水印图像的嵌入和提取方法技术

本发明专利技术涉及一种适于解决水印算法中透明性与鲁棒性相矛盾问题的灰度水印图像的嵌入和提取方法，灰度水印图像的嵌入方法包括：对原始载体图像分块并进行DCT变换，利用模板将系数分低、中、高频三个数据块，组成新矩阵后进行SVD分解，计算分块能量比，确定适合嵌入的最佳分块位置；将灰度水印信息依据能量比自适应地嵌入到低频分块的奇异值中。灰度水印图像的提取方法包括：对原始载体图像与待检测含水印图像分割成相应个数的互不覆盖的图像块，对各图像块进行DCT变换、根据模板找出各图像块中的低频数据矩阵A并对各矩阵A进行奇异值分解并分离出奇异值中的信息，依据各图像块的能量比按自适应嵌入的原则，恢复出灰度水印图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理的
，具体是一种。
技术介绍
随着数字多媒体技术以及因特网技术的飞速发展，多媒体产品的安全问题成为目前一个相当重要而又富有挑战性的研究课题。数字水印技术是实现数字产品版权保护的一种潜在的有效方法，目前已成为信息安全领域的一个研究热点，也是信息隐藏研究领域的一种重要分支，数字水印正是在这样的背景下应运而生，并成为目前学术界研究的一个前沿热门方向。鉴于目前大多数商标或版权标志都是以灰度图像或彩色图像表示的，因此如何嵌入灰度水印图像的研究具有很重要的实用价值，也更有意义，更加符合实际需求。由于信息隐藏容量的限制，采用灰度图像作为图像水印进行嵌入不但嵌入难度高，而且难于实现盲提取，在提高嵌入水印的鲁棒性的同时，也降低了其不可感知性，所以这方面的研究还不是很多。透明性与稳健性是数字水印技术两个基本特性。一般嵌入含水印的图像若透明性比较好(即PSNR比较大)则稳健性比较差(检测的相关系数NC比较小)，它们是相互矛盾的，透明性与鲁棒性都与水印的嵌入位置和嵌入强度息息相关。本专利技术就是为解决这一技术难题，结合图像能量分析在合适的位置嵌入尽可能强的水印信息，即在同一嵌入强度下提高峰值信噪比的同时又要提高检测相关系数NC。根据数字水印的作用可以将数字水印分为鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱水印。(1)鲁棒水印的主要目的在于保护数字作品的版权，它要求嵌入后的水印能够经受各种常用的信号处理操作，包括无意的或恶意的处理，如有损压缩、滤波、平滑、裁减、几何变形等等。鲁棒水印在经过各种处理后，只要宿主图像没有被破坏到不可使用的程度。都应能够检测出来。因此该类水印的稳健性要求较高。(2)脆弱水印主要用于保护数字作品的完整性，鉴别数字作品的真伪。(3)半脆弱水印要求能够抵抗一定程度的有益的信号处理操作，如JPEG压缩等， 该水印比脆弱水印稍鲁棒些。
技术实现思路
本专利技术第一要解决的技术问题是提供一种灰度。本专利技术其次要解决的技术问题是解决水印算法中透明性与鲁棒性相矛盾问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供水印图像的嵌入方法，包括如下步骤(1)水印图像的预处理将水印图像进行混沌序列置乱，并将该水印图像变形成1 行η列的图像序列，即η个图像信息；(2)嵌入位置的选择将原始载体图像由矩阵为I (Μ，Ν)分割成相应个数的互不覆盖的8X8图像块(即长宽都为8个像素的矩形图像块)，对各8X8图像块进行DCT(离散余弦变换)变换，根据8X8模板(即长宽都为8个像素的矩形图像模板)取出各8X8图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成3X3的矩阵A和6X6 的矩阵B，对矩阵A、B进行奇异值分解并求其矩阵犯数，求解各8X8图像块的能量比g，能量比g =，,其中ss为所述矩阵B的首个奇异值，Sis为所述矩阵A的首个奇异值；找出与能量比为前η个最大值相对应的8X8图像块；(3)水印嵌入的数据选择水印信息即所述η个图像信息，依次一一对应地选择在按所述能量比g从大到小排列的η个8X8图像块的所述矩阵A的奇异值分解的首个值中自适应地嵌入，嵌入强度随图像块的能量比自动调节；(4)对嵌入水印信息的各8X8图像块进行DCT逆变换，得到含水印信息的图像。在进行上述步骤(3)的水印嵌入的数据选择时逐一对η个8X8图像的矩阵A进行奇异值分解的方法为A = USVt，式中U e Rmxm, Se RmxnjV e Rnxn，U和V都是正交矩阵，S 为对角阵；取出S对角矩阵首个奇异值并嵌入水印，嵌入公式S' ,(1,1) =Si(l,l)+KiXffi, i = 1…η;嵌入强度K随块能量比g自动调节，以实现所述自适应地嵌入，其公式为Ki = a+gi，i = l···!!!式中α为基本因子，其取值条件需保证嵌入含水印信息的图像峰值信噪比 (PSNR)大于36db ；m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数；将新奇异值代入A'= US' VT，求出含水印信息的低频数据A'，并将数据送回相应的8X8图像块中的对应位置。本专利技术的水印图像的提取方法，其特征在于包括如下步骤(a)对矩阵为I(M，N)的原始载体图像和矩阵为Γ (Μ,N)的待检含水印图像分别分割成相应个数的互不覆盖的8X8图像块，并对各8X8图像块进行DCT变换，根据8X8 模板从各8X8图像块中取出对应的低频与高频数据，并对原始载体图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分别构成3X3的矩阵A与6X6的矩阵B，对含水印图像的各8X8 图像块内的低频与高频数据分别构成矩阵3X3的矩阵A'与6X6的矩阵B'，对所述矩阵 Α、Α'分别进行奇异值分解A = USVT，A' = U' S' V' τ；(b)求解各8X8图像块中的水印信息变化值AWj = S'」(1，1)- (1，1)，j = L··· m, m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数；(c)从矩阵为I(M，N)原始载体图像中分割出的m个8X8图像块中，找出与能量比为前η个最大值相对应的8X8图像块，即找出η个8X8图像块；(d)所述的η个8X8图像块之一的能量比与所述m个的8X8图像块之一的能量比分别记为^⑴与8力)，i = 1…n，j = 1···πι;根据若^⑴=gm(j)，则图像灰度值广、AW(J)messageir)=-—-，得出n个图像信息，K为嵌入强度；Kj(e)将所述的η个图像信息按照各图像信息所在的8X8图像块的能量比从大到小依序排列，得出1行η列图像序列；将该图像序列变形成置乱的灰度水印图像；(f)依据混沌置乱算法的逆运算从上述置乱的灰度水印图像恢复出水印图像。进一步，在所述步骤(a)中从8X8模板设置的低频与高频区系数中取出1X9的数据A (9)、1 X 36的数据B (36)数组，将此数组变形成3 X 3的方阵A、A'，再对方阵A、A' 进行SVD分解运算，取出奇异值对角矩阵中的首个值。所述步骤(c)中对原始载体图像矩阵为I (M，N)、待检含水印图像为I' (M，N),分别分割成相应个数的互不覆盖的8X8图像块，并对每个块进行DCT变换，从8X8模板设置的低频与高频区系数中取出1X9的数据A(9)、1X36的数据B(36)数组，将此数组变形%成3 X 3的方阵A、6 X 6方阵B，再对方阵A、B进行SVD分解运算，确定能量比容=,找出%与能量比为前η个最大值相对应的8X8图像块。本专利技术具有积极的效果(1)本专利技术的自适应灰度水印图像的嵌入方法，利用混沌置乱去除原始水印与置乱水印的相关性，提高水印的安全性。通过对原始载体图像I分块作DCT变换与模板分块矩阵SVD分解、矩阵犯数，计算块能量比，找寻分块的最佳嵌入位置，提高水印的透明性。在嵌入过程中各分块嵌入强度随能量比自动调节，大大提高了水印的稳健性。鉴于大多数商标或版权信息都是以灰度图像或彩色图像表示，利用本专利技术向原始载体图像I中嵌入有意义的灰度水印信息，具有重要的实用价值，更加符合实际需求。 (2)本专利技术在8X8图像块的DCT域作奇异值分解并用其矩阵范数表示图像能量，利用分块图像能量分析寻找法，确定适合嵌入水印的分块，提高了水印的不可见性。( 本专利技术在嵌入过程中每个分块的嵌入强度随分块的能量比g自动调节，大大增强了水印的鲁棒性。(4) 本专利技术根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种水印图像的嵌入方法，其特征在于包括如下步骤：（１）水印图像的预处理：将水印图像进行混沌序列置乱，并将该水印图像变形成１行ｎ列的图像序列，即ｎ个图像信息；（２）嵌入位置的选择：将原始载体图像由矩阵为Ｉ（Ｍ，Ｎ）分割成相应个数的互不覆盖的８×８图像块，对各８×８图像块进行ＤＣＴ变换，根据８×８模板取出各８×８图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成３×３的矩阵Ａ和６×６的矩阵Ｂ，对矩阵Ａ、Ｂ进行奇异值分解并求其矩阵犯数，求解各８×８图像块的能量比ｇ，能量比其中：ｓ高为所述矩阵Ｂ的首个奇异值，ｓ低为所述矩阵Ａ的首个奇异值；找出与能量比为前ｎ个最大值所对应的８×８图像块；（３）水印嵌入的数据选择：水印信息即所述ｎ个图像信息，依次一一对应地选择在按所述能量比ｇ从大到小排列的ｎ个８×８图像块的所述矩阵Ａ的奇异值分解的首个值中自适应地嵌入，嵌入强度随图像块的能量比自动调节；（４）对嵌入水印信息的各８×８图像块进行ＤＣＴ逆变换，得到含水印信息的图像。

【技术特征摘要】
1.一种水印图像的嵌入方法，其特征在于包括如下步骤(1)水印图像的预处理将水印图像进行混沌序列置乱，并将该水印图像变形成1行η 列的图像序列，即η个图像信息；(2)嵌入位置的选择将原始载体图像由矩阵为I(Μ，N)分割成相应个数的互不覆盖的 8X8图像块，对各8X8图像块进行DCT变换，根据8X8模板取出各8X8图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成3X3的矩阵A和6X6的矩阵B，对矩%阵A、B进行奇异值分解并求其矩阵犯数，求解各8X8图像块的能量比g，能量比g = ,其中Ss为所述矩阵B的首个奇异值，sis为所述矩阵A的首个奇异值；找出与能量比为前η 个最大值所对应的8X8图像块；(3)水印嵌入的数据选择水印信息即所述η个图像信息，依次一一对应地选择在按所述能量比g从大到小排列的η个8X8图像块的所述矩阵A的奇异值分解的首个值中自适应地嵌入，嵌入强度随图像块的能量比自动调节；(4)对嵌入水印信息的各8X8图像块进行DCT逆变换，得到含水印信息的图像。2.根据权利要求1所述的水印图像的嵌入方法，其特征在于在进行上述步骤(3)的水印嵌入的数据选择时逐一对η个8X8图像的矩阵A进行奇异值分解的方法为Α = USVt，式中U e Rmxm，S e Rmxn, V e Rnxn，U和V都是正交矩阵，S为对角阵；取出S对角矩阵首个奇异值并嵌入水印，嵌入公式S' ,(1,1) =Si(l,l)+KiXffi, i = 1···η;嵌入强度K随块能量比g自动调节，以实现所述自适应地嵌入，其公式为Ki= a+gi, i = 1…m式中α为基本因子，其取值条件需保证嵌入含水印信息的图像峰值信噪比大于 36db ；m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数；将新奇异值代入A' =US' VT，求出含水印信息的低频数据A'，并将数据送回相应的 8X8图像块中的对应位置。3.一种水印图像的提取方法，其特征在于包括如下步骤(a)对矩阵为I(M，N)的原始载体图像和矩阵为Γ (Μ, N)的待检含水印图像分别分割成相应个数的互...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海峰，章怡，
申请(专利权)人：江苏技术师范学院，
类型：发明
国别省市：32