[发明专利]一种融合离散小波变换的空域彩色数字图像盲水印方法

说明书

本发明结合空域数字水印算法运行速度快和频域数字水印算法鲁棒性高的优点，公开了一种融合离散小波变换的空域彩色数字图像盲水印方法。本发明根据离散小波变换低频系数的独有特性，在空域中获得图像块的二维离散小波变换低频近似分量中的第一个低频系数，并利用该低频系数在空域中完成数字水印的嵌入与盲提取，而无需进行真正的二维离散小波变换即可完成。该发明能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，而且具有较好的实时性，解决了大容量彩色图像数字水印运行速度慢的难题，适用于快速、高效进行数字媒体版权保护的场合。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及大容量彩色数字图像的快速版权保护。

背景技术

随着网络技术的飞速发展，越来越多的彩色数字图像在网络上涌现、传播，随之而来的盗版、侵权等非法行为屡见不鲜，其版权保护问题也越来越备受国内外学者的广泛关注。为此，一方面要求版权保护的标识趋向于美观实用、高信息量的彩色图像数字水印，而不再局限于容量较小的伪随机序列、二值图像或灰度图像；另一方面，随着移动终端设备的广泛普及，现有的水印算法，尤其采用了人工智能、深度学习等技术的数字水印算法，因其较长的运行时间难以满足快速、高效的应用需求，需要进一步提高其运行速度。

依据宿主图像工作域的不同，数字水印算法主要有空域数字水印算法和频域数字水印算法；前者具有算法简单、运行快的优点，但具有鲁棒性弱的缺点，而后者虽具有鲁棒性强的优点，但其相应变换域的正变换和反变换造成水印算法运行时间较长。因此，如何充分结合二者的优点设计鲁棒性强、实时性好的数字水印算法成为亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种融合离散小波变换的空域彩色数字图像盲水印方法，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：彩色图像数字水印的预处理：首先，将一幅大小为N×N的彩色图像数字水印W依照红、绿、蓝三基色的顺序分成3个分层水印图像W_i；然后，将每个分层水印图像进行基于Ka_i的Arnold置乱变换；最后，将每个十进制数表示的像素用8位二进制数表示，并依次连接形成长度为8N²的分层水印位序列SW_i，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：将一幅大小为M×M的原始彩色宿主图像H分成3个分层宿主图像H_i；同时，把每一个分层宿主图像H_i分成大小为m×m的图像块；根据分层水印信息长度8N²，利用基于密钥Kb_i的伪随机置乱算法在分层宿主图像H_i中选择合适位置的图像块，其中8N²＝(M×M)/(m×m),其中i＝1,2,3,分别表示红、绿、、蓝三层；

第三步：选取一个图像块A，不需要真正的二维离散小波变换，而该变换的低频近似分量中第一个系数值CA₁₁就可以在空域中按照公式(1)直接求出；

其中，a_p，q表示图像块A中第p行第q列元素，1≤p，q≤m，m是图像块的尺寸大小；

第四步：从分层水印序列SW_i中按先后顺序取出一个嵌入水印信息w，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CA₁₁上时，将得到两个极限值CA_low与CA_high；

如果w＝′0′，则

如果w＝′1′，则

其中，floor(.)是向下取整函数，T是正整数量化步长；