whether there is hidden information and complete decoding from a JPEG image without using a template, and the method includes:
  • the embedded hidden digital information is embedded or not according to the check bit and/or waveform characteristics of the waveform signal.
  • a processing device for embedding invisible information in a digital image which is used to enhance the robustness of inserting hidden digital information into a digital image and is convenient for industrial applications, and has embedded information invisible and robust against compression.
  • Sex, no template, embed the advantage of large information capacity the device includes a code acquisition module for obtaining a first image to be inserted into hidden digital information;
  • a code conversion module configured to convert the first image from the spatial domain signal to the frequency domain signal
  • the insertion module is configured to simulate the original waveform by using a variable wavelength to insert the hidden digital information
  • the transform module is configured to perform the second image embedded in the hidden digital information by inverse Fourier transform of the frequency domain signal after the simulation.
  • An embodiment of the present invention provides a digital image invisible information decoding device, which can determine whether there is hidden information and complete decoding from a JPEG image without using a template.
  • the device includes:
  • a decoding acquisition module configured to acquire an image
  • a decoding conversion module configured to convert the image from a spatial domain signal into a variable wavelength frequency domain signal
  • an analysis module configured to parse the waveform signal from the variable wavelength frequency domain signal
  • the judging module is configured to judge whether the embedded hidden digital information is based on the check bit and/or the waveform characteristic of the waveform signal.
  • the image is converted from a spatial domain signal to a frequency domain signal by a digital image processing technology, and the inserted digital information is simulated in a variable wavelength manner, and finally the Fourier inverse is performed. Transform to get a new image.
  • the newly generated image can completely include the embedded information, and the image is transmitted in the network, and the watermark is added and removed.
  • the embedded information can still be lossless, because the frequency domain is not affected when the image is compressed. Impact, so when subjected to a compression attack, the information is not lost, and the robustness is enhanced.
  • the player can completely read the decoded information, so that the user can enjoy the movie through the decoded information while enjoying the reading of the picture.
  • the inserted information is taken out from the frequency wave by using the Fourier transform without using a template, thereby establishing an industrial use value for the invisible embedding method. It has the embedded information invisible, anti-compression robustness, no need for templates, and the advantage of embedded information capacity.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a process of information extraction by a template in the prior art
  • FIG. 2 is a schematic flowchart of an implementation process of embedding invisible information in a digital image according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a JPEG image encoding implementation process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of a method for decoding a non-visible information in a digital image according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic flowchart of a specific example of decoding a JPEG image according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a processing device for embedding invisible information in a digital image according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of an invisible information decoding device in a digital image according to an embodiment of the present invention.
  • the technical solution provided in the embodiment of the present invention when decoding, does not need to use a template, and directly extracts the inserted information from the frequency wave by Fourier transform, thereby establishing industrial use value for the invisible embedding method.
  • the implementation of the scheme will be described below.
  • FIG. 2 is a schematic flowchart of a method for processing an invisible information embedded in a digital image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the method may include the following steps:
  • Step 201 Obtain a first image that needs to insert hidden digital information.
  • Step 202 Convert the first image from a spatial domain signal to a frequency domain signal.
  • Step 203 Simulate the original waveform by using a variable wavelength to insert the hidden digital information.
  • Step 204 Perform a second image embedded with hidden digital information by inverse Fourier transform of the frequency domain signal after the simulation.
  • digital image processing technology is used to convert the image from the spatial domain signal into the frequency domain signal, and then the inserted digital information is simulated in a variable wavelength manner, and finally the new image is obtained by inverse Fourier transform. .
  • the newly generated image can completely include the embedded information, and the image is transmitted in the network, and the watermark is added and removed.
  • the embedded information can still be lossless, because the frequency domain is not affected when the image is compressed. Impact, so when subjected to a compression attack, the information is not lost, and the robustness is enhanced.
  • the decoding algorithm is embedded in the player, the player can completely read the decoded information, so that the user can enjoy the movie through the decoded information while enjoying the reading of the picture.
  • the converting the first image from the spatial domain signal to the frequency domain signal is to acquire a predetermined size of the hidden digital information, and according to the size, the first image is divided into regions, and each of the first image is The area is converted into a YUV color space image, and the U and V components of the converted image are subjected to frequency domain transformation. This is to enhance the information capacity of the algorithm.
  • the frequency component of the UV component in the YUV color space is transformed, so that the embeddable information is greatly enhanced, thereby improving the hidden capacity.
  • the converting the first image from the spatial domain signal to the frequency domain signal comprises: converting the first image into a YCbCr color space image
  • the converted image is divided into CxL/H regions, and U and V values are respectively taken out for the pixels of each region to obtain a U matrix and a V matrix;
  • a one-dimensional Fourier transform is performed on each matrix.
  • YCbCr is a commonly used color coding scheme in consumer video products such as DVD, camcorder and digital TV.
  • step 203 the hidden digital information to be inserted is simulated in a variable wavelength manner, and the original waveform is simulated by a waveform having a phase angle of a high frequency band in the frequency domain;
  • a bit of the hidden digital information to be inserted is assigned to the phase angle of the intermediate frequency or high frequency frequency of a regional frequency domain signal. In order to avoid missing or distorted hidden digital information, it can be assigned to the high frequency frequency preferentially. When the assignment fails, it is assigned to the phase angle of the intermediate frequency. It can also be directly assigned to the phase angle of the intermediate frequency.
  • the phase angle of the intermediate frequency in the original spectrum is changed to 1.57 (ie, pure imaginary number); when the signal to be embedded is 0, the original spectrum is used.
  • the phase angle of the medium-IF frequency is changed to 0 (ie, real number), which is equivalent to constructing a rectangular wave to simulate the original waveform, and the combination of 0 and 1 is the embedded digital information, by which the hidden digital information can be inserted.
  • the method may further include:
  • spectral compensation is performed to combat the differential algorithm at the time of compression.
  • the original JPEG image can be converted into a YCbCr color space image by digital image processing technology, and then the number of rows of pixels and the number of columns of pixels of the converted image can be obtained.
  • C and calculate the pixel size H of the HASH data, and divide the converted image into CxL/H regions, respectively extract U and V values for the pixels of each region, and obtain a U matrix and a V matrix, and perform for each matrix.
  • the one-dimensional Fourier transform converts the image signal from the spatial domain signal spectrum to the frequency domain signal spectrum, and then calculates the spectrum and phase angle of the frequency domain signal.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a JPEG image encoding implementation process according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the implementation is as follows:
  • Step 301 Load an original JPEG image.
  • Step 302 Convert to a YUV color space image;
  • Step 303 Divide a pixel into a required number of blocks according to the calculated embedded information size.
  • Step 304 Perform one-dimensional Fourier transform on each block of UV values
  • Step 305 Obtain a frequency domain spectrum and a phase angle of each block.
  • Step 306 Select different frequency segments according to image characteristics.
  • Step 307 Take out a statistical median value of each spectrum
  • Step 308 determining whether the HASH value is equal to 1, then proceeding to step 309, otherwise proceeding to step 310; Step 309, changing the phase angle to 1.57;
  • Step 310 changing the phase angle to 0;
  • Step 312 inverse Fourier transform, to obtain a new UV value
  • Step 313, assigning a value to the original pixel point UV value
  • Step 314 obtaining a new image.
  • the encoding algorithm is: first dividing the image, and then converting the image from the RGB space to the YCbCr color space by color space conversion, and then obtaining a matrix composed of U and V components, respectively performing one-dimensional Fourier transform, so that The spatial domain is converted to a frequency domain wave.
  • the digital information is assigned to the phase angle of the image information to spectrally enhance the spectrum with a large spectral difference.
  • the new UV value is obtained by inverse Fourier transform, and the new UV value is assigned to the original pixel UV value to obtain a new image.
  • the encoding process can be as follows:
  • Y is the brightness
  • Cb is the blue component
  • Cr is the red component.
  • MxNx3 This is an array of MxNx3 that represents each color pixel.
  • D Perform the following redraw process on the U and V components: Perform a Fourier transform on the U component to obtain a coefficient matrix f.
  • the HASH value to be encoded is used to construct a waveform with a phase angle and a spectrum similar to the original phase angle and spectrum, and the waveform is replaced with the original waveform.
  • the frequency domain is not affected when the image is compressed, after encoding by the scheme in the embodiment, the information is not lost when subjected to a compression attack.
  • the embodiment of the present invention further provides a decoding method for invisible information in a digital image that is compatible with a processing method for embedding invisible information in a digital image, because the decoding method of the invisible information in the digital image is solved.
  • the principle of the problem corresponds to the processing method of embedding invisible information in the digital image. Therefore, the implementation of the decoding method of the invisible information in the digital image can be referred to the implementation of the processing method of embedding the invisible information in the digital image, and the repetition is not repeated. .
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of a method for decoding invisible information in a digital image according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the following steps may be included:
  • Step 401 Acquire an image.
  • Step 402 Convert the image from a spatial domain signal to a variable wavelength frequency domain signal.
  • Step 403 Parsing a waveform signal from a frequency domain signal of a variable wavelength
  • Step 404 Determine whether the embedded hidden digital information is based on the parity bit and/or the waveform characteristic of the waveform signal.
  • converting the image from a spatial domain signal to a variable-frequency frequency domain signal refers to simulating the original waveform by using a waveform having a phase angle of a high frequency band in the frequency domain;
  • the video url may be converted into a short URL, and the short URL code is fixed, and the block may be directly divided;
  • a bit of the hidden digital information to be inserted is assigned to the phase angle of the intermediate frequency or high frequency frequency of a regional frequency domain signal. In order to avoid missing or distorted hidden digital information, it can be assigned to the high frequency frequency preferentially. When the assignment fails, it is assigned to the phase angle of the intermediate frequency. It can also be directly assigned to the phase angle of the intermediate frequency.
  • step 402 converting the image from a spatial domain signal to a variable wavelength frequency domain signal includes:
  • the converted image is divided into CxL/H regions, and the U and V values are respectively taken out for the pixels of each region to obtain a U matrix and a V matrix;
  • parsing the waveform signal from the variable wavelength frequency domain signal may include: acquiring an imaginary value of an intermediate frequency or a high frequency spectrum segment of the U matrix and the V matrix of each region;
  • the phase angle is determined according to the imaginary value
  • the determining whether the embedded bit information is embedded according to the check bit and/or the waveform feature of the waveform signal includes: determining whether the device is valid information according to the hidden digit information, such as the check bit in the HASH value. Indicates that hidden digital information is embedded. In the implementation, whether the check digit in the hidden digital information and the phase angle of each region have consistency can be used to determine whether the information is valid, and the valid state indicates that the hidden digital information is embedded; or whether the phase angle of each region has Consistency to determine whether it is valid information, valid means that hidden digital information is embedded; this can reduce the decoding failure of information caused by check digits.
  • the solved HASH value is 0, and if the average imaginary value is 1, That is, the phase angle is 1.57, and the solved HASH value is 1.
  • the solved HASH value is obtained, which is equivalent to solving the added rectangular wave, and then determining whether it is valid information according to the check bit in the HASH value.
  • the JPEG image to be decoded may be converted into a YCbCr color space image during decoding, and then the number of rows of pixels L and the number of column pixels of the converted image may be obtained. And calculating the pixel size H of the HASH data, dividing the converted image into CxL/H regions, respectively extracting U and V values for the pixels of each region; obtaining a U matrix and a V matrix, and performing one for each matrix
  • the Fourier transform transforms the image signal from the spatial domain signal spectrum to the frequency domain signal spectrum, and then judges the imaginary value of the IF or high frequency spectrum segment of the UV matrix calculated for each region.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart of a specific example of decoding a JPEG image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the implementation is as follows:
  • Step 501 loading an original JPEG image
  • Step 502 converting to a YUV color space image
  • Step 503 Divide the pixel into the required number of blocks; all the video links adopt a short URL, and the number of bits is fixed, and the hash size does not need to be determined during decoding;
  • Step 504 Perform one-dimensional Fourier transform on the UV values of each block respectively.
  • Step 505 Obtain a frequency domain spectrum and a phase angle of each block.
  • Step 506 Select an intermediate frequency spectrum segment.
  • Step 507 Calculate a sum of imaginary values of the IF spectrum segment
  • Step 508 it is determined whether the sum is negative, if yes, go to step 509, otherwise go to step 510;
  • Step 509 HASH value is 0, and proceeds to step 511;
  • Step 510 the HASH value is 1, and the process proceeds to step 511.
  • Step 511 decoding to obtain a string of 01 values
  • Step 512 judging whether it is valid data by the check bit and / or waveform characteristics, then proceeds to step 513, otherwise proceeds to step 514;
  • Step 513 Obtain video information embedded in the encoding
  • Step 514 Obtain an image of the HASH data that is not embedded.
  • the decoding algorithm is: First, the image is converted into a YCbCr color space image, and an array of U and V components is obtained, and Fourier transform is respectively performed to convert from the spatial domain to the frequency domain wave.
  • the obtained waveform calculates a HASH value formed by the phase angle, and then judges whether it is a valid value and whether the waveform feature has consistency according to the check bit in the obtained HASH value, and determines whether it is image information of the embedded digital information.
  • the decoding process can be as follows:
  • Y is the brightness
  • Cb is the blue component
  • Cr is the red component.
  • MxNx3 This is an array of MxNx3 that represents each color pixel.
  • the decoding algorithm when the decoding algorithm is embedded in the player, whenever the user drags the picture into the player, the picture is decoded, and if the video address information can be decoded, the movie can be played.
  • an embodiment of the present invention further provides a processing device for embedding invisible information in a digital device, and a decoding device for invisible information in a digital image, because the principle of solving the problem of the device and embedding the invisible information in the digital image
  • the processing method and the decoding method of the invisible information in the digital image are similar. Therefore, the implementation of these devices can be referred to the implementation of the corresponding method, and the repeated description will not be repeated.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a processing device for embedding invisible information in a digital image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the device may include:
  • a code acquisition module 601 configured to acquire a first image to which hidden digital information needs to be inserted
  • the code conversion module 602 is configured to convert the first image from the spatial domain signal to the frequency domain signal;
  • the inserting module 603 is configured to simulate the original waveform by using a variable wavelength to insert the hidden digital information
  • the transforming module 604 is configured to: after the simulated frequency domain signal is inversely transformed by Fourier transform, obtain the second embedded embedded digital information. image.
  • the transcoding module 602 may further be configured to acquire a predetermined size of the hidden digital information, and divide the image into regions according to the size; convert each region of the first image into a YUV color space image, and U of the converted image
  • the V component is subjected to frequency domain transformation.
  • the transcoding module 602 can include:
  • a code conversion unit configured to convert the first image into a YCbCr color space image
  • a coded pixel calculation unit configured to obtain a row pixel number L and a column pixel number C of the converted image, and obtain a predetermined pixel size H of the hidden digital information
  • the coding matrix unit is configured to divide the converted image into CxL/H regions, and respectively extract U and V values for the pixels of each region to obtain a U matrix and a V matrix;
  • a coding transform unit is configured to perform one-dimensional Fourier transform on each matrix.
  • the inserting module 603 is specifically configured to simulate the original waveform by using a waveform having a phase angle of a high frequency band in the frequency domain;
  • a calculation unit configured to calculate a frequency spectrum and a phase angle of each regional frequency domain signal
  • An assignment unit for assigning a bit of hidden digital information to be inserted to a phase angle of an intermediate frequency or high frequency frequency of a regional frequency domain signal. In order to avoid missing or distorted hidden digital information, it can be assigned to the high frequency frequency preferentially. When the assignment fails, it is assigned to the phase angle of the intermediate frequency. It can also be directly assigned to the phase angle of the intermediate frequency.
  • the inserting module 603 may further include:
  • a spectrum compensation unit is configured to perform spectrum compensation against a differential algorithm when compressing when the spectral value is less than a given threshold.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of an invisible information decoding device in a digital image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the device may include:
  • a decoding acquisition module 701 configured to acquire an image
  • a decoding conversion module 702 configured to convert the image from a spatial domain signal into a variable wavelength frequency domain signal
  • an analyzing module 703 configured to parse the waveform signal from the variable wavelength frequency domain signal
  • the determining module 704 is configured to determine whether the embedded hidden digital information is based on the parity bit and/or the waveform characteristic of the waveform signal.
  • the decoding conversion module 702 is specifically configured to simulate the original waveform by using a waveform having a phase angle of a high frequency band in the frequency domain; and specifically: acquiring a size of the predetermined hidden digital information, and dividing the image according to the size; A bit of the inserted hidden digital information is assigned to the phase angle of the intermediate frequency or high frequency frequency of a regional frequency domain signal. In order to avoid missing or distorted hidden digital information, it can be assigned to the high frequency frequency preferentially. When the assignment fails, it is assigned to the phase angle of the intermediate frequency. It can also be directly assigned to the phase angle of the intermediate frequency.
  • the decoding conversion module 702 can include:
  • a decoding conversion unit for converting each region of the image into a YCbCr color space image
  • a decoding pixel calculation unit configured to obtain a row pixel number L and a column pixel number C of the converted image, and obtain a predetermined pixel size H of the hidden digital information
  • Decoding matrix unit which is used to divide the converted image into CxL/H regions, and respectively extract U and V values for the pixels of each region to obtain a U matrix and a V matrix;
  • a decoding transform unit is configured to perform one-dimensional Fourier transform on each matrix.
  • the parsing module 703 can include:
  • a value unit configured to obtain an imaginary value of an intermediate frequency or a high frequency spectrum segment of a U matrix and a V matrix of each region; and a phase angle determining unit configured to determine a phase angle according to the imaginary value;
  • the hidden digital information determining unit is configured to determine the embedded hidden digital information according to the phase angle of each area; the determining module 704 may include:
  • the judging unit is configured to judge whether the valid information is based on the check digit in the hidden digital information, and the valid information indicates that the hidden digital information is embedded; or whether the check digit in the hidden digital information and the phase angle of each region have the same sexuality to determine whether it is valid information, valid means that hidden digital information is embedded; or, whether the phase angle of each region has consistency to determine whether it is valid information, and valid means that hidden digital information is embedded.
  • the existing information hiding technology usually needs images without hidden information as templates when extracting information, which makes the existing information hiding technology difficult to apply in the industrial field, because it is difficult to obtain a large number of pictures in the Internet field.
  • Figure. Further, the prior art has at least the following disadvantages: 1.
  • the EXIF information header embedded in the digital signal method is weakly robust.
  • the invisible digital watermarking method requires a template.
  • a public key or a private key is required to verify the hidden information fidelity of each picture, making the algorithm difficult to generalize in the industrial field.
  • the existing transform domain information hiding method has a small hidden capacity.
  • the present invention passes The digital image processing technology converts the image from the spatial domain signal into the frequency domain signal, and then simulates the original waveform by inserting the digital information in a variable wavelength manner, and finally obtains a new image by inverse Fourier transform.
  • the newly generated image completely includes the embedded information, and the image is transmitted in the network, and the watermark is added and removed. After compression, the embedded information can still be lost.
  • the decoding algorithm is embedded in the player, the player can The complete reading of the decoded information allows the user to enjoy the movie through the decoded information while enjoying the reading of the picture.
  • the embedded information can not be filtered by using a high-pass filter or a low-pass filter.
  • the technical solution provided by the embodiment of the present invention solves the vulnerability in the original image processing technology and enhances the robustness of the algorithm.
  • the information embedded in the encoded image is not lost after copying, JPEG compression, network transmission, malicious attack, watermarking, etc., and the information in the picture is not perceptible and undetectable.
  • the application of the technical solution provided by the embodiment of the present invention is not limited to embedding video information in an image, and also includes embedding other information such as a game archive address in the image.
  • the embedded information is completely invisible, and the problem that the visible watermark interferes with the original image is solved.
  • the image signal is processed by Fourier transform, so that the image has good robustness, and the information is not changed during the process of compressing, watermarking, and propagating the image, thereby changing the vulnerability of the LSB algorithm.
  • an 8x8 pixel dot matrix is no longer used in encoding, so that the amount of information that can be embedded is large.
  • the algorithm of this paper can successfully encode data for high frequency image, low frequency image, JPEG image of any size, 4:1 compressed JPEG image, 8:1 compressed JPEG image, 16:1 compressed JPEG image. Into the image. When the image is low-compression and high-compression, the embedded data fidelity is 100%.
  • the present invention may take the form of an entirely hardware embodiment, an entirely software embodiment, or a combination of software and hardware.
  • the invention can take the form of a computer program product embodied on one or more computer-usable storage media (including but not limited to disk storage, CD-ROM, optical storage, etc.) including computer usable program code.
  • the computer program instructions can also be stored in a computer readable memory that can direct a computer or other programmable data processing device to operate in a particular manner, such that the instructions stored in the computer readable memory produce an article of manufacture comprising the instruction device.
  • the apparatus implements the functions specified in one or more blocks of a flow or a flow and/or block diagram of the flowchart.
  • These computer program instructions can also be loaded onto a computer or other programmable data processing device such that a series of operational steps are performed on a computer or other programmable device to produce computer-implemented processing for execution on a computer or other programmable device.
  • the instructions provide steps for implementing the functions specified in one or more of the flow or in a block or blocks of a flow diagram.

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Abstract

一种数字图像中不可见信息嵌入及解码的方法及设备，包括：数字图像中嵌入不可见信息的处理方法：获取需***隐藏数字信息的第一图像；将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形；将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息的第二图像。数字图像中不可见信息的解码方法：获取图像；将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号；从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；根据波形信号的校验位和/或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信息。具备嵌入信息不可见，抗压缩的鲁棒性，解码无需模板，嵌入信息容量大的优点。

Description

数字图像中不可见信息嵌入及解码的方法及设备 技术领域
本发明涉及信息嵌入技术领域， 尤其涉及一种数字图像中不可见信息嵌入及解码的 方法及设备。 背景技术
数字水印作为现有的信息嵌入技术， 是指将特定的信息嵌入数字信号中。 数字水印 可分为浮现式和隐藏式两种， 前者是可被看见的水印， 其所包含的信息可在观看图片或 视频时同时被看见。
隐藏式的水印是以数字数据的方式加入音频、 图片或视频中， 在一般的状况下无法 被看见。 隐写术是数字水印的实现方式， 包括 LSB (Least Significant Bit, 最低有效位） 替换、 MLSB (Multiple Least Significant Bits, 最低多有效位） 替换、 ±K与随机调制隐 写等空间域隐写方法， 这些技术均以 LSB隐写法为基础。 LSB隐写法， 是一种基于空间 域的信息隐藏算法， 其利用像素灰度值位平面的低位信息不影响图像感官的性质， 将通 信信号嵌入低位位平面中， 形成载密图像。 包括用随机嵌入法和连续嵌入法， 但是， 这 种方法在 JPEG (Joint Photographic Experts Group, 联合图像专家小组） 压缩时容易丢失 大部分嵌入信息， 鲁棒性弱。
基于变换域的信息隐藏算法， 变换域将秘密信息隐藏在图像载体的变换域中， 大多 是在频率域通过某种运算， 从而达到信息隐藏的目的。 现有的基于变换域的信息隐藏算 法是基于二维离散余旋变换， 将图像分成 8x8 的像素方块， 对每个方块做离散余旋变 换。 缺点是隐藏容量较小。
通过 EXIF ( Exchangeable Image File, 可交换图像文件） 的额外信息将数据嵌入 JPEG格式头部也是一种隐藏式信息嵌入技术， 但这种方式很容易过滤掉额外信息， 鲁棒 性弱。
图 1为现有技术中通过模板进行信息提取的过程示意图， 如图 1所示， 现有的信息 隐藏技术在信息提取时， 通常需要不含隐藏信息的图片作为模板， 在解码时需要公钥或 私钥来校验每张图片的隐藏信息保真度， 通过待解码图片与原图进行差值计算， 分析差 值是否大于阈值来判断图像中是否含有隐藏信息。 由于在互联网领域获得海量图片的实 现难度大， 因此很难在工业领域进行应用。 行应用等缺陷， 制约了信息隐藏技术的使用。 发明内容
本发明实施例提供了一种数字图像中嵌入不可见信息的处理方法， 用以增强在数字 图像***隐藏数字信息的鲁棒性且便于工业应用， 具备嵌入信息不可见， 抗压缩的鲁棒 性， 无需模板， 嵌入信息容量大的优点。 该方法包括- 获取需***隐藏数字信息的第一图像；
将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形；
将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息的第二图像。 本发明实施例中还提供了一种数字图像中不可见信息的解码方法， 能够不使用模板 从 JPEG图像中判断是否存在隐藏信息并完成解码， 该方法包括：
获取图像；
将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号；
从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；
根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信息。
本发明实施例中提供了一种数字图像中嵌入不可见信息的处理设备， 用以增强在数 字图像***隐藏数字信息的鲁棒性且便于工业应用， 具备嵌入信息不可见， 抗压缩的鲁 棒性， 无需模板， 嵌入信息容量大的优点， 该设备包括- 编码获取模块， 用于获取需***隐藏数字信息的第一图像；
编码转换模块， 用于将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
***模块， 用于将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形； 变换模块， 用于将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息 的第二图像。
本发明实施例中提供了一种数字图像的不可见信息解码设备， 能够不使用模板从 JPEG图像中判断是否存在隐藏信息并完成解码， 该设备包括：
解码获取模块， 用于获取图像；
解码转换模块， 用于将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号； 解析模块， 用于从可变波长的频率域信号中解析出波形信号； 判断模块， 用于根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信 息。
在本发明实施例提供的技术方案中， 通过数字图像处理技术， 将图像从空间域信号 转换为频率域信号， 再将***的数字信息以可变波长的方式模拟原有波形， 最后通过傅 立叶逆变换得到新的图像。 通过选择合适的波形， 新生成的图像即可完整的包括了嵌入 的信息， 且图像在网络中传输， 添加去除水印， 压缩后嵌入信息仍能无损， 由于在图像 压缩时， 其频率域不受影响， 所以在受到压缩攻击时， 信息也不会丢失， 增强了鲁棒 性。 当在播放器中嵌入解码算法后， 播放器可以完整的读取解码出的信息， 使得用户在 享受读图快乐的同时通过解码的信息就可以欣赏到电影。 在解码的时候， 无需使用模 板， 直接通过傅立叶变换， 从频率波中取出***的信息， 从而为不可见嵌入法建立了工 业使用价值。 具备嵌入信息不可见， 抗压缩的鲁棒性， 无需模板， 嵌入信息容量大的优 点。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还 可以根据这些附图获得其他的附图。 在附图中：
图 1为现有技术中通过模板进行信息提取的过程示意图；
图 2为本发明实施例中数字图像中嵌入不可见信息的处理方法的实施流程示意图； 图 3为本发明实施例中 JPEG图像编码实施流程示意图；
图 4为本发明实施例中数字图像中不可见信息的解码方法的实施流程示意图； 图 5为本发明实施例中 JPEG图像解码一个具体实例的流程示意图；
图 6为本发明实施例中数字图像中嵌入不可见信息的处理设备的结构示意图； 图 7为本发明实施例中数字图像中不可见信息解码设备的结构示意图。 具体实施方式
为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合附图对本发明 实施例做进一步详细说明。 在此， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 但 并不作为对本发明的限定。 发明人在发明过程中注意到： 为达到工业需求， 必须在播放器解码的时候放弃模板 技术。 现有的技术都是将解码得到的频率波与模板进行求差运算， 当误差小于一定范围 时， 认为嵌入的信息是高保真的。 这样必须对每一幅图像建立一个模板， 使得技术很难 进行工业推广。 而本发明实施例中提供的技术方案， 在解码的时候， 无需使用模板， 直 接通过傅立叶变换， 从频率波中取出***的信息， 从而为不可见嵌入法建立了工业使用 价值。 下面对该方案的实施进行说明。
图 2为本发明实施例的数字图像中嵌入不可见信息的处理方法的实施流程示意图， 如图 2所示， 可以包括如下步骤：
步骤 201、 获取需***隐藏数字信息的第一图像；
步骤 202、 将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
步骤 203、 将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形；
步骤 204、 将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息的第 二图像。
在该方案实施中， 通过数字图像处理技术， 将图像从空间域信号转换为频率域信 号， 再将***的数字信息以可变波长的方式模拟原有波形， 最后通过傅立叶逆变换得到 新的图像。 通过选择合适的波形， 新生成的图像即可完整的包括了嵌入的信息， 且图像 在网络中传输， 添加去除水印， 压缩后嵌入信息仍能无损， 由于在图像压缩时， 其频率 域不受影响， 所以在受到压缩攻击时， 信息也不会丢失， 增强了鲁棒性。 当在播放器中 嵌入解码算法后， 播放器可以完整的读取解码出的信息， 使得用户在享受读图快乐的同 时通过解码的信息就可以欣赏到电影。
实施中， 在步骤 202中， 所述将第一图像从空间域信号转换为频率域信号， 是获取 隐藏数字信息的预定尺寸， 根据该尺寸将第一图像分区域， 将第一图像的每个区域转换 为 YUV彩色空间图像， 对转换后图像的 U、 V分量进行频率域变换。 这是为增强算法 的信息容量， 在实施中是对 YUV彩色空间中的 UV分量进行频率域变换， 使得可嵌入 的信息大大增强， 从而提高了隐藏容量。
实施中， 在步骤 202中， 所述将第一图像从空间域信号转换为频率域信号， 包括- 将第一图像转换为 YCbCr彩色空间图像；
求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏数字信息的预定像素尺寸 H, 例如获取 HASH数据的预定像素尺寸 H; 将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
其中， YCbCr是 DVD、 摄像机、 数字电视等消费类视频产品中， 常用的色彩编码方 案。
实施中， 在步骤 203 中， 所述将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有 波形， 是指以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原有波形； 具体包括：
计算每个区域频率域信号的频谱和相位角；
将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位 角上。 为避免写入的隐藏数字信息丢码或者失真， 可以优先赋值到高频频率， 赋值失败 时再赋值到中频频率相位角上， 也可以直接赋值到中频频率的相位角上。
例如， 计算频率域信号的频谱和相位角后， 当需要嵌入到信号是 1， 将原频谱中中 频频率的相位角改为 1.57 (即纯虚数） ； 当需要嵌入的信号是 0， 将原频谱中中频频率 的相位角改为 0 (即实数） ， 这相当于构造了一个矩形波来模拟原波形， 而 0、 1组合的 数组就是嵌入的数字信息， 通过该方式便可***隐藏数字信息。
实施中， 为了增强鲁棒性， 还可以进一步包括：
在频谱值小于给定阈值时， 进行频谱补偿以对抗压缩时的差分算法。
以图像为 JPEG 图像为例， 在上述方案的具体实施过程中， 可以通过数字图像处理 技术， 将原始 JPEG图像转换为 YCbCr彩色空间图像， 再求得转换后图像的行像素数 L 和列像素数 C， 并计算出 HASH数据的像素尺寸 H， 将转换后图像分割为 CxL/H个区 域， 对每个区域的像素点分别取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵， 对每个矩阵进行一 维傅立叶变换， 使得图像信号从空间域信号谱转换为频率域信号谱， 再计算频率域信号 的频谱和相位角， 当需要嵌入到信号是 1， 将原频谱中中频频率的相位角改为 1.57 (即 纯虚数） ； 当需要嵌入的信号是 0， 将原频谱中中频频率的相位角改为 0 (即实数） ， 这 相当于构造一个矩形波来模拟原波形， 特别地， 如果原波形频谱值小于给定阈值时， 需 要进行频谱补偿以对抗 JPEG压缩时的差分算法， 以增强算法的鲁棒性。 最后再做傅立 叶逆变换得到新的 U、 V矩阵， 并将 U、 V值赋值给原像素点的 UV值， 从而完成编 码。 图 3为本发明实施例中 JPEG图像编码实施流程示意图， 如图 3所示， 实施中按如 下步骤实施：
步骤 301、 装载原始 JPEG图像； 步骤 302、 转换为 YUV彩色空间图像；
步骤 303、 根据计算的嵌入信息尺寸， 将像素点分割成需要的块数；
步骤 304、 对每块的 UV值分别进行一维傅立叶变换；
步骤 305、 获取每块的频率域频谱和相位角；
步骤 306、 根据图像特点， 分别选取不同的频谱段；
步骤 307、 取出每段频谱的统计中值；
步骤 308、 判断 HASH值是否等于 1， 是则转入步骤 309， 否则转入步骤 310; 步骤 309、 将相位角改为 1.57;
步骤 310、 将相位角改为 0;
步骤 311、 频谱增强；
步骤 312、 傅立叶逆变换， 得到新的 UV值；
步骤 313、 赋值给原像素点 UV值；
步骤 314、 得到新图像。
上述具体实施中， 编码算法为： 先对图像分割， 再通过彩色空间转换， 将图像从 RGB空间转换为 YCbCr彩色空间， 再取得 U和 V分量组成的矩阵， 分别进行一维傅立 叶变换， 使得从空间域转换为频率域波。 将数字信息赋值到图像信息的相位角上， 对频 谱差分大的频谱进行频谱增强。 再通过傅立叶逆变换得到新的 UV值， 并将新的 UV值 赋值给原像素 UV值， 从而得到新图像。
而编码过程例如可以如下：
A、 将图像打开， 获得图像的句柄， 用这个句柄， 将图像转换为 YCbCr彩色空间图 像， 其中 Y表示亮度， Cb表示蓝色分量， Cr表示红色分量。 这是一个 MxNx3的数组， 表示了每一个彩色像素。
B、 获得背景图像的尺寸， 获得 HASH数据的像素尺寸。
C、 取得 (x,y)点的像素 pix(x,y)的 U,V分量。 得到一维数组。
D、 对 U,V分量执行下述重绘过程： 对 U分量做傅立叶变换， 获得系数矩阵 f。 将需要编码的 HASH值构建出相位角和频谱与原相位角和频谱相似的波形， 将波形 替换原波形。
最后做傅立叶逆变换， 得到新的 U， V值。
当压缩的频谱小于给定阈值时， 进行频谱补偿， 以解决 JPEG像素点差分计算带来 的损失。 E、 对图像中的像素点进行替换： 将每一行的像素点的 YUV值进行替换， 其中 Y值 不变， U值， V值分别新的 UV值进行替换。
由于图像压缩时， 其频率域不受影响， 所以采用实施例中的方案进行编码后， 在受 到压缩攻击时， 信息不会丢失。
基于同一发明构思， 本发明实施例中还提供了与数字图像中嵌入不可见信息的处理 方法相适应的一种数字图像中不可见信息的解码方法， 由于数字图像中不可见信息的解 码方法解决问题的原理与数字图像中嵌入不可见信息的处理方法相对应， 因此数字图像 中不可见信息的解码方法的实施可以参见数字图像中嵌入不可见信息的处理方法的实 施， 重复之处不再赘述。
图 4为本发明实施例中数字图像中不可见信息的解码方法的实施流程示意图， 如图 所示， 可以包括如下步骤：
步骤 401、 获取图像；
步骤 402、 将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号；
步骤 403、 从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；
步骤 404、 根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信息。 实施中， 在步骤 402中， 将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号， 是指以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原有波形； 具体包括：
获取预定的隐藏数字信息的尺寸， 根据所述尺寸将图像分区域； 在分区域时， 可以 将视频 url转换为短 URL， 短 URL码位固定， 可直接进行分块；
将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位 角上。 为避免写入的隐藏数字信息丢码或者失真， 可以优先赋值到高频频率， 赋值失败 时再赋值到中频频率相位角上， 也可以直接赋值到中频频率的相位角上。
实施中， 在步骤 402中， 将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号， 包括：
将图像的每个区域转换为 YCbCr彩色空间图像；
求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏数字信息的预定像素尺寸 H, 例如 HASH数据的预定像素尺寸 H;
将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
对每个矩阵进行一维傅立叶变换。 实施中， 在步骤 403中， 从可变波长的频率域信号中解析出波形信号， 可以包括： 获取每个区域的 U矩阵和 V矩阵的中频或高频频谱段的虚数值；
根据虚数值确定相位角；
根据每个区域的相位角确定嵌入的隐藏数字信息；
步骤 404中， 所述根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字 信息， 包括- 依据隐藏数字信息如 HASH值中的校验位来判断是否是有效信息， 有效则表示已嵌 入隐藏数字信息。 实施中还可以依据隐藏数字信息中的校验位以及每一区域的相位角是 否具有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息； 或者依据每一 区域的相位角是否具有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信 息； 这样可以减少因校验位引起的信息解码失败。
例如： 根据每个区域计算出的 UV矩阵的中频频谱段的虚数值进行判断， 如果平均 虚数值是正数， 即相位角是 0， 那么解出的 HASH值是 0， 如果平均虚数值是 1， 即相位 角是 1.57， 那么解出的 HASH值是 1。 当完成遍历整个区域后， 即得到解出的 HASH 值， 这相当于解出加入的矩形波， 再根据 HASH值中的校验位来判断是否是有效信息。
以图像为 JPEG图像为例， 在上述方案的具体实施过程中， 可以在解码时， 将待解 码 JPEG图像转换为 YCbCr彩色空间图像， 再求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并计算出 HASH数据的像素尺寸 H， 将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区 域的像素点分别取出 U， V值； 得到 U矩阵和 V矩阵， 对每个矩阵进行一维傅立叶变 换， 使得图像信号从空间域信号谱转换为频率域信号谱， 再根据每个区域计算出的 UV 矩阵的中频或高频频谱段的虚数值进行判断， 如果平均虚数值是正数， 即相位角是 0， 那么解出的 HASH值是 0， 如果平均虚数值是 1， 即相位角是 1.57， 那么解出的 HASH 值是 1。 当完成遍历整个区域后， 即得到解出的 HASH值， 这相当于解出加入的矩形 波， 再根据 HASH值中的校验位来判断是否是有效信息。 图 5为本发明实施例中 JPEG 图像解码一个具体实例的流程示意图， 如图 5所示， 实施中按如下步骤实施：
步骤 501、 装载原始 JPEG图像；
步骤 502、 转换为 YUV彩色空间图像；
步骤 503、 将像素点分割成需要的块数； 所有的视频链接都采用短网址， 位数固 定， 解码时无需判断 hash尺寸；
步骤 504、 对每块的 UV值分别进行一维傅立叶变换； 步骤 505、 获取每块的频率域频谱和相位角；
步骤 506、 选取中频频谱段；
步骤 507、 计算中频频谱段的虚数值的和；
步骤 508、 判断该和是否为负数， 是则转入步骤 509， 否则转入步骤 510;
步骤 509、 HASH值为 0， 转入步骤 511 ;
步骤 510、 HASH值为 1， 转入步骤 511 ;
步骤 511、 解码得到一串 01值；
步骤 512、 通过校验位和 /或波形特征判断是否是有效数据， 是则转入步骤 513， 否 则转入步骤 514;
步骤 513、 得到编码时嵌入的视频信息；
步骤 514、 得到并非嵌入的 HASH数据的图像。
上述具体实施中， 解码算法是： 首先将图像转换为 YCbCr彩色空间图像， 再取得 U 和 V分量组成的数组， 分别进行傅立叶变换， 使得从空间域转换为频率域波。 将得到的 波形计算相位角形成的 HASH值， 再根据得到的 HASH值中的校验位判断是否是有效值 以及波形特征是否具有一致性， 来判断是否是嵌入的数字信息的图像信息。
而解码过程例如可以如下：
A、 将图像打开， 获得图像的句柄， 用这个句柄， 将图像转换为 YCbCr彩色空间图 像， 其中 Y表示亮度， Cb表示蓝色分量， Cr表示红色分量。 这是一个 MxNx3的数组， 表示了每一个彩色像素。
B、 逐行将每行的像素点 U值求平均值， 结果放入 u_m中， u_m是一维数组。 同样 对 V值求平均值， 结果放入 v_m中， v_m是一维数组。
C、 取波形计算的过程： 输入 u_m， 对 u_m进行傅立叶变换， 若存在正向的相位 角， 则取出 1， 反之取出 0。
D、 重复上述步骤得出解码出的 HASH值。
具体实施中， 当播放器中嵌入解码算法时， 每当用户将图片拖入播放器， 即对图片 进行解码， 如果能解码出视频地址信息， 即可播放影片。
基于同一发明构思， 本发明实施例中还提供了一种数字中嵌入不可见信息的处理设 备、 数字图像中不可见信息的解码设备， 由于这些设备解决问题的原理与数字图像中嵌 入不可见信息的处理方法、 数字图像中不可见信息的解码方法相似， 因此这些设备的实 施可以参见对应方法的实施， 重复之处不再赘述。 图 6为本发明实施例中数字图像中嵌入不可见信息的处理设备的结构示意图， 如图 6所示， 设备中可以包括：
编码获取模块 601， 用于获取需***隐藏数字信息的第一图像；
编码转换模块 602， 用于将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
***模块 603， 用于将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形； 变换模块 604， 用于将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字 信息的第二图像。
实施中， 编码转换模块 602还可以进一步用于获取隐藏数字信息的预定尺寸， 根据 所述尺寸将图像分区域； 将第一图像的每个区域转换为 YUV彩色空间图像， 对转换后 图像的 U、 V分量进行频率域变换。
实施中， 编码转换模块 602可以包括：
编码转换单元， 用于将第一图像转换为 YCbCr彩色空间图像；
编码像素计算单元， 用于求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏 数字信息的预定像素尺寸 H;
编码矩阵单元， 用于将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别 取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
编码变换单元， 用于对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
实施中， ***模块 603具体用于以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原有波 形； 具体可以包括：
计算单元， 用于计算每个区域频率域信号的频谱和相位角；
赋值单元， 用于将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或 高频频率的相位角上。 为避免写入的隐藏数字信息丢码或者失真， 可以优先赋值到高频 频率， 赋值失败时再赋值到中频频率相位角上， 也可以直接赋值到中频频率的相位角 上。
实施中， ***模块 603还可以包括：
频谱补偿单元， 用于在频谱值小于给定阈值时， 进行频谱补偿以对抗压缩时的差分 算法。
图 7为本发明实施例中数字图像中不可见信息解码设备的结构示意图， 如图 7所 示， 设备中可以包括：
解码获取模块 701， 用于获取图像； 解码转换模块 702， 用于将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号； 解析模块 703， 用于从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；
判断模块 704， 用于根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数 字信息。
实施中， 解码转换模块 702具体用于以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原 有波形； 具体包括： 获取预定的隐藏数字信息的尺寸， 根据所述尺寸将图像分区域； 将 需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位角上。 为避免写入的隐藏数字信息丢码或者失真， 可以优先赋值到高频频率， 赋值失败时再赋 值到中频频率相位角上， 也可以直接赋值到中频频率的相位角上。
实施中， 解码转换模块 702可以包括：
解码转换单元， 用于将图像的每个区域转换为 YCbCr彩色空间图像；
解码像素计算单元， 用于求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏 数字信息的预定像素尺寸 H;
解码矩阵单元， 用于将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别 取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
解码变换单元， 用于对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
实施中， 解析模块 703可以包括：
取值单元， 用于获取每个区域的 U矩阵和 V矩阵的中频或高频频谱段的虚数值； 相位角确定单元， 用于根据虚数值确定相位角；
隐藏数字信息确定单元， 用于根据每个区域的相位角确定嵌入的隐藏数字信息； 判断模块 704可以包括：
判断单元， 用于依据隐藏数字信息中的校验位来判断是否是有效信息， 有效则表示 已嵌入隐藏数字信息； 或者依据隐藏数字信息中的校验位以及每一区域的相位角是否具 有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息； 或者， 依据每一区 域的相位角是否具有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息。
为了描述的方便， 以上所述设备的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。 当 然， 在实施本发明时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
现有的信息隐藏技术在信息提取时， 通常需要不含隐藏信息的图片作为模板， 这也 使得现有的信息隐藏技术很难在工业领域进行应用， 因为很难在互联网领域获得海量图 片的原图。 进一步的， 现有技术至少有如下不足： 1、 EXIF信息头嵌入数字信号法鲁棒性弱。
2、 可见数字水印法使得隐藏信息可见， 不利于信息传递和保密。
3、 不可见数字水印法需要模板， 在解码时需要公钥或私钥来对校验每张图片的隐藏 信息保真度， 使得算法在工业领域很难推广。
4、 LSB算法， 抗 JPEG压缩能力弱， 信息易丢失， 鲁棒性差。
5、 现有变换域信息隐藏法隐藏容量小。
而由上述实施例可见， 采用本发明实施例提供的技术方案后， 为了解决在图像信号 中隐藏数字信息时具备不可见性、 鲁棒性、 无需模板、 压缩容量大的技术问题， 本发明 通过数字图像处理技术， 将图像从空间域信号转换为频率域信号， 再将***的数字信息 以可变波长的方式模拟原有波形， 最后通过傅立叶逆变换得到新的图像。 通过选择合适 的波形， 新生成的图像完整的包括了嵌入的信息， 且图像在网络中传输， 添加去除水 印， 压缩后嵌入信息仍能无损， 当在播放器中嵌入解码算法后， 播放器可以完整的读取 解码出的信息， 使得用户在享受读图快乐的同时通过解码的信息就可以欣赏到电影。
经过测试， 使用高通滤波器或者低通滤波器， 都无法将嵌入的信息过滤， 本发明实 施例提供的技术方案解决了原有图像处理技术中的易损性， 增强了算法的鲁棒性。
同时编码后的图像在拷贝、 JPEG压缩、 网络传输、 恶意攻击、 加水印等破坏后嵌入 的信息完全不丢失， 且图片中的信息不可感知， 不可检测。 当然， 本发明实施例提供的 技术方案的应用不限于在图像中嵌入视频信息， 也包括在图像中嵌入游戏存档地址等其 他信息。 通过本发明实施例提供的图像中嵌入信息的技术， 嵌入的信息完全不可见， 解 决了可见水印干扰原始图像的问题。
在本发明实施例提供的技术方案， 通过傅立叶变换处理图像信号， 使得图像具备良 好的鲁棒性， 在图像被压缩， 打水印， 传播的过程中， 信息不被改变， 改变了 LSB算法 脆弱性的问题。
通过本发明实施例提供的技术方案， 解码时无需模板， 使得原有方法具备高度的工 业价值。
通过本发明实施例提供的技术方案， 编码时不再使用 8x8 的像素点矩阵， 使得可嵌 入的信息量较大。
经过大量测试， 本文的算法对于高频图、 低频图、 任意尺寸的 JPEG图像、 4: 1压 缩的 JPEG图像、 8: 1压缩的 JPEG图像、 16: 1压缩的 JPEG图像均能将数据顺利编码 入图像。 当图像进行低倍压缩， 高倍压缩时， 嵌入的数据保真度均为 100%。 本领域内的技术人员应明白， 本发明的实施例可提供为方法、 ***、 或计算机程序 产品。 因此， 本发明可采用完全硬件实施例、 完全软件实施例、 或结合软件和硬件方面 的实施例的形式。 而且， 本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的 计算机可用存储介质 （包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、 光学存储器等） 上实施的 计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、 设备 （***） 、 和计算机程序产品的流程 图和 /或方框图来描述的。 应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一 流程和 /或方框、 以及流程图和 /或方框图中的流程和 /或方框的结合。 可提供这些计算机 程序指令到通用计算机、 专用计算机、 嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理 器以产生一个机器， 使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产 生用于实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能 的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方 式工作的计算机可读存储器中， 使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令 装置的制造品， 该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多 个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计算 机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理， 从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限定本发明的 保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书
1、 一种数字图像中嵌入不可见信息的处理方法， 其特征在于， 该方法包括： 获取需***隐藏数字信息的第一图像；
将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形；
将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息的第二图像。
2、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述将第一图像从空间域信号转换为频 率域信号， 包括- 获取隐藏数字信息的预定尺寸， 根据所述尺寸将第一图像分区域；
将第一图像的每个区域转换为 YUV彩色空间图像， 对转换后图像的 U、 V分量进 行频率域变换。
3、 如权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述将第一图像从空间域信号转换为频 率域信号， 包括- 将第一图像转换为 YCbCr彩色空间图像；
求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏数字信息的预定像素尺寸
H;
将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
4、 如权利要求 1至 3任一项所述的方法， 其特征在于， 所述将需***的隐藏数字信 息以可变波长的方式模拟原有波形， 是指以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原 有波形； 具体包括：
计算每个区域频率域信号的频谱和相位角；
将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位 角上。
5、 如权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 进一步包括：
在频谱值小于给定阈值时， 进行频谱补偿以对抗压缩时的差分算法。
6、 一种数字图像中不可见信息的解码方法， 其特征在于， 该方法包括：
获取图像；
将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号； 从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；
根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信息。
7、 如权利要求 6所述的方法， 其特征在于， 将所述图像从空间域信号转换为可变波 长的频率域信号， 是指以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原有波形； 具体包 括- 获取预定的隐藏数字信息的尺寸， 根据所述尺寸将图像分区域；
将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位 角上。
8、 如权利要求 7所述的方法， 其特征在于， 将所述图像从空间域信号转换为可变波 长的频率域信号， 包括- 将图像的每个区域转换为 YCbCr彩色空间图像；
求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏数字信息的预定像素尺寸
H;
将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
9、 如权利要求 6至 8任一项所述的方法， 其特征在于， 从可变波长的频率域信号中 解析出波形信号， 包括：
获取每个区域的 U矩阵和 V矩阵的中频或高频频谱段的虚数值；
根据虚数值确定相位角；
根据每个区域的相位角确定嵌入的隐藏数字信息；
所述根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信息， 包括： 依据隐藏数字信息中的校验位来判断是否是有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字 信息； 或者
依据隐藏数字信息中的校验位以及每一区域的相位角是否具有一致性来判断是否为 有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息； 或者
依据每一区域的相位角是否具有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入 隐藏数字信息。
10、 一种数字图像中嵌入不可见信息的处理设备， 其特征在于， 包括：
编码获取模块， 用于获取需***隐藏数字信息的第一图像； 编码转换模块， 用于将第一图像从空间域信号转换为频率域信号；
***模块， 用于将需***的隐藏数字信息以可变波长的方式模拟原有波形； 变换模块， 用于将被模拟后的频率域信号通过傅立叶逆变换得到嵌入隐藏数字信息 的第二图像。
11、 如权利要求 10所述的设备， 其特征在于， 所述编码转换模块进一步用于- 获取隐藏数字信息的预定尺寸， 根据所述尺寸将图像分区域；
将第一图像的每个区域转换为 YUV彩色空间图像， 对转换后图像的 U、 V分量进 行频率域变换。
12、 如权利要求 11所述的设备， 其特征在于， 所述编码转换模块包括：
编码转换单元， 用于将第一图像转换为 YCbCr彩色空间图像；
编码像素计算单元， 用于求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏 数字信息的预定像素尺寸 H;
编码矩阵单元， 用于将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别 取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
编码变换单元， 用于对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
13、 如权利要求 10至 12任一项所述的设备， 其特征在于， 所述***模块具体用于 以频率域高频波段相位角一致的波形来模拟原有波形； 具体包括：
计算单元， 用于计算每个区域频率域信号的频谱和相位角；
赋值单元， 用于将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或 高频频率的相位角上。
14、 如权利要求 13所述的设备， 其特征在于， ***模块还包括：
频谱补偿单元， 用于在频谱值小于给定阈值时， 进行频谱补偿以对抗压缩时的差分 算法。
15、 一种数字图像中不可见信息的解码设备， 其特征在于， 包括：
解码获取模块， 用于获取图像；
解码转换模块， 用于将所述图像从空间域信号转换为可变波长的频率域信号； 解析模块， 用于从可变波长的频率域信号中解析出波形信号；
判断模块， 用于根据波形信号的校验位和 /或波形特征判断是否是嵌入的隐藏数字信 息。
16、 如权利要求 15所述的设备， 其特征在于， 所述解码转换模块具体用于以频率域 高频波段相位角一致的波形来模拟原有波形； 具体包括：
获取预定的隐藏数字信息的尺寸， 根据所述尺寸将图像分区域；
将需***的隐藏数字信息的一位赋值到一个区域频率域信号中频或高频频率的相位 角上。
17、 如权利要求 15所述的设备， 其特征在于， 所述解码转换模块包括：
解码转换单元， 用于将图像的每个区域转换为 YCbCr彩色空间图像；
解码像素计算单元， 用于求得转换后图像的行像素数 L和列像素数 C， 并获取隐藏 数字信息的预定像素尺寸 H;
解码矩阵单元， 用于将转换后图像分割为 CxL/H个区域， 对每个区域的像素点分别 取出 U、 V值， 得到 U矩阵和 V矩阵；
解码变换单元， 用于对每个矩阵进行一维傅立叶变换。
18、 如权利要求 15至 17任一项所述的设备， 其特征在于， 所述解析模块包括： 取值单元， 用于获取每个区域的 U矩阵和 V矩阵的中频或高频频谱段的虚数值； 相位角确定单元， 用于根据虚数值确定相位角；
隐藏数字信息确定单元， 用于根据每个区域的相位角确定嵌入的隐藏数字信息； 所述判断模块包括- 判断单元， 用于依据隐藏数字信息中的校验位来判断是否是有效信息， 有效则表示 已嵌入隐藏数字信息； 或者依据隐藏数字信息中的校验位以及每一区域的相位角是否具 有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息； 或者， 依据每一区 域的相位角是否具有一致性来判断是否为有效信息， 有效则表示已嵌入隐藏数字信息。
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