一种融合QR分解的空频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CN107895340A(43)申请公布日2018.04.10(21)申请号201711221204.8(22)申请日2017.11.29(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)发明人苏庆堂苏琳高文卿董刚王刚孙玉娟王增锋(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)G06F21/16(2013.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种融合QR分解的空频域彩色数字图像盲水印方法(57)摘要本发明充分利用空域水印算法运行速度快和频域水印算法鲁棒性高的优点,公开了一种融合QR分解的空频域彩色图像盲水印方法。本发明无需在频域中进行，而是根据QR分解的独有特性，在空域中即可获得图像块的一特殊值并利用该特殊值完成数字水印的嵌入与提取。该发明可以将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，其不但具有较好的水印隐蔽性和较强的鲁棒性，而且具有很高的实时性，适用于快速、高效进行数字媒体版权保护的场合。CN107895340ACN107895340A权利要求书1/2页1.一种融合QR分解的空频域彩色图像盲水印方法，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：数字水印的预处理：首先，将大小为N×N的三维彩色图像数字水印W依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个二维分层水印图像Wi；然后，将每个分层水印图像进行基于Kai的Arnold置乱变换，且将每个十进制数表示的像素用8位二进制数表示，并依次连接形成2长度为8N的分层水印序列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：将大小为M×M原始宿主图像H分成3个分层宿主图像Hi2；同时，把每一个分层宿主图像Hi分成大小为m×m的图像块；根据分层水印信息长度8N，利用基于密钥Kbi的伪随机置乱算法在分层宿主图像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8N2<=(M×M)/(m×m),i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第三步：选取一个图像块A，不需要经过真正的QR分解，而是按照公式（1）在空域中直接求出该图像块经过QR分解后其上三角矩阵R中第一行第一列元素；(1)其中，表示向量的2-范数，A1表示图像块A中第一个列向量；第四步：从分层水印序列SWi中按先后顺序取出一个嵌入水印信息，依据该嵌入水印信息及公式(2)、(3)，在空域中计算当将该水印信息量化嵌入到第一行第一列元素上时，将得到的两个极限值与；(2)(3)其中，floor(.)是向下取整函数，T是量化步长；第五步：依据公式（4），获得元素在嵌入水印后的结果；(4)其中，abs(.)是绝对值函数；第六步：依据公式（5），计算在图像块A第一个列向量A1的所有元素中嵌入水印后的结果并替换原有相应元素，这样在空域中通过修改该图像块QR分解后其上三角矩阵第一行第一列元素来嵌入水印信息，此时在空域中得到真正含水印的图像块；(5)其中，，分别表示嵌入水印前后图像块A中第一个列向量A1中各个元素的值，，m是嵌入图像块的宽度或高度尺寸；2CN107895340A权利要求书2/2页第七步：重复执行上述第三步到第六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止；最后，将含水印的红、绿、蓝分层图像重新组合并获得含水印图像；其水印提取过程描述如下：第一步：将含水印图像分成3个分层含水印图像，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层，并将每一分层含水印图像进一步分成m×m的非重叠图像块；第二步：在分层含水印图像中，利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥Kbi的伪随机置乱算法选择图像块；第三步：选取一个图像块，在空域中利用公式（6）计算其QR分解后其上三角矩阵第一行第一列元素；(6)其中，表示向量的2-范数，是图像块中第一个列向量；第四步：利用公式（7），提取图像块中所含有的水印；(7)其中，mod(.)是求余函数，T为量化步长；第五步：重复执行第三步、第四步，提取每层二进制水印序列，然后每8位二进制信息为一组转换成十进制的像素值，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第六步：对转化后的每层十进制像素执行基于密钥Kai的逆Arnold变换并获得分层水印，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第七步：组合分层水印形成最终的提取水印。3CN107895340A说明书1/6页一种融合QR分解的空频域彩色数字图像盲水印方法技术领域[0001]本发明属于信息安全技术领域，涉及彩色数字图像的快速版权保护。背景技术[0002]随着网络技术和数字多媒体技术的快速发展，越来越多的数字图像在网络上快速传递，其版权保护的安全问题日益受到人们的广泛关注。为此，一方面要求