[发明专利]一种基于沃尔什-哈达玛变换的频域彩色数字图像盲水印方法

权利要求书

1.一种基于沃尔什-哈达玛变换的频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：为方便水印信息的嵌入并提高其安全性和鲁棒性，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W_i进行基于密钥Ka_i的Arnold置乱变换；最后，将置乱后的分层水印图像中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；然后，根据分层水印信息长度8N²，利用基于密钥Kb_i的Hash伪随机置乱算法生成的选块序列，从分层宿主图像H_i中选择合适位置的图像块，其中8N²＝(M×M)/(m×m)，i＝1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；

第三步：选取一个图像块A，并按照公式(1)对其进行沃尔什-哈达玛变换；

其中，H_A表示图像块A经过沃尔什-哈达玛变换后得到的矩阵，N是图像块的尺寸大小，H_N是N×N阶哈达玛矩阵且由数值1和-1组成，可由公式(2)生成；

H_N＝hadamard(N) (2)

其中，hadamard(.)为生成哈达玛矩阵的函数，N为生成哈达玛矩阵的阶数；

第四步：从分层水印序列SW_i中按先后顺序取出两位待嵌入水印信息w₁、w₂，利用变换后矩阵第一行系数的大小关系，依据该嵌入水印信息及公式(3)、(4)、(5)、(6)，将两位水印信息嵌入到变换后矩阵；

其中，sign(.)为取符号函数，avg_1,2为第1行第1、2列元素的平均值，avg_3,4为第1行第3、4列元素的平均值，d为误差参数，T是量化步长，H_Am,n表示H_A中的第m行第n列元素；

第五步：依据公式(7)的逆沃尔什-哈达玛变换，得到其含水印的图像块A^*；

A^*＝H_N×H_A^* (7)

其中，H_A^*为嵌入水印后的矩阵；

第六步：重复执行上述第三步到第五步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的分层宿主图像H_i^*；最后，组合含水印的分层宿主图像H_i^*得到含水印宿主图像H^*；其水印提取过程描述如下：

第一步：将含水印的宿主图像H^*分成3个分层含水印图像H_i^*，同时将每个分层含水印图像H_i^*进一步分成m×m大小的非重叠图像块，其中i＝1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；

第二步：在分层含水印图像H_i^*中，利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥Kb_i的哈希伪随机置乱算法选择图像块；

第三步：选取一个图像块A^*，利用公式(8)对其进行沃尔什-哈达玛变换；

其中，H_A^*表示图像块A^*经过沃尔什-哈达玛变换后得到的矩阵，N是图像块的尺寸大小，H_N是N×N阶哈达玛矩阵；

第四步：利用公式(9)、(10)，提取图像块，H_A^*中所含有的水印w₁^*、w₂^*；

其中，w_i^*表示从H_A^*中提取出的第i位水印，H_Am,n^*表示H_A^*中的第m行第n列元素；

第五步：重复执行第三步、第四步，提取每层二进制水印序列SW_i^*，然后将每8位二进制信息为一组转换成十进制的像素值，其中i＝1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；

第六步：对转化后的每层十进制像素执行基于密钥Ka_i的逆Arnold变换并获得分层水印W_i^*，其中i＝1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；

第七步：组合分层水印W_i^*形成最终的提取水印W^*。