一种基于小波分解的全频域子带数字水印嵌入方法技术

一种基于小波分解的全频域子带数字水印嵌入方法，该方法将彩色载体图像Y分量一级小波分解；取全部四个频域子带HH、HL、LH和LL分别进行等面积非重叠分块，在四个频域子带中按规则随机选择嵌入块构成全频域嵌入块数组B；所有嵌入块LU分解，选取对角矩阵SVD分解；灰度水印图像置乱后等面积非重叠分割成p×p块，每个水印块SVD分解；修改载体块的奇异值完成水印的循环嵌入。在水印提取时，只要选择嵌入数组中任意连续的p×p个嵌入块即能提取到完整的水印信息。本发明专利技术方法可有效抵抗剪切、亮度调整、高通滤波、无损压缩、缩放等几何攻击。本发明专利技术在保证了水印大容量嵌入的前提下，平衡了不可见性及鲁棒性之间的关系。本发明专利技术适用于对彩色数字图像的版权保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息安全
，涉及一种基于小波分解的全频域子带数字水印嵌 入方法。
技术介绍
数字化和网络化已成为当今社会发展的两个明显特征：过去10年间数字媒体信 息（如数字图像、数字音频、数字视频等）的使用和分布呈爆炸性的增长。人们通过互联网 可以方便快捷地获得数字信息和在线服务的同时，窃取、篡改、盗版等诸多损害版权所有者 利益的方法、手段也变得更加容易。数字水印作为知识产权保护和数字多媒体信息防伪的 有效手段正是在这种大背景下产生和发展起来的。数字水印就是将水印信息（弱信号）通 过一定的算法添加到载体信息（一个强信号）中，既保证水印信息的不可察觉性，又不影响 载体信息的视觉或者使用效果。数字水印可以是数字、图片、序列号等可识别的能够标志版 权人所有权的信息，并且通过特别的算法能够从载体中提取检测出来。 由于彩色图像包含的信息量大，能够嵌入更多的水印信息成为近年来水印研宄的 热点。而现有的关于小波分解的彩色图像数字水印算法一般都是在某一个颜色空间进行 DWT分解，将水印全部或者部分嵌入到小波的中频、高频或者低频子带上，这些算法一般都 存在水印嵌入量小、嵌入点集中的特点，使其抗剪切等几何攻击时能力变弱，而有些大容量 水印单频域子带嵌入量过大又易影响到载体图像的鲁棒性和不可见性之间的平衡问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，根据现有小波分解的彩色图像数字水印算法存在的问题，提供 ，实现水印块循环嵌入的大容量彩色图 像数字水印方法。 本专利技术的技术方案：本专利技术， 包括数字水印嵌入和数字水印提取。本专利技术选择彩色载体图像进行颜色空间转换，对Y分 量经DWT分解后所得HH、HL、LH、LL四个频域子带等面积非重叠分块，从四个频域子带中按 某种规则随机选择嵌入块构成大小为mXn的嵌入数组，将置乱后等面积非重叠分割的P 2 个水印块（P2远小于嵌入块的个数mXn)循环嵌入到嵌入数组中，保证嵌入数组中的每个 载体块都嵌入一个水印块；在水印检测时，只要选择嵌入数组中任意连续的PXp个含水印 载体块，即能提取到完整的水印信息。本方案中嵌入数组由四个频域子带的分块随机构成， 保证了嵌入的水印块分散在整个载体图像中能有效地抵抗各类几何攻击。 本专利技术中数字水印嵌入方法步骤如下： (1)将彩色载体图像进行YCrCb颜色空间转换，并对Y分量进行一级小波分解，得 HH、HL、LH和LL四个频域子带。 (2)将大小为MXN的四个频域子带分别按相同尺寸进行非重叠分块，各存储在四 个对应数组A k (k e {HH，HL，LH，LL})中。从下标 开始，每次从四个数组Ak (i = 〇, 1，2…m-1 ; j = 0, 1，2···，n-1)中随机选择一个分块作为嵌入块存入数组B 对应下标相同的位置，直至所有下标值都有一个分块被选中存入嵌入块数组B中。 (3)用矩阵X代表数组B中的每个嵌入块，对其LU分解得：【主权项】1. ，其特征在于，所述方法包括数 字水印嵌入和数字水印提取；所述方法选择彩色载体图像进行颜色空间转换，对Y分量经 小波分解后所得HH、HL、LH、LL四个频域子带等面积非重叠分块，从四个频域子带中按某 种规则随机选择嵌入块构成大小为mXn的嵌入数组，将置乱后等面积非重叠分割的P 2个 水印块循环嵌入到嵌入数组中，保证嵌入数组中的每个载体块都嵌入一个水印块；在水印 检测时，只要选择嵌入数组中任意连续的PXp个含水印载体块，即能提取到完整的水印信 息。2. 根据权利要求1所述的，其特征 在于，所述数字水印嵌入方法步骤如下： (1)将彩色载体图像进行YCrCb颜色空间转换，并对Y分量进行一级小波分解，得HH、 HL、LH和LL四个频域子带； ⑵将大小为MXN的四个频域子带分别按相同尺寸进行非重叠分块，各存储在四个对 应数组Ak (k e {HH，HL，LH，LL})中；从下标 开始，每次从四个数组Ak (i = 0, 1，2…m-1 ; j = 0, 1，2···，n-1)中随机选择一个分块作为嵌入块存入数组B 对应下标相同的位置，直至所有下标值都有一个分块被选中存入嵌入块数组B中； ⑶用钜陈X代弄教钼R中的毎个嵌入协，对其丨,U分解犋，共甲121、131、I32为卜二用矩阵L的非U数值，d ρ d2、d3^对用矩阵D的非0数值，u 12、 u13、U23为上三角矩阵U的非0取值； 对对角矩阵D进行SVD分解： Dx=UdxSdxVtdx=AdxV tdx UDX、SDX、Vdx是为每个嵌入块LU分解后的对角矩阵D x进行SVD分解后得到的矩阵，T是 对矩阵Vdx的转置，而A DX为U DX、Sdx二者的乘积； 记录Adx的数值，以备水印嵌入和提取时使用； 将步骤（3)重复执行mXn次，直至B数组中所有嵌入块都实施过一次SVD分解； (4)为了保证水印的安全，先对水印图像W进行Fibonacci变换： 'Xl Γι ι?Γχ? = mod M _r」Li 〇」Lr_ (χ，γ)为原始图像像素坐标，（χ'，γ'）为变换后的像素坐标，M为图像矩阵的阶数； 再将置乱后的水印图像等面积非重叠分割成PXp块（P为正整数），对每个分块Wd(d =0, 1，2···，P2-I)添加水印头后做SVD分解，以矩阵Q代表每个水印分块： Q = UwSX = AX Uw、sw、<为水印矩阵Q经SVD分解后的矩阵，T是对矩阵Vw的转置，A "是U "和S w的乘 积； 记录Aw的数值，以备水印提取时使用； 重复执行步骤（4) P2次，直至所有的水印分块Wd都实施过一次SVD分解； (5) 水印块的循环嵌入：每个载体块嵌入一个水印块，载体数组B 每行的第一列 嵌入水印块Wd(d = (imodp) Xp，i = 0, 1，2…m)，自第二列开始每一列嵌入水印块Wd(d = (d+l)mod p2)； 将每个水印块的奇异值按照循环规则如图2,嵌入到每个载体块X经过LU分解后的奇 异值矩阵中得： ν' D)i= V DJi+aVw α为嵌入因子，调节水印的嵌入强度； 恢复对角矩阵D : D' =AdxV, DX 恢复矩阵X Xr = LDr U (6) 将修改过奇异值的载体数组B中的每个嵌入块替代其在原频域子带中的位置，实 施小波逆变换，得到新的Y分量与原图像的Cr和Cb分量一起进行颜色空间转换的反变换 得到含水印图像0'。3.根据权利要求1所述的，其特征 在于，所述数字水印提取方法的步骤如下： (1) 将含水印图像进行YCrCb颜色空间转换，并对Y分量进行一级小波分解，得HH、HL、 LH和LL四个频域子带； (2) 对四个频域子带按水印嵌入时同样大小非重叠分块，取数组B中的任意连续的 PXp个嵌入块号，从四个频域子带中分别提取到这P2个嵌入块后进行LU分解，对得到的p2 个对角矩阵D依次进行奇异值分解； D;二 UD;SD;VTD;二 A1X 由水印嵌入时记录的Vdx数值计算水印块奇异值： a 对提取出来P2个水印矩阵的奇异值分别进行逆SVD变换得： Q' = AwV" w; 得到P2个水印图像块W d'，根据添加的水印头恢复合成水印图像，借助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小波分解的全频域子带数字水印嵌入方法，其特征在于，所述方法包括数字水印嵌入和数字水印提取；所述方法选择彩色载体图像进行颜色空间转换，对Y分量经小波分解后所得HH、HL、LH、LL四个频域子带等面积非重叠分块，从四个频域子带中按某种规则随机选择嵌入块构成大小为m×n的嵌入数组，将置乱后等面积非重叠分割的p2个水印块循环嵌入到嵌入数组中，保证嵌入数组中的每个载体块都嵌入一个水印块；在水印检测时，只要选择嵌入数组中任意连续的p×p个含水印载体块，即能提取到完整的水印信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石红芹，曹义亲，吕方亮，王长征，王艳，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36