[发明专利]一种基于奇异值分解的灰度图像水印嵌入和提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水印嵌入和提取方法，尤其涉及一种基于奇异值分解的灰度图像水印嵌入和提取方法。涉及专利分类号G06计算；推算；计数G06T一般的图像数据处理或产生G06T1/00通用图像数据处理。

背景技术

数字水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中的一种技术，通过提取这些隐藏在多媒体数据中的信息，加以判断和处理，可以实现跟踪多媒体数据的发布与使用的目的，确认内容创建者信息或者判断数据是否被篡改。随着互联网技术的发展，网络上出现海量数字图像，为了保护图像版权和内容安全，人们利用数字水印技术将版权信息隐藏到图像中已达到保护数字图像版权的目的。然而现有技术中，人们提出的多数图像的水印算法都是将二值图像水印或随机生成的数值序列作为水印隐藏到宿主图像中，数字水印信息容量少，而且水印信息一旦遭到破坏，根据残存信息，也很难判断版权信息。

由于灰度图像较二值图像水印而言，可以代表更多而且更生动和直观的版权信息，但是目前针对灰度图像水印处理的方法比较少。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种基于奇异值分解的灰度图像水印嵌入方法，包括如下步骤：

选择一幅灰度图像做为原始水印图像，记为W_Gray，将该图像进行奇异值分解，得到三个矩阵分量：[U_GrayS_GrayV_Gray]＝svd(W_Gray)；

对奇异值矩阵S_Gray中的对角矩阵的奇异值进行编码存储，得到水印信号；

在空域中对宿主图像进行分块，选择掩蔽效应高的若干图像分块作为水印的嵌入分块；

对选定的多个分块进行奇异值分解，应用量化方法将所述水印信号嵌入所述图像分块中；

对每一嵌入水印信号的图像分块进行奇异值分解的逆变换，得到嵌入水印后的图像。

对奇异值矩阵S_Gray中的对角矩阵的奇异值进行编码存储过程具体如下：

按奇异值大小降序将各奇异值降序排列；

将各个奇异值四舍五入取整，依次提取每个奇异值的最高位、次高位，直至个位数，将各位的十进制数字转换为相应的二进制数字存储。

若奇异值矩阵中最大奇异值的二进制编码超过16位，将其超出16位的编码与最小奇异值的二进制编码结合，占用最小奇异值的高位编码，用“1111”进行隔离。

对宿主图像进行分块和选择掩蔽效应高的分块的具体方法如下：

将宿主图像在空域中划分为8x8像素的图像分块B；

计算所有图像分块的方差Variance。

对每一图像分块B进行奇异值分解变换，利用公式：

[U S V]＝svd(B),E＝S(1,1)/S(2,2)

计算对应分量矩阵S中最大两个奇异值的比值E；式中B代表图像分块矩阵，svd代表奇异值分解操作，S(1,1)和S(2,2)代表的是对角矩阵S中两个最大的奇异值；

将全部图像分块计算得到的E最大值记为E_max，将每个图像分块E进行归一化记为A2＝E/E_max；

计算每个图像分块的方差，记录最大方差标记为V_max，将每个图像分块方差值进行归一化记为A1＝Variance/V_max；

定义表示每一个图像分块的活动因子A＝α1×A1+α2×A2，

其中α1和α2是A1和A2的权值，α1+α2＝1；

选择活动因子A数值大的若干个图像分块作为水印插入位置。

选定的多个分块进行奇异值分解，应用量化方法将所述水印信号嵌入所述图像分块具体方法为：

按活动因子A值的高低顺序选择每一8x8的图像分块，记录对应的分块号作为密钥，对选定的每一个图像分块进行奇异值分解转换：

选择每一个图像分块分解后的S矩阵分量中的最大奇异值S（1，1），根据公式：

L＝fix(S(1,1)/Q)

if  w＝1  S(1,1)＝L×Q

else  w＝0  S(1,1)＝L×Q+Q/2

其中L代表S(1,1)/Q结果的整数分布，w代表水印信息，Q代表量化阶距。

所述对原始灰度水印图像做奇异值分解得到U_Gray和V_Gray，作为密钥。

一种基于奇异值分解的灰度图像水印提取方法，具有如下步骤：

对含有如权利要求5所述灰度水印的图像进行图像的分块，划分成8x8的图像分块；

对每一个图像分块进行奇异值分解转换，得到每一个图像分块的S^*(1,1)；