[发明专利]用于RAW格式图像的CWT-QIM数字盲水印算法

摘要

本发明公开了一种用于RAW格式图像的CWT‑QIM数字盲水印算法，包括水印的嵌入过程和水印的提取过程，其中，水印的嵌入过程包括水印图像的生成，选择嵌入区域，DCT变换以及基于矢量量化调制的嵌入，水印的提取过程基本是水印嵌入过程的逆操作，本发明算法具备优良的鲁棒性和透明性，可以有效抵抗JPEG图像压缩、高斯噪声、中值滤波、椒盐噪声、缩放、旋转、裁剪等图像攻击，提升了数字水印算法的性能，实现了水印信息量化嵌入，且不需原载体图像即可盲提取，能够方便有效地应用于数字内容认证或数字版权保护等领域中。

主权项

1.用于RAW格式图像的CWT‑QIM数字盲水印算法，其特征在于，包括水印的嵌入过程和水印的提取过程，具体步骤如下：(1)水印的嵌入过程步骤a.水印图像的生成假设待嵌入RAW图像的大小为M×N，原始水印信息为一维向量W，根据光栅扫描顺序，原始水印信息W描述为一维向量的形式：W＝{w0,w1,…,w1}      式1其中它的每个元素wi满足wi∈{‑1，1}，根据水印信息的长度对W利用随机数产生器生成一个长为l，大小为原始水印信息W同等大小的随机数矩阵，记为K；K＝{k0,k1,…,k1}     式2将得到的l个水印信号w_i与密钥k_i实行线性调制，得到一个调制后的含水印的信号即：其中，是由l个组成的一维向量，大小如原始水印信息W大小一致，为m、n分别是DCT分块的块尺寸与水印嵌入的DT‑CWT的变换层数；步骤b.选择嵌入区域将原始RAW图像插值提取蓝色B通道的图像矩阵对B通道的图像矩阵使用n次DT‑CWT变换，而每次DT‑CWT变换会产生一个低频子带和6个不同方向的高频子带，6个不同方向分别为±15°、±45°和±75°，将水印隐藏在B通道第n层方向互相正交的两个高频子带中选择两个方向垂直，±45°，d取1，2的子带作为嵌入的载体，划分两个子带的取模矩阵，对大小为的子带等比例的划分为S块大小为m×m且不重复的方块矩阵，其中S大小如式4所示：步骤c.DCT变换通过对取模后获得矩阵按照m×m大小的块连续划分整个对整个的每个块按式5、式6去分别计算它的DCT系数矩阵D_k；采样提取Dk的直流系数dk，具体如式7描述：dk＝Dk(1，1)      式7其中k代表块的编号，将每块的直流系数d_k按式8合成矩阵此时，是大小为的直流系数矩阵，代表子带每个块最稳定不易修改的能量分布；步骤d.基于矢量量化调制的嵌入对俩个子带分别进行分块DCT，得到俩个直流矩阵与相比得到比例系数矩阵L其数学描述如式9所示：将坐标轴等间隔划分成A区间集与B区间集，区间间隔为Δ；规定A区间集代表1，B区间集代表0；根据水印值是0或1，动态调整待嵌入水印的系数值L_x，y，使其等于离自己最近的对应区间内的中间值；数学上的表示为式10、式11；其中L’描述了修改后的L值，也就是水印嵌入后±45°方向的新比例矩阵；将经过n次DT‑CWT变换的分割为S块大小m×m的矩阵对块矩阵整块的放大倍得到矩阵；数学上的表示为式13：从上到下、从左向右依次的修改S个矩阵，按照式12的排列修改原子带方向系数矩阵：获取修改后的B通道矩阵值，利用上述得到的n层小波系数矩阵再结合未修改的其他层系数矩阵B^L、通过逆DT‑CWT变换得到B通道矩阵，至此得到含水印图像；如式14所示：(2)水印的提取过程信息接受方从接收到的含水印图像中插值提取出B通道系数矩阵，根据嵌入方共享的子带方向d、嵌入层数n、分块大小m、量化步长Δ，可以得到嵌入的水印图案，进而由接收方利用密钥矩阵K来准确恢复水印图像，记为k₁,k₂,…,k_q；假设X为一幅待提取水印的RGB图像，尺寸为M×N，接受方根据已知的嵌入参数信息通过对相应的逆操作进而获得水印图像其向量表示为具体实现步骤如下：步骤a.将插值提取的B通道系数矩阵经过n层DT‑CWT变换得到B^L、提取嵌入方向d的高频子带与作为水印检测区域，这里d取1、2；步骤b.分别对与进行大小为m×m的DCT分块，由式5得到相应DCT系数矩阵D₁、D₂，再经式7、式8从系数矩阵D₁、D₂提取稳定的直流系数矩阵步骤c.根据式9计算比例系数矩阵L，记为l_i，i＝1，2...，q，其中Δ为QIM嵌入的量化步长，大小一般取0.5，1，1.5，2...，L代表着q组变换域比例系数，然后，根据QIM逆变换式15得出位序列其中符号函数mod(x,y)定义为x对y的取模函数，round(x)定义为找寻对向量x中每个元素朝最近的方向取整数部分，并返回与x同维的向量；步骤d.最后用与嵌入时相同密钥K解析水印得到原始水印W₀，具体数学表示如式16所示：