[发明专利]一种基于可变步长的DCT域彩色数字图像盲水印方法

说明书

本发明利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种基于可变步长及二维离散余弦变换（2D‑DCT）的彩色数字图像盲水印方法。本发明在变换域中选取图像块经过二维离散余弦变换后的部分DCT系数，并以不同的量化步长对不同位置的DCT系数进行量化，完成数字水印的嵌入与盲提取。该发明将彩色数字图像水印嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较高的水印不可见性，而且具有较强的鲁棒性，适用于数字图像版权保护的场合。

技术领域

本发明属于网络空间安全技术领域，涉及彩色数字图像作为数字水印的版权保护。

背景技术

随着互联网技术的日益普及，多媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度，我们可以方便地通过互联网发布自己的作品、获取所需信息，但随之也产生了一系列严重问题，如盗版、侵权、篡改等。因此，如何既能充分利用因特网的便利又能有效的进行版权保护，引起人们的广泛关注。数字水印技术作为一种有效的数字产品版权保护和数据安全维护技术由此产生，从而解决了版权保护的难题。良好的数字水印技术要求嵌入的水印既要具有较高的不可见性，还要具有较强的鲁棒性。因此，如何设计一种高不可见性、强鲁棒性的数字水印算法成为目前研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可变步长及二维离散余弦变换DCT的彩色数字图像盲水印方法，包含具体的量化步长选取、水印嵌入和水印提取三个过程；

其量化步长选取过程描述如下:

第一步：将选取的每一个标准宿主图像分为m×m的非重叠像素块，并对各像素块进行DCT变换；

第二步：选取像素块的前4个DCT系数，即直流系数以及前3个交流系数，进行回归分析，获得各系数之间的大小关系；根据4个DCT系数之间的关系，得到4个不同的量化步长T_j，其中j＝1,2,3,4；

其水印嵌入过程描述如下：

第一步：通过降维处理将一幅大小为M×M的彩色宿主图像H分成红、绿、蓝三个分层宿主图像H_i，并把每一个分层宿主图像H_i分为m×m的非重叠像素块；其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第二步：将一幅大小为N×N的彩色水印图像W分成红、绿、蓝三个分层水印图像W_i，并进行基于密钥Ka_i的Arnold变换以提高水印的安全性；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；

第三步：利用基于密钥为Kb_i的MD5哈希伪随机选择算法从分层宿主图像H_i中选择像素块A，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第四步：根据公式(1)，对选取的像素块A进行二维离散余弦变换得到变换矩阵dctA,并按照Z字形选取变换矩阵dctA的前4个DCT系数c_j，其中j＝1,2,3,4；

dctA＝dct2(A)           (1)

其中，dct2(.)为二维离散余弦变换函数；

第五步：按照先后顺序从水印序列SW_i中依次选取4个水印位w_j；利用公式(2)、(3)，对4个DCT系数c_j分别使用对应的量化步长T_j进行量化，以得到各DCT系数的上边界值Chigh_j和下边界值Clow_j；