基于哈达玛变换和投票系统的频域彩色数字图像盲水印方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114998085A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210683653.9(22)申请日2022.06.17(71)申请人鲁东大学地址264025山东省烟台市芝罘区红旗中路186号(72)发明人苏庆堂陈思宇孙叶函曹宏矫胡方旭王环英(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称基于哈达玛变换和投票系统的频域彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明充分利用了图像哈达玛域系数的高相关性，公开了一种基于哈达玛变换和投票系统的频域彩色数字图像盲水印方法。本发明通过量化哈达玛域的高相关性系数对，利用其大小关系实现彩色图像数字水印的嵌入与盲提取，并利用少数服从多数的投票系统提高鲁棒性，同时结合对称密钥和非对称密钥加密方法，提高安全性。本发明将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，在取得了较好的不可见性和较强的鲁棒性的同时，还具有较高的实时性和安全性，有效解决了大容量彩色图像数字水印运行速度慢的难题，适用于快速、稳健、安全的数字媒体版权保护。CN114998085ACN114998085A权利要求书1/3页1.一种基于哈达玛变换和投票系统的频域彩色数字图像盲水印方法，该方法充分利用了图像哈达玛域系数的高相关性，并采用少数服从多数的投票系统来优化方案性能，其特征通过具体的水印嵌入预处理、水印嵌入、水印嵌入后处理、水印提取预处理、水印提取和水印提取后处理过程来实现，其水印嵌入预处理过程描述如下：第一步：将一幅像素大小为N×N的24位彩色图像数字水印W依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层水印图像Wi，其中，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：将每个分层水印图像Wi进行基于密钥Kai的仿射变换，其中，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：将加密后的分层水印图像Wi’中的每个十进制数表示的像素用8位二进制数表2示，并依次连接形成长度为8N的分层水印位序列SWi’，其中，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印嵌入过程描述如下：第一步：将一幅像素大小为M×M的原始彩色宿主图像C依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层宿主图像Ci；同时，把每一个分层宿主图像Ci分成像素大小为m×m的图像块；根据2分层水印位序列长度8N，利用基于密钥Kbi的MD5哈希伪随机置乱算法生成不重复的选块序2列，根据选块序列提供的位置在分层宿主图像Ci中选择图像块，其中，8N<=(M×M)/(m×m)，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：选取一个图像块A，并按照公式（1）对其进行哈达玛变换，得到频域系数矩阵HA；HA=Hm×A(1)其中，Hm表示m×m的哈达玛矩阵，m是图像块A的边长像素个数，HA表示图像块A经哈达玛变换后得到的频域系数矩阵，其中，m阶哈达玛方阵Hm可由公式（2）迭代生成，且初始矩阵；(2)其中，k为正整数，m=2k表示哈达玛矩阵只能作用于2的整数次方的矩阵，表示克罗内克积；第三步：从分层水印位序列SWi’中按先后顺序取出一位待嵌入的水印信息w，利用频域矩阵HA第一行系数的大小关系，依据待嵌入水印信息w及公式(3)、(4)以及RGB图像的层间相关性，在各层间选用不同的量化步长Ti，将水印信息嵌入到频域矩阵；(3)(4)其中，HA1,1、HA1,2、HA1,3分别为频域系数矩阵HA第一行第一、二、三列的系数，sign(.)为取符号函数，abs(.)为取绝对值函数，d为误差参数，Ti表示第i层的量化步长，i=1,2,3分别2CN114998085A权利要求书2/3页表示红、绿、蓝三层，T1=0.87×T3，T2=0.94×T3；第四步：依据公式（5）的逆变换，得到含水印的图像块A*；**A=(Hm×HA)/m(5)其中，m是频域系数矩阵HA的边长像素个数，Hm表示m×m的哈达玛矩阵，HA表示图像块A经哈达玛变换后得到的频域矩阵；*第五步：将含水印图像块A更新到其在分层宿主图像Ci中的相应位置，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第六步：重复执行本过程的第二步到第五步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，*由此得到含水印的分层宿主图像Ci，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；*第七步：将含水印的红、绿、蓝分层宿主图像Ci重新组合并获得像素大小为M×M的含水印图像C*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印嵌入后处理过程描述如下：第一步：利用整数配对函数对上述步骤中的重要参数进行配对加密，生成一个大整数密钥；其中，重要参数包括蓝色通道的量化步长T3、图像块尺寸m、仿射变换密钥Kai，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：利用椭圆曲线加密算法对大整数进行加密；其水印