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一种基于Contourlet变换和Schur分解的彩色数字图像盲水印方法技术

技术编号:32578147 阅读:21 留言:0更新日期:2022-03-09 17:08
本发明专利技术利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点,公开了一种基于Contourlet变换和Schur分解的彩色数字图像盲水印方法。本发明专利技术根据Contourlet变换的多尺度性、多方向性、平移不变性和Schur分解复杂性低的特点,首先对宿主图像进行分层处理,并对分层图像进行Contourlet变换,然后,将选中的系数块进行Schur分解得到上三角矩阵,通过对上三角矩阵的第一个主对角元素进行量化来完成彩色数字水印的嵌入与盲提取。本发明专利技术属于网络空间安全技术领域,不但具有较好的水印隐蔽性,而且具有强鲁棒性、高安全性的特点,适用于快速、高效地进行彩色图像版权保护的场合。地进行彩色图像版权保护的场合。地进行彩色图像版权保护的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Contourlet变换和Schur分解的彩色数字图像盲水印方法


[0001]本专利技术属于网络空间安全
,涉及高不可见性、强鲁棒性、高安全性的彩色图像数字水印的版权保护。

技术介绍

[0002]随着5G网络的快速发展,网络技术的应用范围得到了扩展,随之而来,各类侵权行为也逐渐从线下转移到线上,且侵权方式层出不穷,严重影响了网络空间的健康发展,给数字多媒体的版权保护带来了更加严峻的挑战。因此,网络安全日待提高,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。
[0003]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,成为多媒体数据传播的主要载体,但彩色数字图像在网络上的广泛传输也使其受攻击的可能性大大增加,因此,彩色数字图像的版权保护问题也受到国内外学者的广泛关注。而频域数字水印算法所具有的较强鲁棒性特点恰好能提高彩色数字图像抵抗攻击的能力。因此,如何充分利用频域数字水印算法的设计高不可见性、强鲁棒性、高安全性的彩色图像数字水印算法成为现阶段的研究热点之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于Contourlet变换和Schur分解的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:首先,对一幅大小为N
×
N的彩色水印图像W作降维处理,得到红、绿、蓝三个分层水印图像;然后,对每个分层水印图像进行基于密钥Ka
i/>,Kb
i
,Kc
i
的Lorenz混沌映射得到置乱后的三个分层水印图像W
i
;将分层水印图像W
i
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SW
i
,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M
×
M的彩色宿主图像H作降维处理,得到红、绿、蓝三个分层宿主图像H
i
,对每一个分层宿主图像H
i
进行Contourlet变换,提取其低频系数矩阵B
i
;然后,将其低频系数矩阵B
i
划分成大小为m
×
m非重叠的系数块,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第三步:利用基于密钥Kd
i
的MD5哈希伪随机选块算法从每一层低频系数矩阵B
i
中选择大小为m
×
m的系数块csblock,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第四步:根据公式(1),对系数块csblock进行Schur分解,得到酉矩阵U和上三角矩阵V;[U,V]=schur(csblock)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中,上三角矩阵V的主对角非零元素λ
i
为系数块csblock的第i个特征值,i=1, 2,
ꢀ…
, r,r表示系数块csblock的秩,其主对角线上元素满足λ1>λ2>λ3>

>λ
r

第五步:按照先后顺序依次从分层水印位序列SW
i
中选取待嵌入水印位w;利用公式(2)对上三角矩阵V中的第一个主对角元素λ1进行量化以嵌入水印位w,得到含水印的第一个主对角元素λ
1*
;(2)其中,round(.)是四舍五入的取整函数,xor(.)是异或函数,mod(.)是取余函数,QT是选定的量化步长;第六步:用含水印的第一个主对角元素λ
1*
替换原上三角矩阵V中第一个主对角元素λ1,得到含水印的上三角矩阵V
*
;利用公式(3)进行逆Schur分解得到含水印低频系数块csblock
*
;csblock
*
=U
×
V
*
×
U
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)第七步:含水印低频系数块csblock
*
更新到其在分层低频系数矩阵B
i
中的相应位置,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第八步:重复执行本过程的第三步到第七步,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低频系数矩阵B
i*
;然后,对水印的分层低频系数矩阵B
i*
执行逆Contourlet变换,得到含水印的分层宿主图像H
i*
,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第九步:组合三层含水印的分层宿主图像H
i*
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:首先,通过降维处理将含水印图像H
*
分成红、绿、蓝三个含水印的分层图像H
i*
;同时,对每一个含水印的分层图像H
i*
进行Contourlet变换,提取其低频系数矩阵B
i*
;然后,将低频系数矩阵B
i*
划分成大小为m
×
m的非重叠系数块,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第二步:利用基于密钥Kd
i
的MD5哈希伪随机选块算法从含水印低频系数矩阵B
i*
中选择含水印系数块csblock
*
,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第三步:利用公式(4),对含水印系数块csblock
*
进行Schur分解,得到酉矩阵U和上三角矩阵V
*
;[U,V
*
]=schur(csblock
*
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中,上三角矩阵V
*
的主对角非零元素λ
i*
为系数块csblock
*
的第i个特征值,i=1, 2,
ꢀ…
, r,r表示系数块csblock
*
的秩,其主对角线上元素满足λ
1*
>λ
2*
>λ
3*
>

>λ
r*
;第四步:利用上三角矩阵V
*
中的第一个主对角元素λ
1*
,根据公式(5)从含水印系数块csblock
*
中提取水印位w
*

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中,fix(.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Contourlet变换和Schur分解的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:首先,对一幅大小为N
×
N的彩色水印图像W作降维处理,得到红、绿、蓝三个分层水印图像;然后,对每个分层水印图像进行基于密钥Ka
i
,Kb
i
,Kc
i
的Lorenz混沌映射得到置乱后的三个分层水印图像W
i
;将分层水印图像W
i
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SW
i
,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M
×
M的彩色宿主图像H作降维处理,得到红、绿、蓝三个分层宿主图像H
i
,对每一个分层宿主图像H
i
进行Contourlet变换,提取其低频系数矩阵B
i
;然后,将其低频系数矩阵B
i
划分成大小为m
×
m非重叠的系数块,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第三步:利用基于密钥Kd
i
的MD5哈希伪随机选块算法从每一层低频系数矩阵B
i
中选择大小为m
×
m的系数块csblock,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第四步:根据公式(1),对系数块csblock进行Schur分解,得到酉矩阵U和上三角矩阵V;[U,V]=schur(csblock)
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(1)其中,上三角矩阵V的主对角非零元素λ
i
为系数块csblock的第i个特征值,i=1, 2,
ꢀ…
, r,r表示系数块csblock的秩,其主对角线上元素满足λ1>λ2>λ3>

>λ
r
;第五步:按照先后顺序依次从分层水印位序列SW
i
中选取待嵌入水印位w;利用公式(2)对上三角矩阵V中的第一个主对角元素λ1进行量化以嵌入水印位w,得到含水印的第一个主对角元素λ
1*

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(2)其中,round(.)是四舍五入的取整函数,xor(.)是异或函数,mod(.)是取余函数,QT是选定的量化步长;第六步:用含水印的第一个主对角元素λ
1*
替换原上三角矩阵V中第一个主对角元素λ1,得到含水印的上三角矩阵V
*
;利用公式(3)进行逆Schur分解得到含水印低频系数块csblock
*
;csblock
*
=U
×
V
*
×
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T
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(3)第七步:含水印低频系数块csblock
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更新到其在分层低频系数矩阵B
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中的相应位置,其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层;第八步:重复执行本过程的第三步到第七步,直到所有的水印信...

【专利技术属性】
技术研发人员:苏庆堂胡方旭张雪婷陈思宇王环英
申请(专利权)人:鲁东大学
类型:发明
国别省市:

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