一种基于近似哈达玛变换的彩色数字图像盲水印方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113191933A(43)申请公布日2021.07.30(21)申请号202110562065.5(22)申请日2021.05.24(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王环英(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于近似哈达玛变换的彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种基于近似哈达玛变换的彩色数字图像盲水印方法。该方法利用哈达玛矩阵能量集中的特点，将图像块的能量集中于频域矩阵的左上角，并通过量化左上角的系数来完成数字水印的嵌入与盲提取。该方法将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，既具有较好的水印不可见性和较强的鲁棒性，又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、高效进行数字媒体版权保护的场合。CN113191933ACN113191933A权利要求书1/2页1.一种基于近似哈达玛变换的彩色数字图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现的，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，将一幅大小为N×N的彩色图像数字水印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Arnold变换；最后，将分层水印图像Wi中的每个十进制数表示的像素用8位二进制2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：将一幅大小为M×M的原始彩色宿主图像H分成3个分层宿主图像Hi；同时，把每一个分层宿主图像Hi分成大小为m×m的图像块；根据分层水印信2息长度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列，在分层宿2主图像Hi中选择合适位置的图像块，以提高水印抗剪切攻击的鲁棒性，其中8N<=(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)对其进行近似哈达玛变换；(1)其中，A表示尺寸为m×m的图像块矩阵，HA表示图像块A经近似哈达玛变换后得到的频域矩阵，Hm表示尺寸为m×m的哈达玛矩阵；其中，m阶哈达玛方阵Hm可由公式(2)‑(5)迭代生成；(2)(3)(4)(5)其中，k为整数，m=2k表示哈达玛矩阵只能作用于2的整数次方的矩阵；第四步：从分层水印序列SWi中按先后顺序取出一位待嵌入水印信息w，依据该嵌入水印信息及公式(6)、(7)，计算量化边界值Clow和Chigh(6)(7)其中，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层，Ti表示红、绿、蓝三层的可变量化步长，floor(.)为取整函数；第五步：对变换后矩阵左上角的频域系数进行量化以嵌入水印信息；2CN113191933A权利要求书2/2页(8)*其中，H1,1代表频域矩阵左上角的系数，H1,1代表嵌入水印信息后的左上角系数，Clow和Chigh为量化边界值，abs(.)为绝对值函数；第六步：依据公式（9）的逆变换，得到其含水印的图像块矩阵A*，并将含水印的图像块矩*阵A更新到其在分层宿主图像Hi中的对应位置；(9)*其中，HA为嵌入水印后的矩阵，m为图像块的边长和哈达玛矩阵的阶数，Hm为m阶哈达玛矩阵；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，**由此得到含水印的分层宿主图像Hi；最后，将含水印的红、绿、蓝分层宿主图像Hi重新组合并获得大小为M×M的含水印图像H*；其水印提取过程描述如下：第一步：含水印图像预处理：将大小为M×M的含水印图像H*分成3个分层含水印图像**Hi，并将每一分层含水印图像Hi进一步分成m×m的非重叠图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；*第二步：在分层含水印图像Hi中，利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥Kbi的MD5哈希伪随机置乱算法选择图像块；第三步：选取一个图像块A*，利用公式（10）对其进行近似哈达玛变换；(10)***其中，A表示图像块矩阵，HA表示图像块A经近似哈达玛变换后得到的频域矩阵，m是图像块矩阵的边长大小，Hm表示尺寸为m×m的哈达玛矩阵；**第四步：利用公式(11)，提取频域矩阵HA中所含有的水印w；(11)*其中，H1,1为含水印的频域分块矩阵的左上角元素，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层，Ti表示三层的可变量化步长，mod(.)为取模函数，round(.)为取整函数；*第五步：重复执行本过程的第三步、第四步，提取每层二进制水印位序列SWi，然后将每8位二进制信息为一组转换成