[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

摘要

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。

主权项

1.一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：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Wi；然后，将每个分层水印图像进行基于Kai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SWi，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Hi ；同时，把每一个分层宿主图像Hi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Kbi的伪随机置乱算法在分层宿主图像Hi中选择合适位置的图像块，以提高水印抗剪切攻击的鲁棒性，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就可以在空域中按照公式（1）直接求出；                                     (1)其中，表示图像块A中第p行第q列元素，，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，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上时，将得到两个极限值与；   (2)   (3)其中，floor(.)是向下取整函数，T是量化步长；第五步：依据公式（4），将水印嵌入到，并得到其含水印的结果；   (4)其中，abs(.)是绝对值函数，表示低频近似分量中第一个系数在嵌入水印后的值；第六步：依据公式（5），计算在图像块A的所有元素中嵌入水印后的结果并用其替换原有相应元素，得到真正含水印的图像块；这样在空域中通过修改该图像块完成了在离散小波变换后修改其低频分量中第一个系数值来嵌入水印信息的过程；                       (5)其中，表示嵌入水印前图像块A中第p行第q列的值，表示嵌入水印后图像块A中第p行第q列的值，，m是图像块的尺寸大小；第七步：重复执行上述第三步到第六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止；最后，将含水印的红、绿、蓝分层图像重新组合并获得含水印图像；其水印提取过程描述如下：第一步：将含水印图像分成3个分层含水印图像，其中i=1, 2, 3,分别表示红、绿、蓝三层，并将每一分层含水印图像进一步分成m×m的非重叠图像块；第二步：在分层含水印图像中，利用上述水印嵌入过程中所提到的基于密钥Kb_i的伪随机置乱算法选择图像块；第三步：选取一个图像块，在空域中利用公式（6）计算其离散小波变换后其低频近似分量中第一个系数值；                                     (6)其中，表示含水印图像块中第p行第q列的值，，m是图像块的尺寸大小；第四步：利用公式（7），提取图像块中所含有的水印；         (7)其中，mod( .)是求余函数，T为量化步长；第五步：重复执行第三步、第四步，提取每层二进制水印序列， 然后每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，其中i=1, 2, 3, 分别表示红、绿、蓝三层；第七步：组合分层水印形成最终的提取水印。