[发明专利]基于Polar码与交织算法的盲水印算法

说明书

本发明请求保护一种针对Polar码与SP(Successive Packing)二维交织算法相结合的NSCT‑DCT域强鲁棒性盲水印算法，属于图像处理领域。该算法依次对水印进行Logistic加密，Polar码编码，SP二维交织，对载体图像进行NSCT变换，根据其系数和行列式的关系将水印信息嵌入，可实现水印的盲提取。提取水印时，利用Radon变换对图像进行几何校正。结果表明，该算法不仅使嵌入水印后图像具有良好的不可见性，而且能有效抵抗加噪、滤波、JPEG压缩、剪切、平移、旋转、马赛克、篡改等攻击，NC值均在0.9以上，对组合攻击也有较强的鲁棒性,具有良好的实用价值。

技术领域

本发明属于图像处理相关领域，具体为基于Polar码与SP(Successive Packing)二维交织算法相结合的NSCT-DCT域强鲁棒性盲水印算法。

背景技术

数字水印技术是当前进行版权保护和信息隐藏的重要手段之一。常见的水印算法可以分为空间域算法和变换域算法，非盲提取算法和盲提取算法。其中盲水印算法是研究的重点与热点，但大多数盲水印算法鲁棒性不强，水印信息及其易受旋转、剪切等几何攻击破坏。

空间域算法是指直接修改载体图像的像素值，算法复杂度低，但是其抵抗攻击能力弱，如文献“Guoyin Z,Liang K,Liguo Z,et al.A New Digital Watermarking Methodfor Data Integrity Protection in the Perception Layer of IoT”。文献“基于奇偶校验的块误差分散半调水印算法”将图像像素块的奇偶性进行修改以达到嵌入水印的目的，该算法对顽健性高的水印提取效果较好，但如果二维码水印信息过于紧凑，则提取效果不佳。

变换域算法是替换变换域的系数，会使水印信息更加均匀嵌入在空间域上，具有视觉遮蔽特性和强鲁棒性。文献“基于内积空间非空子空间变换关系的含水印彩色图像特征分析”在小波域嵌入水印，利用自然对数幅频域的中频区产生的特征点解决大容量水印对几何变形的敏感。该算法可以抵抗常规攻击，并且能够进行盲提取。文献“Blob-Harris特征区域结合CT-SVD的鲁棒图像水印算法”提出一种Blob-Harris特征区域结合CT-SVD的鲁棒图像水印算法，对大部分攻击具有较强的鲁棒性，但未能实现水印的盲提取，对旋转攻击效果不佳。文献“Optimized Features of SIFT Transform Function for Digital ImageWatermarking using Hybrid Swarm Intelligence and Neural Network”对图像进行分块，在子块DCT域中，划分为自适应嵌入区域和认证信息提取区域。二者均对噪声攻击和几何攻击效果不佳。文献“Wavelet Transform Modulus Maxima based Robust LogoWatermarking”算法在小波域增加不可见性和鲁棒性，并解决了低容量嵌入，但仅仅提供有限的鲁棒性。文献“A Blind Watermarking Algorithm Based on Adaptive Quantizationin Contourlet Domain”在Contourlet域利用奇异值分解采用自适应量化的方式实现了水印的盲提取，有较好不可见性和鲁棒性。CunhaA.L.和Zhou J在2006年提出一种非下采样轮廓波变换(NSCT)域图像变换方式，如文献“The Nonsubsampled Contourlet Transform:Theory,Design,and Application”。NSCT变换相比传统的轮廓波变换可以有效地表示具有更多方向信息的图像。文献“Blind watermarking scheme based on Schurdecomposition and non-subsampled contourlet transform”在NSCT域利用schur分解嵌入水印，并设计了一种基于尺度不变特征变换的同步机制抵抗几何攻击。文献“基于BSVD分解和Radon变换的NSCT 域鲁棒水印算法”在NSCT域利用BSVD分解嵌入水印，结合Radon变换校正攻击后的图像，该算法能有效抵抗旋转攻击，但并未能实现盲提取。文献“BSP 二维块交织算法结合RS纠错码在水印中的应用”结合RS纠错码和二维块交织算法将水印信息嵌入在分块DCT系数的中频部分，该算法仅对可以很好的抵抗剪切攻击和突发错误，对其他攻击效果不好。文献“基于DWT-SVD和Turbo 码的彩色图像盲水印算法”在小波域结合Turbo纠错码和SVD分解嵌入水印，对常见攻击具有较好的稳健性。随后，文献“基于LDPC码译码算法的数字水印技术”将LDPC码译码算法与数字水印技术结合，提取水印误码率降低，但提取过程仍需载体图像信息。Arikan于2009年提出的基于信道极化理论的Polar 码，如文献“AMethod for Constructing Capacity-achieving Codes for Symmetric Binary-inputMemoryless Channels”，证明了polar码理论上可以达到香农限，使得Polar码成为研究的热点。文献“”在图像传输中验证了Polar码与LDPC码相比误码率有显著的降低。