[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

说明书

本发明结合空域数字水印方法实时性高和频域数字水印方法鲁棒性强的优点，公开了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。本发明根据离散傅里叶变换最大能量系数独有的空域计算特性，利用多级图像变换的能量聚集原理，在空域中使用不同的量化步长完成彩色数字水印的嵌入与盲提取，而无需进行真正的二维离散傅里叶变换。该发明将彩色数字水印图像嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较强的鲁棒性，而且具有较好的水印不可见性和较高的算法实时性，适用于大容量的彩色数字图像快速版权保护的场合。

技术领域

本发明属于网络空间安全技术领域，涉及彩色数字图像作为数字水印的版权保护。

背景技术

随着互联网和多媒体技术的飞速发展，彩色数字图像等数字多媒体信息的传输量呈现爆炸式增长，但随之也产生了一系列诸如盗版、侵权、篡改等安全问题，因此多媒体数据的版权保护问题受到国内外学者的日益关注。数字水印技术作为一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术应运而生。数字水印技术能够利用一定的方法将含有版权信息的水印标识嵌入到数字载体中，且在视觉上不容易被觉察，当产生版权纠纷时，可以通过检测出的水印信息来判断数字产品的版权归属和完整性，从而达到保护数字产品版权的目的。

根据宿主图像工作域的不同，数字水印算法被划分为空域水印算法和频域水印算法，前者具有计算简单、运算高效的优点，但鲁棒性相对较差，而后者虽具有鲁棒性强的优点，但算法复杂度较高，实时性较差。因此，如何充分结合二者的优点，设计一种高不可见性、强鲁棒性和高实时性的数字水印算法成为目前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；