一种融合奇异值分解的空域彩色图像盲水印方法.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CN107274333A(43)申请公布日2017.10.20(21)申请号201710472958.4(22)申请日2017.06.21(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)发明人苏庆堂苏琳王环英马艳萍薛梅巩艳华(51)Int.Cl.G06T1/00(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种融合奇异值分解的空域彩色图像盲水印方法(57)摘要本发明充分利用空域水印算法运行速度快及变换域水印算法鲁棒性高的优点,公开了一种融合奇异值分解（SingularValueDecomposition，SVD）的空域彩色数字图像盲水印方法。本发明无需在变换域中进行，而根据最大奇异值的独有特性，在空域中即可获得图像块的最大奇异值并利用该最大奇异值完成数字水印的嵌入与提取。本发明可以将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，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。CN107274333ACN107274333A权利要求书1/3页1.一种融合奇异值分解的空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：数字水印预处理：将大小为N×N三维彩色图像数字水印W按红、绿、蓝的三基色顺序分成3个二维分层水印图像Wi，并将分层水印图像Wi进行基于Kai的Arnold置乱变换以提高其安全性；然后，将每个十进制表示的像素用8位二进制数表示，并依次组合形成分层水印序列Wi，其中分别表示红、绿、蓝三层；第二步：将大小为M×M原始宿主图像H分成3个分层宿主图像Hi，其中分别表示红、绿、蓝三层；同时，把每一个分层宿主图像Hi分成大小为n×n的图像块；利用基于密钥K的图像块间隔选择法在分层宿主图像Hi中选择合适位置的图像块：即在奇数行依序选取第qK-1个图像块，在偶数行依序选取第qK个图像块，其中，K是块间隔值并作为密钥，M，n分别是宿主图像和图像块的尺寸，floor(.)是向下取整函数；第三步：选取一个图像块A，并按照公式（1）在空域中直接求出图像块A经过奇异值分解后对应的最大奇异值；(1)其中，表示矩阵的二范数，,，p，q分别表示像素在n×n的图像块A中所处的行号和列号，图像块A经过奇异值分解后的最大奇异值在空域中利用公式（1）直接求得而不需通过真正的奇异值分解后获得；第四步：在空域中，依据水印及公式(2)或(3)，计算当将水印量化嵌入到奇异值分解的最大奇异值上时，将得到两个极限值与；如果w=0,则(2)如果w=1,则(3)其中T是量化步长；第五步：依据公式（4），理论上获得最大奇异值在嵌入水印后的最终结果；(4)其中abs(.)是绝对值函数；第六步：依据公式（5），计算最大奇异值的变化量为；2CN107274333A权利要求书2/3页(5)第七步：依据公式（6），计算图像块在嵌入水印后每个像素的平均修改量；(6)该公式推导如下：对于n×n的图像块A，其奇异值分解可表示为：其中U，V是正交矩阵，D是对角矩阵，，分别是形成矩阵U，V的特征向量，且对角矩阵中的奇异值满足；当最大奇异值的变化量是时，则整个图像块的变化量；当图像块中像素值变化较少时，则，故；因为图像块中共有n×n个像素，所以每个像素的平均变化量；第八步：在空域中将每个像素的平均修改量依次加到图像块A的所有像素上，这样在空域中完成对奇异值分解最大奇异值的修改并嵌入了水印，此时在空域中得到真正含水印的图像块；第九步：重复执行步骤第三步到第八步，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n×n的非重叠图像块；第二步：在分层图像中，利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥K的图像块间隔选择法选择图像块；第三步：选取一个图像块，在空域中利用公式（7）计算其奇异值分解中的最大奇异值3CN107274333A权利要求书3/3页；(7)其中，表示矩阵的二范数，,，p，q分别表示像素在n×n的图像块中所处的行号和列号；第四步：利用公式（8），提取图像块中所含有的水印；(8)其中，mod(.)是求余函数，round(.)是四舍五入函数，T为量化步长；第五步：重复执行第三步、第四步，直到提取所有的水印信息，并将所提取的二进制水印信息每8位一组转换成十进制的像素值；第六步：执行基于密钥Kai的逆Arnold变换并获得分层水印，其中；第七步：组合分层水印形成最终的提取水印。4CN107274333A