[发明专利]基于多级DCT的DWT‑SVD鲁棒水印方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全的技术领域，特别涉及一种基于多级离散余弦变换(DCT)的离散小波变换和奇异值分解(DWT-SVD)鲁棒水印方法。

背景技术

数字水印技术因其在版权保护和内容认证等方面的重要应用价值，已成为信息隐藏技术的一个研究热点。数字水印技术通过将数字、序列号、文字、图像标志等信息嵌入到媒体中，在嵌入过程中对载体进行尽量小的修改，以达到最强的鲁棒性，当嵌入水印后的媒体受到攻击后仍然可以恢复水印或者检测出水印的存在。隐形水印随着信息安全需求的飞速发展，正在得到越来越多研究者的关注。

DWT(离散小波变换)域水印算法对有损压缩和高频滤波具有较好的抗攻击性，而且小波分解后的低频子带集中了图像的大部分能量，是鲁棒水印嵌入的合适位置。因此基于DWT的数字水印算法受到了广泛关注。为了克服小波变换不具有几何不变性的缺点，研究学者利用SVD(奇异值分解)抵抗几何攻击良好的特性，将其引入数字水印领域。

目前，图像水印的容量和鲁棒性之间的矛盾是数字水印研究中依然未能很好解决的问题。现有的大多数稳健水印算法只考虑了鲁棒性，而牺牲了水印容量，因此对该类算法的大规模实际推广造成不利影响。本方法利用多级DCT(离散余弦变换)的“能量集中特性”，从而获得更多数值较大的数据，为增加水印嵌入容量提供了保证，并结合DWT以及SVD在数字水印方面的优势，较好的解决了鲁棒性和水印容量之间的矛盾。

发明内容

本发明的目的就是针对现有稳健水印技术存在的问题，提出了一种基于多级DCT的DWT-SVD鲁棒水印方法。

本发明方法包括水印嵌入方法和水印提取方法。水印嵌入方法首先对原始图像进行离散小波变换(DWT)，之后将其低频子带分块并对每小块进行多级离散余弦变换(多级DCT)，然后将待嵌入水印进行混沌加密，最后选择每小块多级DCT系数组成新矩阵，并将加密后的水印嵌入到该新矩阵的奇异值矩阵中。水印提取方法是水印嵌入方法的逆过程，包括提取加密水印，并利用密钥对水印进行解密和恢复。

水印嵌入方法的具体步骤是：

步骤1：获取正方形的原始载体图像I(M,M)，M是图像的行和列，对获取的原始载体图像进行一级离散小波变换(DWT)，得到低频子带LL，其矩阵大小为将其低频子带LL划分为互不重叠的n×n个大小为m×m的子块，n是m的整数倍，最终得到每小块子矩阵。

步骤2：对待嵌入的水印W采用logistic映射混沌模型进行混沌加密得到加密后水印W₀，记映射初值为X₀，混沌系数μ∈(3.5699,4]，然后将加密后的水印按行排成一列，将初值X₀和μ当作密钥，缺少任何一个参数或者参数不正确，都无法解密。

步骤3：对每小块子矩阵进行一次离散余弦变换(DCT)，然后选择每小块变换系数矩阵的左上角矩阵再次进行离散余弦变换，然后选择每小块二级变换系数矩阵的左上角矩阵组成新矩阵B。

步骤4：对新矩阵B进行奇异值分解(SVD)：B＝U₁S₁V₁^T，得到矩阵U₁、V₁和S₁，将W₀矩阵添加到奇异值矩阵S₁上，并对S₁进行奇异值分解(SVD)：S₁+αW₀＝U₂S₂V₂^T,得到矩阵U₂、V₂和S₂,α为隐藏添加系数，由B^*＝U₁S₂V₁^T得到变换矩阵B^*。

步骤5：采用B＝B^*对矩阵B更新，然后将B中的系数还原到步骤3中每小块二级变换系数矩阵中，进行二级离散余弦逆变换，得到嵌入水印后的低频子带，再进行离散小波逆变换，得到嵌入水印的图像I^*，U₂、V₂和S₁保留当作密钥K，用于水印的提取。

水印提取方法的具体步骤是：

步骤a：对嵌入水印的图像I^*进行一级离散小波变换，将低频子带LL进行n×n分块，得到每小块子矩阵。