一种融合多级离散傅里叶变换的空域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CN112488903A(43)申请公布日2021.03.12(21)申请号202110000732.0(22)申请日2021.01.04(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)发明人苏庆堂张雪婷袁子涵刘得成王环英王刚(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种融合多级离散傅里叶变换的空域彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明结合空域数字水印方法实时性高和频域数字水印方法鲁棒性强的优点，公开了一种融合多级离散傅里叶变换的空域彩色数字图像盲水印方法。本发明根据离散傅里叶变换最大能量系数独有的空域计算特性，利用多级图像变换的能量聚集原理，在空域中使用不同的量化步长完成彩色数字水印的嵌入与盲提取，而无需进行真正的二维离散傅里叶变换。该发明将彩色数字水印图像嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较强的鲁棒性，而且具有较好的水印不可见性和较高的算法实时性，适用于大容量的彩色数字图像快速版权保护的场合。CN112488903ACN112488903A权利要求书1/3页1.一种融合多级离散傅里叶变换的空域彩色数字图像盲水印方法，其特征在于包括水印嵌入和水印提取两个具体过程，其水印嵌入过程描述如下：第一步：对一幅大小为M×M的三维彩色宿主图像H作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层宿主图像Hi，并将各分层宿主图像Hi分为m×m的非重叠像素块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：对一幅大小为N×N的三维彩色水印图像W作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层水印图像，同时，为了提高水印的安全性，对每个分层水印图像进行基于密钥Kai的仿射变换得到置乱后的三个分层水印图像Wi；将分层水印图像Wi中的每个十进制像素值转换为8位2二进制数，依次连接成长度为8N的水印位序列SWi，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：按照先后顺序依次从分层宿主图像Hi中选取像素块A，并依据公式（1），在空域中直接计算出像素块A经过离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform,DFT)后的最大能量系数CFmax，此处i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；(1)其中，m为像素块A的尺寸大小，f(x,y)为像素块A第x行第y列的像素值；第四步：重复执行本过程的第三步，直到获得分层宿主图像Hi中所有像素块的最大能量系数为止，然后组合所有的最大能量系数得到p×p大小的最大能量系数矩阵CF‑mapi，并将其划分为m×m的非重叠最大能量系数块，其中p=M/m，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：利用MATLAB内置函数randperm(.)生成的伪随机序列从最大能量系数矩阵CF‑mapi中随机选择最大能量系数块B，并依据公式（2），在空域中直接计算出最大能量系数块B经过DFT后的最大能量系数CFFmax，此处i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；(2)其中，m为最大能量系数块B的尺寸大小，ff(x,y)为最大能量系数块B第x行第y列的像素值；第六步：按照先后顺序依次从分层水印序列SWi中选取待嵌入水印位w；依据公式（3）、（4）对最大能量系数CFFmax进行量化以嵌入水印信息w，得到两个边界值CFFlow与CFFhigh；(3)(4)其中，w为待嵌入水印位，mod(.)是取余函数，为量化系数，Ti为第i层的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第七步：依据公式（5），计算最佳边界值；2CN112488903A权利要求书2/3页(5)其中，abs(.)是绝对值函数，，；第八步：依据公式（6），计算嵌入水印后的像素值ff*(x,y)，并用其替换原矩阵块中相应位置的像素值ff(x,y)，得到含水印的最大能量系数块B*并将其更新到最大能量系数矩阵CF‑mapi中的相应位置；(6)第九步：重复执行本过程的第五步到第八步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，*由此得到含水印的最大能量系数矩阵CF‑mapi，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第十步：按先后顺序依次从分层宿主图像Hi中选择像素块A，并选取含水印的最大能量**系数矩阵CF‑mapi中对应的最大能量系数，依据公式（7），用修改后的像素值f(x,y)替换原像素块A中对应位置的像素值f(x,y)，得到含水印像素块A*，并将其更新到分层宿主图像Hi中的对应位置；(7)第十一步：重复执行本过程的第十步，直到所有含水印像素块更新完毕为止，得到含水***印的分层宿主图像Hi，组合三层含水印的分层宿主图像Hi得到含水印的彩色宿主图像H，其中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：通过降维处理