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一种嵌入比16分之一的图片水印嵌入及盲提取方法技术

技术编号:20655783 阅读:34 留言:0更新日期:2019-03-23 07:20
本发明专利技术涉及一种嵌入比16分之一的图片水印嵌入及盲提取方法,水印嵌入方法包括如下步骤:步骤1)将载体图片分成若干4*4的图像块,并形成对应的RGB矩阵;在RGB转Y的模块中,通过色彩空间转换公式将RGB矩阵转换呈Y矩阵;步骤2)通过式(2)求出Y矩阵DCT变换域的直流分量DC;步骤3)根据式(2)结合式(3)通过同时裁剪离散余弦变换和离散余弦变换逆变换两个变换,并进一步进行裁剪色彩空间转换的操作,实现将水印信息直接嵌入在RGB通道上。有益效果:解决水印嵌入比由传统的1/64提升到1/16时,传统方法所面临的载体图片失真严重和水印提取质量较差的问题。

An Image Watermarking Embedding and Blind Extraction Method with Embedding Ratio of 1/16

The present invention relates to an image watermarking embedding and blind extraction method with embedding ratio of 1/16. The watermarking embedding method includes the following steps: step 1) dividing the carrier image into several 4*4 image blocks and forming corresponding RGB matrix; in the module of RGB to Y, converting RGB matrix into Y matrix by color space conversion formula; step 2) calculating Y matrix DCT transform domain by formula (2). DC component; Step 3) According to Formula (2) Combined Formula (3), the watermarking information is directly embedded in RGB channel by cutting both discrete cosine transform and inverse discrete cosine transform at the same time, and further clipping the operation of color space conversion. Beneficial effect: When the embedding ratio of watermarking is increased from 1/64 to 1/16, the traditional method faces serious distortion of carrier image and poor quality of watermarking extraction.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入比16分之一的图片水印嵌入及盲提取方法
本专利技术图像作品水印的
,特别涉及了一种基于RGB通道实现Y通道变换域直流分量的水印嵌入及提取方法。
技术介绍
图片水印技术在图像作品的版权保护和真实性认证中有着重要的作用。目前,数字水印的实现方法主要包括基于空域的、基于离散余弦变换(DCT)的和基于离散小波变换(DWT)的嵌入和提取方法。其中基于DCT中低频实现水印是最为常见的。因为JPEG压缩是在8*8的矩阵上进行的,因此常见的算法也采取在8*8矩阵块上嵌入一个水印值,此时嵌入比为1/64。比如有一张800*800的图像,那么相应的水印大小应为100*100。显然,100*100的水印图片无法承载太多信息。因此工业界希望能提高嵌入比,扩大嵌入容量。据此,华为相关研究人员提出,是否可以在4*4的图像块上嵌入一个水印值,使得嵌入比由1/64提升到1/16。此时,以上800*800的图像,能够嵌入的水印信息大小就可以提高到200*200了,嵌入容量提高了4倍。大量研究实验表明,简单移植现有的嵌入比1/64的水印实现方法到嵌入比为1/16的情况下,功能效果不理想。一种情况是,载体图片嵌入水印后,失真明显,丧失了不可感知性;另一种情况是,嵌入水印后的载体图片具有不可感知性,但是经历一些处理或攻击后,水印无法被提取或者被识别,即丧失了鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足,提供一种嵌入比16分之一的图片水印嵌入及盲提取方法,提高水印嵌入容量,同时满足水印实现的两大要求,即嵌入痕迹的不可感知性和水印实现性能的鲁棒性。为了实现上述技术目的,本专利技术的技术方案为:所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,包括如下步骤:步骤1)将载体图片分成若干4*4的图像块,并形成对应的RGB矩阵;在RGB转Y的模块中,通过色彩空间转换公式(1),将RGB矩阵转换呈Y矩阵;Y=0.299R+0.587G+0.114B(1)步骤2)通过式(2)求出Y矩阵DCT变换域的直流分量DC,步骤3)根据式(2)结合式(3)通过同时裁剪离散余弦变换和离散余弦变换逆变换两个变换,并裁剪色彩空间转换,实现将水印信息直接嵌入在RGB通道上,如式(4)。所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法的进一步设计在于,所述步骤3)中水印信息的嵌入类型分为强水印嵌入与弱水印嵌入:水印信息的嵌入类型的选取方法为:首先构建纹理函数L,再对纹理函数L进行迭代求解,当纹理函数L的解大于等于设定的阈值Thr时采取强水印嵌入;当所述解小于Thr时,采取弱水印嵌入。所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法的进一步设计在于,步骤3)中根据式(8)构建纹理函数LL=max(Y)-min(Y)(5)对纹理函数L的求解包括如下步骤:步骤3-1)进行8次比较,选出8次比较中的8个大数形成大数组,选出8次比较中的8个小数形成小数组;步骤3-2)对大数组中的数进行4次比较,选出4个大数更新大数组;对小数组中的数进行4次比较,选出4个小数更新小数组;步骤3-3)对大数组中的数进行2次比较,选出2个大数更新大数组;对小数组中的数进行2次比较,选出2个小数更新小数组;步骤3-4)对大数组中的数进行1次比较,选出较大者作为max(Y);对小数组中的数进行1次比较,选出较小者min(Y);步骤3-5)将较大者与min(Y)代入式(6)进行计算。所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法的进一步设计在于,对于强嵌入类型,根据式(6)求取模值rmd1=mod(DC,20)(6)若rmd1∈[0,10),表示嵌入水印值为0,否则为1;通过最临近的移动方法将余数移动到以判断域的中点C为中心,左右变化2个单位的范围内,即[C-2,C+2];根据式(7a)求解水印嵌入值,根据式(7b)实现水印嵌入。R,G,B=R,G,B+delta(7b)式(7a)中的delta表示因嵌入水印而产生的像素点变化值,round()函数表示四舍五入函数。所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法的进一步设计在于,对于弱嵌入类型,根据式(8)求取模值rmd2=mod(DC,12)(8)若rmd2∈[0,6),表示嵌入水印值为0,否则为1;通过最临近的移动方法将余数移动到以判断域的中点C为中心,左右变化2个单位的范围内,即[C-2,C+2];根据式(9a)求解水印嵌入值,根据式(9b)实现水印嵌入。R,G,B=R,G,B+delta(9b)所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法的进一步设计在于,式(6)、式(8)的求模计算通过旋转迭代求模法实现,设定求解rmd=mod(DC,d),DC的绝对值最大值为DCm,求解不等式得到k≥km,km为整数;所述旋转迭代求模法具体包括如下步骤:Step1)设置余数rmd初始值等于DC;并初始化循环标记k=km;Step2)更新余数rmd,如果rmd>0,则rmd=rmd-2k×d;否则rmd=rmd+2k×d,d表示模数;并更新循环标记,k=k-1;Step3)循环Step2)共(km+1)次;Step4)如果rmd小于0,则rmd=d+rmd,求模结束。根据所述嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,提供一种对应的盲提取方法,其特征在于依据式(6)和式(8)对应得到的rmd1和rmd2提取水印,具体如下:对于强水印嵌入类型:根据式(10)判定模值rmd1对应的水印值W;对于弱水印嵌入类型:根据式(11)判定模值rmd2对应的水印值W;有益效果:本专利技术的方法创新性地提出直接在RGB通道上实现Y通道变换域直流分量层面的水印嵌入和盲提取技术,在强弱混合嵌入的情况下,载体图片的失真度表征量PSNR在45.425到49.892之间,而经历基于DCT的标准JPEG压缩后,水印点提取正确的概率在0.625到0.875之间。既满足嵌入痕迹的不可感知性,也满足水印信息提取的鲁棒性。本专利技术的方法是一个嵌入比为1/16时的可行的水印实现方案,成功地将水印信息的嵌入容量相对于传统的1/64嵌入比的方法,提高了4倍。本专利技术的水印嵌入和盲提取95%以上的计算可共用,故而软件实现和硬件实现时,嵌入器和检测器都可以设置一个模式选择,一个应用同时实现水印的嵌入和盲提取。附图说明图1是本专利技术图片水印的嵌入及提取方法的流程图。图2是强水印嵌入示意图。图3是弱水印嵌入示意图。图4是旋转迭代求模法应用示意图。图5是提出的水印技术硬件实现框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本实施例的基于RGB通道实现Y通道变换域直流分量的水印嵌入和盲提取技术,主要包括以下顺序工作的三个模块,分别是RGB通道转Y通道模块、直流分量计算和求模运算模块以及水印嵌入和提取模块。按照水印实现过程,可以分为水印的嵌入和盲提取,对应的分别为嵌入器和检测器。如图1,左边是水印嵌入流程,右边是水印提取流程。两个流程到提取出Y矩阵直流分量DC前的模块是一致的。只有水印的嵌入和提取不一样。下面陈述每个模块的功能。首先将载体图片分成若干4*4的图像块,即4*4RGB三个矩阵。在RGB转Y的模块中,利用公式(1)所示的色彩空间转换公式,得到4*4的Y矩阵。注意,这里不需要求解U、V矩阵。Y=0.299R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1)将载体图片分成若干4*4的图像块,并形成对应的RGB矩阵;在RGB转Y的模块中,通过色彩空间转换公式(1),将RGB矩阵转换呈Y矩阵;Y=0.299R+0.587G+0.114B                          (1)步骤2)通过式(2)求出Y矩阵DCT变换域的直流分量DC,

【技术特征摘要】
1.一种嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1)将载体图片分成若干4*4的图像块,并形成对应的RGB矩阵;在RGB转Y的模块中,通过色彩空间转换公式(1),将RGB矩阵转换呈Y矩阵;Y=0.299R+0.587G+0.114B(1)步骤2)通过式(2)求出Y矩阵DCT变换域的直流分量DC,步骤3)根据式(2)结合式(3)通过同时裁剪离散余弦变换和离散余弦变换逆变换两个变换,并裁剪色彩空间转换,实现将水印信息直接嵌入在RGB通道上,如式(4)。2.根据权利要求1所述的嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,其特征在于所述步骤3)中水印信息的嵌入类型分为强水印嵌入与弱水印嵌入:水印信息的嵌入类型的选取方法为:首先构建纹理函数L,再对纹理函数L进行迭代求解,当纹理函数L的解大于等于设定的阈值Thr时采取强水印嵌入;当所述解小于Thr时,采取弱水印嵌入。3.根据权利要求2所述的嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,其特征在于步骤3)中根据式(8)构建纹理函数LL=max(Y)-min(Y)(5)对纹理函数L的求解包括如下步骤:步骤3-1)进行8次比较,选出8次比较中的8个大数形成大数组,选出8次比较中的8个小数形成小数组;步骤3-2)对大数组中的数进行4次比较,选出4个大数更新大数组;对小数组中的数进行4次比较,选出4个小数更新小数组;步骤3-3)对大数组中的数进行2次比较,选出2个大数更新大数组;对小数组中的数进行2次比较,选出2个小数更新小数组;步骤3-4)对大数组中的数进行1次比较,选出较大者作为max(Y);对小数组中的数进行1次比较,选出较小者min(Y);步骤3-5)将较大者与min(Y)代入式(6)进行计算。4.根据权利要求2所述的嵌入比16分之一的图片水印的嵌入方法,其特征在于对于强嵌入类型,根据式(6)求取模值rmd1=mod(DC,20)(6)若rmd1∈[0,10),表示...

【专利技术属性】
技术研发人员:潘红兵罗元勇王宇宣孙华庆沈庆宏何书专李丽李伟沙金
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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