[发明专利]一种融合多级离散傅里叶变换的空域彩色数字图像盲水印方法

权利要求书

1.一种融合多级离散傅里叶变换的空域彩色数字图像盲水印方法，其特征在于包括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：对一幅大小为M×M的三维彩色宿主图像H作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层宿主图像H_i，并将各分层宿主图像H_i分为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：对一幅大小为N×N的三维彩色水印图像W作降维处理，得到红、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进行基于密钥Ka_i的仿射变换得到置乱后的三个分层水印图像W_i；将分层水印图像W_i中的每个十进制像素值转换为8位二进制数，依次连接成长度为8N²的水印位序列SW_i，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第三步：按照先后顺序依次从分层宿主图像H_i中选取像素块A，并依据公式(1)，在空域中直接计算出像素块A经过离散傅里叶变换后的最大能量系数CF_max，此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为像素块A的尺寸大小，f(x,y)为像素块A第x行第y列的像素值；

第四步：重复执行本过程的第三步，直到获得分层宿主图像H_i中所有像素块的最大能量系数为止，然后组合所有的最大能量系数得到p×p大小的最大能量系数矩阵CF-map_i，并将其划分为m×m的非重叠最大能量系数块，其中p＝M/m，i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：利用MATLAB内置函数randperm(.)生成的伪随机序列从最大能量系数矩阵CF-map_i中随机选择最大能量系数块B，并依据公式(2)，在空域中直接计算出最大能量系数块B经过离散傅里叶变换后的最大能量系数CFF_max，此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为最大能量系数块B的尺寸大小，ff(x,y)为最大能量系数块B第x行第y列的像素值；

第六步：按照先后顺序依次从分层水印序列SW_i中选取待嵌入水印位w；依据公式(3)、(4)对最大能量系数CFF_max进行量化以嵌入水印信息w，得到两个边界值CFF_low与CFF_high；

其中，w为待嵌入水印位，mod(.)是取余函数，α为量化系数，T_i为第i层的量化步长，i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第七步：依据公式(5)，计算最佳边界值

其中，abs(.)是绝对值函数，d₁＝CFF_low-CFF_man，d₂＝CFF_high-CFF_max；

第八步：依据公式(6)，计算嵌入水印后的像素值ff^*(x,y)，并用其替换原矩阵块中相应位置的像素值ff(x,y)，得到含水印的最大能量系数块B^*并将其更新到最大能量系数矩阵CF-map_i中的相应位置；

第九步：重复执行本过程的第五步到第八步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的最大能量系数矩阵CF-map_i^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第十步：按先后顺序依次从分层宿主图像H_i中选择像素块A，并选取含水印的最大能量系数矩阵CF-map_i^*中对应的最大能量系数依据公式(7)，用修改后的像素值f^*(x,y)替换原像素块A中对应位置的像素值f(x,y)，得到含水印像素块A^*，并将其更新到分层宿主图像H_i中的对应位置；

第十一步：重复执行本过程的第十步，直到所有含水印像素块更新完毕为止，得到含水印的分层宿主图像H_i^*，组合三层含水印的分层宿主图像H_i^*得到含水印的彩色宿主图像H^*，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：通过降维处理将含水印宿主图像H^*分成红、绿、蓝三个含水印的分层宿主图像H_i^*；同时，将每个含水印的分层宿主图像H_i^*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：按照先后顺序依次从含水印分层宿主图像H_i^*中选取含水印像素块A^*，并依据公式(8)，在空域中直接计算出像素块A^*经过离散傅里叶变换后的最大能量系数其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为像素块A^*的尺寸大小，f^*(x,y)为像素块A^*第x行第y列的像素值；

第三步：重复执行本过程的第二步，直到获得分层宿主图像H_i^*中所有含水印像素块的最大能量系数为止，然后组合所有的最大能量系数得到p×p大小的最大能量系数矩阵CF-map_i^*，并将其划分为m×m的非重叠最大能量系数块，其中p＝M/m，i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第四步：利用MATLAB内置函数randperm(.)生成的伪随机序列从最大能量系数矩阵CF-map_i^*中随机选择最大能量系数块B^*，并依据公式(9)在空域中直接计算出最大能量系数块B^*经过离散傅里叶变换后的最大能量系数此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为最大能量系数块B^*的尺寸大小，ff^*(x,y)为最大能量系数块B^*第x行第y列的像素值；

第五步：依据公式(10)，在各层间选用不同的量化步长，提取最大能量系数块B^*中所含有的水印位w^*；

其中，mod(.)为取余函数，round(.)为四舍五入函数，T_i为第i层的量化步长，i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第六步：重复执行本过程的第四步到第五步，得到提取的二进制水印序列SW_i^*，然后，依次将二进制水印序列SW_i^*中每8位二进制信息划分为一组并转换成十进制的像素值，最终形成提取的分层水印图像，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第七步：对提取的分层水印图像进行基于密钥Ka_i的逆仿射变换，获得提取的分层水印图像W_i^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第八步：组合提取的分层水印图像W_i^*形成最终的提取水印图像W^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层。