融合哈达玛变换的空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CN114596191A(43)申请公布日2022.06.07(21)申请号202210223034.1(22)申请日2022.03.09(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曹宏矫胡方旭王环英王刚(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称融合哈达玛变换的空域彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明结合了空域数字水印算法时间复杂度低和哈达玛变换能量集中的特性，公开了一种融合哈达玛变换的空域彩色数字图像盲水印方法。本发明利用哈达玛变换的能量集中特性，在空域中直接求得图像块在哈达玛域的最大能量系数，并通过量化该系数实现彩色图像数字水印的嵌入与盲提取，同时采用基于对称密钥和非对称密钥的加密方法，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、安全地进行数字媒体版权的保护。CN114596191ACN114596191A权利要求书1/2页1.一种融合哈达玛变换的空域彩色数字图像盲水印方法，该方法结合了空域数字水印算法时间复杂度低和哈达玛矩阵能量集中的特性，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现，其水印嵌入过程描述如下：第一步：彩色图像数字水印的预处理：首先，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；然后，将每个分层水印图像进行基于密钥Kai的仿射变换；最后，将加密后的分层水印图像Wi’中的每个十进制数表示的2像素用8位二进制数表示，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；第二步：获取宿主图像的嵌入块：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2大小为m×m的图像块；根据分层水印位序列长度8N，利用基于对称密钥Kbi的MD5哈希伪随机置乱算法生成不重复的选块序列，然后，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，以实现嵌入位置随机化，从而提高水印抗剪切攻击的鲁棒性，其中8N2<=(M×M)/(m×m)，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：选取一个图像块A，并按照公式(1)在空域中直接计算出其哈达玛域的最大能量系数Hmax；（1）其中，m是图像块A的边长像素个数，A(x,y)表示图像块A第x行第y列的像素值；第四步：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，依据该嵌入水印信息及公式(2)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，对最*大能量系数进行量化，得到嵌入水印的最大能量系数Hmax；（2）其中，r_embed=round((Hmax)/Ti)，e_cond=xor(mod(r_embed,2),w)，round(.)为四舍五入取整函数，xor(.)为异或函数，mod(.)为取余函数，Ti为第i层的量化步长，T1=0.87×T3，T2=0.94×T3，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：利用公式(3)，将量化前后最大能量系数的变化量change均匀地分布到图像块A的所有像素上，得到嵌入水印后的像素值A(x,y)*，并用其替换原图像块相应位置处的像素值A(x,y)，即可得到含水印的图像块A*；（3）*其中，change=Hmax‑Hmax，m为图像块A的边长像素个数；*第六步：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；第七步：重复执行本过程的第三步到第六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，2CN114596191A权利要求书2/2页**由此得到含水印的分层宿主图像Ci；最后，将含水印的红、绿、蓝分层宿主图像Ci重新组合并获得大小为M×M的含水印图像C*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第八步：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Ψ，并利用基于非对称密钥的椭圆曲线加密算法对大整数进行加密；其中，重要参数包括上述步骤中的蓝色通道的量化步长T3、图像块边长像素个数m、仿射变换密钥Kai，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印提取过程描述如下：第一步：利用基于非对称密钥的椭圆曲线解密算法得到大整数密钥Ψ，并利用逆整数配对函数对解密后的大整数进行进一步解密，得到三个重要参数T3’、m’、Kai’，其中T3’是解密出的蓝色通道量化步长、