一种自适应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CN112017098A(43)申请公布日2020.12.01(21)申请号202010895500.1(22)申请日2020.08.31(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)发明人苏庆堂袁子涵刘得成张雪婷王环英(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种自适应彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明利用变换域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种自适应彩色数字图像盲水印方法。本发明在不同的图像块中自适应地选择不同的嵌入系数，并在变换域中修改二维离散余弦变换后的部分中频系数，从而完成彩色数字水印的嵌入与盲提取；在水印预处理阶段，先后使用了仿射变换和Arnold变换对水印进行了双重加密，大大提高了水印算法的安全性。该发明将彩色图像水印嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较好的水印不可见性和较强的鲁棒性，而且具有很高的安全性，适用于数字图像版权保护的场合。CN112017098ACN112017098A权利要求书1/2页1.一种自适应彩色数字图像盲水印方法，其特征在于该方法含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：首先，将一幅大小为M×M的彩色宿主图像H分成红、绿、蓝三个分层宿主图像Hi，同时把每一个分层宿主图像Hi分为m×m的非重叠像素块；将一幅大小为N×N的彩色水印图像W分成红、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先后进行基于密钥Kai的仿射变换和基于密钥Kbi的Arnold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位二进制数，依次连接成长度2为8N的水印位序列SWi，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：利用MATLAB内置函数randperm函数生成的伪随机序列从分层宿主图像Hi中选择嵌入块A，其中i=1,2,3，分别表示红、绿、蓝三层；第三步：根据公式（1），对选取的嵌入块A进行二维离散余弦变换（2D-DCT）得到变换矩阵dctA，按照Z字形选取变换矩阵dctA的2对DCT中频系数(cp1,cp2)，其中p=1,2；（1）其中，dct2(.)为二维离散余弦变换函数；第四步：按照先后顺序从水印序列SWi中依次选取2个水印位wp；利用公式(2)、(3)，对DCT中频系数(cp1,cp2)进行修改，以嵌入水印位wp，其中p=1,2；（2）（3）自定义函数signc(.)的确定规则如下：（4）自适应嵌入系数△的确定规则如下：（5）其中，sign(.)是取符号函数，avg=(abs(cp1)+abs(cp2))/2，Diff=abs(cp2)-abs(cp1)，abs(.)为求绝对值函数，avgblock为变换矩阵dctA所有元素的平均值，和为量化系数，Ti为第i层的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；**第五步：用修改后的DCT系数(cp1,cp2)替换原有的DCT系数(cp1,cp2)得到含水印的变换矩阵dctA*，其中p=1,2分别表示第p对DCT系数；第六步：根据公式(6)，对含水印的变换矩阵dctA*进行逆二维离散余弦变换(2D-IDCT)得到含水印的像素块，并将含水印像素块更新到其在分层宿主图像Hi中的对应位置，其中i=1,2,3，分别表示红、绿、蓝三层；(6)2CN112017098A权利要求书2/2页其中，idct2(.)为逆二维离散余弦变换(2D-IDCT)函数；第七步：重复执行上述第二步到第六步，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；最后，组合含水印的分层宿主图像得到含水印的宿主图像，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：将含水印彩色宿主图像H*的大小调整为M×M并作分层处理，得到红、绿、蓝三层含水印的分层宿主图像；同时，将每一个含水印分层图像分成大小为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：利用MATLAB内置函数randperm函数生成的伪随机序列，从含水印分层图像中选择含水印的像素块；第三步：对选取的含水印像素块进行二维离散余弦变换得到变换矩阵dctA*，并按照***Z字形选取变换矩阵dctA中与嵌入过程相同位置的2个DCT中频系数对(cp1,cp2)，其中p=1,2，分别表示第p对DCT系数；**第四步：根据DCT中频系数对(cp1,cp2)之间的大小关系，利用公式（7）从含水印像素块中提取水印位；（7）其中，abs(.)是求绝对值函数，p=1,2；第五步：重复执行第二步到第四步，得到每一层提取的二进制水印序列