一种融合离散切比雪夫变换的空域彩色数字图像盲水印方法技术

本发明专利技术结合空域数字水印方法运行速度快和变换域数字水印方法鲁棒性强的优点，公开了一种融合离散切比雪夫变换（DTT）的空域彩色数字图像盲水印方法。该方法利用离散切比雪夫变换能量集中的特性，在空域中直接求得图像块经离散切比雪夫变换后的最大能量系数，并通过量化该系数来完成彩色图像数字水印的嵌入与盲提取。本发明专利技术将彩色图像数字水印嵌入到彩色载体图像中，在具有较好水印不可见性的基础上，还具有较强的水印算法鲁棒性和较高的执行效率，解决了大容量彩色图像数字水印算法运行速度慢、鲁棒性弱的难题，适用于快速、高效进行数字媒体版权保护的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种融合离散切比雪夫变换的空域彩色数字图像盲水印方法
本专利技术属于网络空间安全
，涉及彩色数字图像作为数字水印的版权保护。
技术介绍
随着现代信息技术的发展和5G网络的普及，各类侵权行为逐渐从线下向线上转移且侵权方式层出不穷，严重制约了互联网的健康发展，给数字多媒体的版权保护带来了更加严峻的挑战。因此，数字作品的版权保护迫在眉睫，亟需研究更加有效的数字水印方法以应对当前环境下的数字侵权行为。在日常生活中，彩色图像凭借其信息量更大和视觉效果更佳的优势，成为多媒体大数据传播的主要载体，彩色图像的版权保护问题受到了人们的高度重视。因此，如何充分利用空域水印方法和变换域水印方法各自的优点，设计一种不可见性好、鲁棒性强且实时性高的彩色图像数字水印方法成为当前数字水印技术的难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种融合离散切比雪夫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水印提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：第一步：对一幅大小为M×M的24位彩色载体图像H作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层载体图像Hi；然后，将各分层载体图像Hi划分成大小为m×m的非重叠图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：首先，对一幅大小为N×N的24位彩色水印图像W进行基于密钥Ka的Logistic混沌映射得到置乱水印图像WL；然后，将置乱水印图像WL分成红、绿、蓝三个分层置乱水印图像WiL；最后，将分层置乱水印图像WiL中的每个十进制像素值转换为8位二进制数，依次连接成长度为8N2的水印位序列SWiL，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：利用基于密钥Kb的MD5哈希伪随机选择算法从分层载体图像Hi中选择图像块dtblock，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第四步：利用公式（1），在空域中直接计算出图像块dtblock在经过离散切比雪夫变换（discreteTchebicheftransform）后的最大能量系数Emax；（1）其中，m为图像块dtblock的尺寸大小，f(x,y)为图像块dtblock第x行第y列的像素值；第五步：按照先后顺序依次从分层水印位序列SWiL中选取待嵌入水印位w；利用公式（2）、（3），分别求得最大能量系数Emax的上边界值Eupper和下边界值Elower；（2）（3）其中，mod(.)为取余函数，α为量化系数，Ti为第i层的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第六步：利用公式（4），从最大能量系数Emax的上下边界值Eupper和Elower中选取最佳边界值Emax*；（4）其中，abs(.)为绝对值函数，d1=Elower-Emax，d2=Eupper-Emax；第七步：利用公式（5），将最大能量系数的变化量change均匀地分布到图像块dtblock的所有像素上，得到修改后的像素值f(x,y)*，并用其替换原图像块相应位置处的像素值f(x,y)，即可得到含水印图像块dtblock*；（5）其中，change=Emax*-Emax，m为图像块dtblock的尺寸大小；第八步：将含水印图像块dtblock*更新到其在分层载体图像Hi中的相应位置，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第九步：重复执行本过程的第三步到第八步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的分层载体图像Hi*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第十步：组合三层含水印的分层载体图像Hi*得到含水印图像H*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；其水印提取过程描述如下：第一步：通过降维处理将含水印图像H*分成红、绿、蓝三个含水印分层图像Hi*；然后，将每个含水印分层图像Hi*划分成大小为m×m的非重叠图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第二步：利用基于密钥Kb的MD5哈希伪随机选择算法从含水印分层图像Hi*中选择含水印图像块dtblock*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第三步：利用公式（6），在空域中直接计算出含水印图像块dtblock*在经过离散切比雪夫变换（discreteTchebicheftransform）后的最大能量系数Emax*；（6）其中，m为含水印图像块dtblock*的尺寸大小，f(x,y)*为含水印图像块dtblock*第x行第y列的像素值；第四步：利用公式（7），在各层间选用不同的量化步长Ti从含水印图像块dtblock*中提取水印位w*；（7）其中，mod(.)为取余函数，round(.)为四舍五入取整函数，Ti为第i层的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第五步：重复执行本过程的第二步到第四步，直到提取出所有的二进制水印位为止，得到提取的二进制水印位序列SWiL*；然后，依次将提取的二进制水印位序列SWiL*中每8位二进制信息划分为一组并转换成十进制的像素值，形成提取的分层置乱水印图像WiL*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第六步：组合提取的分层置乱水印图像WiL*得到提取的置乱水印图像WL*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；第七步：对提取的置乱水印图像WL*进行基于密钥Ka的逆Logistic混沌映射，最终获得提取水印图像W*，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层。该方法利用离散切比雪夫变换最大能量系数的空域快速计算方法以及其系数变化量在空域像素中的分配规律，在空域中使用可变量化步长完成了彩色数字水印的嵌入与盲提取；该方法在具有较好的水印不可见性的同时，还具有较强的水印算法鲁棒性和较高的算法实时性。附图说明图1（a）、图1（b）是两幅原始彩色载体图像。图2（a）、图2（b）是两幅原始彩色水印图像。图3（a）、图3（b）是将图2（a）所示的水印依次嵌入到载体图像图1（a）、图1（b）后所得到的含水印图像，其结构相似度SSIM值依次是0.9736、0.9698，其峰值信噪比PSNR值依次是40.8598dB、40.8805dB。图4（a）、图4（b）是依次从图3（a）、图3（b）中提取的水印，其归一化互相关系数NC值分别是1.0000、1.0000。图5（a）、图5（b）、图5（c）、图5（d）、图5（e）、图5（f）是将图3（a）所示的含水印图像依次进行JPEG压缩（70）、JPEG2000压缩（5:1）、椒盐噪声（0.2%）、中值滤波（3×3）、缩放（4:1）、剪切（12.5%）等攻击后所提取的水印，其归一化互相关系数NC值分别是1.0000、0.9995、0.9876、0.9732、1.0000、0.9529。图6（a）、图6（b）是将图2（b）所示的水印依次嵌入到载体图像图1（a）、图1（b）后所得到的含水印图像，其结构相似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合离散切比雪夫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水印提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：/n第一步：对一幅大小为

【技术特征摘要】
1.一种融合离散切比雪夫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水印提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：
第一步：对一幅大小为M×M的24位彩色载体图像H作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层载体图像Hi；然后，将各分层载体图像Hi划分成大小为m×m的非重叠图像块，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；
第二步：首先，对一幅大小为N×N的24位彩色水印图像W进行基于密钥Ka的Logistic混沌映射得到置乱水印图像WL；然后，将置乱水印图像WL分成红、绿、蓝三个分层置乱水印图像WiL；最后，将分层置乱水印图像WiL中的每个十进制像素值转换为8位二进制数，依次连接成长度为8N2的水印位序列SWiL，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；
第三步：利用基于密钥Kb的MD5哈希伪随机选择算法从分层载体图像Hi中选择图像块dtblock，其中i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；
第四步：利用公式（1），在空域中直接计算出图像块dtblock在经过离散切比雪夫变换（discreteTchebicheftransform）后的最大能量系数Emax；

（1）
其中，m为图像块dtblock的尺寸大小，f(x,y)为图像块dtblock第x行第y列的像素值；
第五步：按照先后顺序依次从分层水印位序列SWiL中选取待嵌入水印位w；利用公式（2）、（3），分别求得最大能量系数Emax的上边界值Eupper和下边界值Elower；

（2）

（3）
其中，mod(.)为取余函数，α为量化系数，Ti为第i层的量化步长，i=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；
第六步：利用公式（4），从最大能量系数Emax的上下边界值Eupper和Elower中选取最佳边界值Emax*；

（4）
其中，abs(.)为绝对值函数，d1=Elower-Emax，d2=Eupper-Emax；
第七步：利用公式（5），将最大能量系数的变化量change均匀地分布到图像块dtblock的所有像素上，得到修改后的像素值f(x,y)*，并用其替换原图像块相应位置处的像素值f(x,y)，即可得到含水印图像块dtblock*；

（5）
其中，change=Ema...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆堂，张雪婷，王环英，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37