專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像 防篡改方法。
背景技術(shù)：
隨著金融信息化的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)與電子商務(wù)的發(fā)展，電子支付手段越來(lái)越被金融業(yè) 所重視，其正逐步成為一種重要的支付手段之一。其中支票影像交換系統(tǒng)是電子支付的重 要組成部分。通過(guò)該系統(tǒng)，影像信息傳遞將可代替實(shí)物票據(jù)的傳遞，使票據(jù)可以跨行、跨地 區(qū)使用。該系統(tǒng)的應(yīng)用，將大大提高支付清算以及票據(jù)截留的效率，降低實(shí)體票據(jù)因地域阻 礙存在的時(shí)間滯后以及傳遞的成本，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)主體日益增長(zhǎng)的結(jié)算服務(wù)要求。
但與此同時(shí)也帶來(lái)了電子單據(jù)影像在前臺(tái)、傳輸過(guò)程中以及后臺(tái)都有可能被篡改 或替換的風(fēng)險(xiǎn)。
傳統(tǒng)的加密技術(shù)是在票據(jù)電子影像傳輸?shù)男诺乐羞M(jìn)行加密，而不在電子票據(jù)本身 上加密，這種加密技術(shù)在傳輸終端被解密后便失去了加密功效，無(wú)法保證票據(jù)內(nèi)容的安全。 另外，密碼學(xué)上的方法在電子影像票據(jù)的保護(hù)上同樣存在先天不足，密碼學(xué)上的加密是“零 容忍”的加密，不允許任何的失真，然而票據(jù)電子影像的傳輸可能因?qū)嶋H的需要，如傳輸速 度和存儲(chǔ)大小的限制，有可能會(huì)對(duì)票據(jù)做一定的有損處理，如灰度化或有損壓縮等，所以其 真實(shí)性的驗(yàn)證需要一定程度的容忍度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于數(shù)字水印的票 據(jù)電子影像防篡改方法，既不影響票據(jù)的視覺(jué)效果也不會(huì)失密，并可有效抵抗圖像壓縮和 灰度化處理，有效防止票據(jù)電子影像被篡改。
一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，該方法包括以下步驟(1)數(shù)字水印的嵌入階段，將數(shù)字水印信息進(jìn)行加密處理后嵌入到需傳輸?shù)钠睋?jù)電子 影像圖像的灰度分量的低頻系數(shù)中；(2)傳輸該嵌入水印后的票據(jù)電子影像圖像；(3)數(shù)字水印的檢測(cè)階段，從接收到的票據(jù)電子影像圖像中提取數(shù)字水印信息，將獲得 的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印圖案；比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電 子影像圖像是否被篡改，如有篡改，根據(jù)水印被破壞的位置可以進(jìn)一步確定被篡改的位置。
在上述技術(shù)方案中，步驟(1)中所述的數(shù)字水印的嵌入階段，具體包括以下步驟 (1. 1)將獲得的票據(jù)電子影像圖像歸一化為800X360像素大小的RGB圖像；(1. 2)將歸一化后的票據(jù)電子影像圖像的色彩模式由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，并將 Y、U、V三個(gè)分量的值存于矩陣My、Mu和Mv之中；(1.3)將灰度分量矩陣My等分為若干8X8大小的小塊，并對(duì)每個(gè)小塊單獨(dú)做DCT變 換，即離散余弦變換，建立矩陣M存儲(chǔ)所有DCT系數(shù)，矩陣M大小與My大小相同；其中在進(jìn)行分塊操作時(shí)是將圖像從邏輯上分成小塊，而實(shí)際上圖像還是原來(lái)的圖像，沒(méi)有進(jìn)行分割， 沒(méi)有生成新的小圖像；(1. 4)從矩陣M中提取每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣，再?gòu)拿總€(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩 陣中取6個(gè)低頻系數(shù)作為嵌入水印信息的位置，其在每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣中的坐 標(biāo)為(0，2)、(0,3), (1，2)、(2，1)、(3,0), (4，0)，將上述每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣中的 6個(gè)系數(shù)值對(duì)應(yīng)除以量化表中的整數(shù)，對(duì)結(jié)果取整，獲得量化后的整數(shù)系數(shù)矩陣Y’ ；(1. 5)按照自定的奇偶規(guī)則分別嵌入1比特信息于上述6個(gè)量化過(guò)的系數(shù)中，嵌入比特 信息” 1”，則通過(guò)調(diào)整，將對(duì)應(yīng)系數(shù)調(diào)整為奇數(shù)；嵌入比特信息“0”，則通過(guò)調(diào)整，將對(duì)應(yīng)系數(shù) 調(diào)整為偶數(shù)；調(diào)整規(guī)則為在原系數(shù)上+1，如發(fā)生溢出現(xiàn)象，則-1 ；(1.6)在每個(gè)8X8的小塊中嵌入6比特信息，在整個(gè)票據(jù)電子影像圖像中嵌入 6X100X45 = 27000位信息；選擇180X 150大小的二值圖像作為待嵌入的水印圖案，將 上述水印比特信息加密后嵌入量化過(guò)的Y分量DCT系數(shù)中；(1. 7)將嵌入了水印信息的DCT系數(shù)對(duì)應(yīng)位乘以量化表中的對(duì)應(yīng)整數(shù)，即做量化的逆 運(yùn)算，得到嵌有水印信息的票據(jù)電子影像圖像全圖DCT系數(shù)矩陣M，，對(duì)M，做DCT逆變換獲 得嵌有水印信息的新的Y分量矩陣My’ ；(1. 8)將My’、Mu、Mv矩陣轉(zhuǎn)化為RGB模式圖像。
在上述技術(shù)方案中，步驟(1. 1)中進(jìn)行歸一化時(shí)鎖定原圖像縱橫比，如長(zhǎng)寬比大于 20/9，則以長(zhǎng)為基準(zhǔn)，如小于20/9，則以寬為基準(zhǔn)，歸一化后如大小不是800X 360，則不夠 的部分用白色填充；具體歸一化實(shí)施算法可使用OpenCV中的cvResizeO函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
在上述技術(shù)方案中，步驟(1. 4)中所述的量化表是由JPEG壓縮量化表調(diào)整而來(lái)， 其調(diào)整方法為JPEG壓縮量化表中的系數(shù)除以7取整。
在上述技術(shù)方案中，步驟(3)中所述的數(shù)字水印的檢測(cè)階段，具體包括以下步驟 (3. 1)將嵌有水印信息的票據(jù)電子影像圖像由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，獲得Y分量矩陣；(3. 2)對(duì)Y分量矩陣做與嵌入過(guò)程相同的分塊DCT變換以及量化系數(shù)處理； (3. 3)根據(jù)嵌入有水印信息的系數(shù)的奇偶性，確定嵌入圖像中的水印信息，如系數(shù)為奇 數(shù)，則該點(diǎn)嵌入為1 ；系數(shù)為偶數(shù)，則該點(diǎn)嵌入為0，將獲得的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印 圖案；(3. 4)比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電子影像圖像是否被篡改；如 有篡改，根據(jù)水印被破壞的位置可以進(jìn)一步確定被篡改的位置。
本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，它是將加密信息以 數(shù)字水印的方式直接嵌入到票據(jù)電子影像，具有以下優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明在嵌入水印信息前對(duì)DCT系數(shù)做量化處理，且量化表由JPEG壓縮量化表調(diào) 整而來(lái)，可有效提高對(duì)JPEG壓縮破壞的容錯(cuò)性。在水印傳輸過(guò)程中，可能需要對(duì)圖像做壓 縮處理，而壓縮處理往往會(huì)使圖像信息丟失，影響水印的檢測(cè)。對(duì)需要嵌入水印信息的DCT 系數(shù)做量化處理，可以提高水印的容錯(cuò)性，有效抵御壓縮破壞對(duì)水印的影響，抵御壓縮攻 擊。而本發(fā)明所使用的量化表由JPEG壓縮算法中的量化表修改而來(lái)，特別能抵御JPEG中 度壓縮的攻擊。
二、本發(fā)明只在灰度分量中嵌入水印信息，可保證在圖像被灰度處理后仍然能正確檢測(cè)水印信息。因傳輸速度和存儲(chǔ)空間的要求，票據(jù)電子影像有可能被灰度處理后傳輸 和儲(chǔ)存，只將水印嵌于灰度分量中，可保證圖像被灰度處理后，水印信息不丟失。
三、本發(fā)明在經(jīng)量化處理后的圖像的低頻系數(shù)中嵌入水印，在保證圖像視覺(jué)效果 的同時(shí)，獲得盡量好的水印提取結(jié)果。因DCT系數(shù)矩陣中，能量主要集中在矩陣的左上角， 即直流和低頻區(qū)，而高頻區(qū)的系數(shù)較小，經(jīng)量化后的高頻系數(shù)值會(huì)更小，多數(shù)為0。在高頻系 數(shù)中嵌入水印對(duì)圖像視覺(jué)效果影響較小，但水印提取效果較差；在低頻系數(shù)中嵌入水印情 況相反。本發(fā)明是在低頻系數(shù)中嵌入水印，通過(guò)選擇合適的量化系數(shù)降低對(duì)視覺(jué)效果的影 響，獲得盡量好的水印提取效果。
四、本發(fā)明在將水印信息嵌入票據(jù)影像之前，利用密碼學(xué)的方法對(duì)信息進(jìn)行了加 密處理。在水印被嵌入前加密，改變嵌入信息流的順序，檢測(cè)水印信息并重構(gòu)水印圖像時(shí)， 利用私鑰對(duì)檢測(cè)到的信息進(jìn)行解密，從而對(duì)票據(jù)電子影像形成二次保護(hù)，增加了安全性。
五、本發(fā)明采用半脆弱水印，選擇DCT系數(shù)做嵌入位置，特別適合電子影像票據(jù)防 篡改的特點(diǎn)。半脆弱水印既可以接受一些微小的圖像改變(例如圖像壓縮引起的微小改 變等)，這時(shí)不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信息。但如果圖像被人為的修改，則會(huì)馬上被檢測(cè)并報(bào)警。選擇 DCT中低頻系數(shù)作為嵌入位置，在每64個(gè)像素中嵌入6比特信息，水印嵌入量大，對(duì)于一幅 800X360的票據(jù)影像可以嵌入27000比特信息，從而可以有效地保證票據(jù)完整性，并可以 定位被篡改位置。嵌入水印的目的是為了便于接收端判別票據(jù)在經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)是否受到有 意的篡改，所以水印的不可感知性要求不嚴(yán)。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，本方法在圖像不被過(guò)度放 大的情況下，水印化的圖像在視覺(jué)上與原始圖像沒(méi)有差別。


圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例中數(shù)字水印嵌入階段的流程圖。
圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例中數(shù)字水印檢測(cè)階段的流程圖。
圖3是本發(fā)明方法中使用的量化表的實(shí)例圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例是在Visual Studio 9. 0上以MFC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并借助OpenCV函數(shù)庫(kù)完成 代碼的編寫(xiě)。
一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，該方法包括以下步驟(1)數(shù)字水印的嵌入階段，將數(shù)字水印信息進(jìn)行加密處理后嵌入到需傳輸?shù)钠睋?jù)電子 影像圖像的灰度分量的低頻系數(shù)中；(2)傳輸該嵌入水印后的票據(jù)電子影像圖像；(3)數(shù)字水印的檢測(cè)階段，從接收到的票據(jù)電子影像圖像中提取數(shù)字水印信息，將獲得 的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印圖案；比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電 子影像圖像是否被篡改，如有篡改，根據(jù)水印被破壞的位置可以進(jìn)一步確定被篡改的位置。
在上述實(shí)施例中，步驟(1)中所述的數(shù)字水印的嵌入階段，具體包括以下步驟 (1. 1)將獲得的票據(jù)電子影像圖像歸一化為800X360像素大小的RGB圖像；歸一化時(shí)鎖定原圖像縱橫比，如長(zhǎng)寬比大于20/9，則以長(zhǎng)為基準(zhǔn)，如小于20/9，則以寬為基準(zhǔn)，歸一 化后如大小不是800 X 360，則不夠的部分用白色填充；具體歸一化實(shí)施算法可使用OpenCV中的cvResizeO函數(shù)實(shí)現(xiàn)；(1. 2)將歸一化后的票據(jù)電子影像圖像的色彩模式由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，并將 Y、U、V三個(gè)分量的值存于矩陣My、Mu和Mv之中；其中RGB_>YUV的轉(zhuǎn)換公式為
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)數(shù)字水印的嵌入階段，將數(shù)字水印信息進(jìn)行加密處理后嵌入到需傳輸?shù)钠睋?jù)電子 影像圖像的灰度分量的低頻系數(shù)中；(2)傳輸該嵌入水印后的票據(jù)電子影像圖像；(3)數(shù)字水印的檢測(cè)階段，從接收到的票據(jù)電子影像圖像中提取數(shù)字水印信息，將獲得 的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印圖案；比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電 子影像圖像是否被篡改，如有篡改，根據(jù)水印被破壞的位置可以進(jìn)一步確定被篡改的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，其特征在于步驟 (1)中所述的數(shù)字水印的嵌入階段，具體包括以下步驟(ι. 1)將獲得的票據(jù)電子影像圖像歸一化為800X360像素大小的RGB圖像；(1. 2)將歸一化后的票據(jù)電子影像圖像的色彩模式由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，并將 Y、U、V三個(gè)分量的值存于矩陣My、Mu和Mv之中；(1. 3)將矩陣My等分為若干8 X 8大小的小塊，并對(duì)每個(gè)小塊單獨(dú)做DCT變換，建立矩 陣M存儲(chǔ)所有DCT系數(shù)，矩陣M大小與My大小相同；(1. 4)從矩陣M中提取每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣，再?gòu)拿總€(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩 陣中取6個(gè)低頻系數(shù)作為嵌入水印信息的位置，其在每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣中的坐 標(biāo)為(0，2)、(0,3), (1，2)、(2，1)、(3,0), (4，0)，將上述每個(gè)邏輯小塊的DCT系數(shù)矩陣中的 6個(gè)系數(shù)值對(duì)應(yīng)除以量化表中的整數(shù)，對(duì)結(jié)果取整，獲得量化后的整數(shù)系數(shù)矩陣Y’ ；(1.5)按照自定的奇偶規(guī)則分別嵌入1比特信息于上述6個(gè)量化過(guò)的系數(shù)中，嵌入比特 信息” 1”，則通過(guò)調(diào)整，將對(duì)應(yīng)系數(shù)調(diào)整為奇數(shù)；嵌入比特信息“0”，則通過(guò)調(diào)整，將對(duì)應(yīng)系數(shù) 調(diào)整為偶數(shù)；調(diào)整規(guī)則為在原系數(shù)上+1，如發(fā)生溢出現(xiàn)象，則-1 ；(1.6)在每個(gè)8X8的小塊中嵌入6比特信息，在整個(gè)票據(jù)電子影像圖像中嵌入 6X100X45 = 27000位信息；選擇180X 150大小的二值圖像作為待嵌入的水印圖案，將 上述水印比特信息加密后嵌入量化過(guò)的Y分量DCT系數(shù)中；(1. 7)將嵌入了水印信息的DCT系數(shù)對(duì)應(yīng)位乘以量化表中的對(duì)應(yīng)整數(shù)，即做量化的逆 運(yùn)算，得到嵌有水印信息的票據(jù)電子影像圖像全圖DCT系數(shù)矩陣M，，對(duì)M，做DCT逆變換獲 得嵌有水印信息的新的Y分量矩陣My’ ；(1. 8)將My’、Mu、Mv矩陣轉(zhuǎn)化為RGB模式圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，其特征在于步 驟(1. 1)中進(jìn)行歸一化時(shí)鎖定原圖像縱橫比，如長(zhǎng)寬比大于20/9，則以長(zhǎng)為基準(zhǔn)，如小于 20/9，則以寬為基準(zhǔn)，歸一化后如大小不是800X360，則不夠的部分用白色填充；具體歸一 化實(shí)施算法可使用OpenCV中的cvResizeO函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，其特征在于步 驟(1. 4)中所述的量化表是由JPEG壓縮量化表調(diào)整而來(lái)，其調(diào)整方法為JPEG壓縮量化表 中的系數(shù)除以7取整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，其特征在于步驟 (3)中所述的數(shù)字水印的檢測(cè)階段，具體包括以下步驟(3. 1)將嵌有水印信息的票據(jù)電子影像圖像由RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式，獲得Y分量矩陣；(3. 2)對(duì)Y分量矩陣做與嵌入過(guò)程相同的分塊DCT變換以及量化系數(shù)處理； (3. 3)根據(jù)嵌入有水印信息的系數(shù)的奇偶性，確定嵌入圖像中的水印信息，如系數(shù)為奇 數(shù)，則該點(diǎn)嵌入為1 ；系數(shù)為偶數(shù)，則該點(diǎn)嵌入為0，將獲得的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印 圖案；(3. 4)比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電子影像圖像是否被篡改；如 有篡改，根據(jù)水印被破壞的位置可以進(jìn)一步確定被篡改的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域，提供一種基于數(shù)字水印的票據(jù)電子影像防篡改方法，它是將數(shù)字水印信息進(jìn)行加密處理后嵌入到需傳輸?shù)钠睋?jù)電子影像圖像的灰度分量的低頻系數(shù)中；再?gòu)慕邮盏降钠睋?jù)電子影像圖像中提取數(shù)字水印信息，將獲得的信息利用私鑰解密，重構(gòu)水印圖案；比對(duì)原水印圖案和檢測(cè)到的水印圖案，確定該票據(jù)電子影像圖像是否被篡改。使用本發(fā)明方法既不影響票據(jù)的視覺(jué)效果也不會(huì)失密，并可有效抵抗圖像壓縮和灰度化處理，有效防止票據(jù)電子影像被篡改。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102034220SQ201010602180
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者宿瀚元, 王玉林 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)蘇州研究院