[发明专利]一种融合DCT和DHT的空域彩色数字图像盲水印方法

权利要求书

1.一种融合DCT和DHT的空域彩色数字图像盲水印方法，具体包含水印嵌入和水印提取两个过程，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H_i，并将各分层载体图像中的像素划分为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：对一幅大小为N×N的24位彩色水印图像W作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层水印图像，同时，为了提高水印的安全性，对每个分层水印图像进行基于密钥Ka_i的Arnold变换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；

第三步：按先后顺序依次从分层载体图像H_i中选择像素块A，根据公式(1)，在空域中直接计算像素块A在离散余弦变换(DCT)结果中的直流系数dc，此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为像素块的行、列的大小，f(x,y)为像素块A第x行第y列的像素值；

第四步：重复执行本过程的第三步，直到获得分层载体图像H_i中所有像素块的直流系数为止，然后，组合所有的直流系数得到大小为p×p的直流系数矩阵DC-map_i，并将其划分为m×m的非重叠直流系数块，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层，p＝M/m；

第五步：利用基于密钥Kb_i的MD5哈希伪随机选择算法从直流系数矩阵DC-map_i中随机选择直流系数块B，根据公式(2)，在空域中直接计算其在离散哈特利变换(DHT)结果中的直流分量dh，此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为直流系数块B的行、列的大小，g(x,y)为直流系数块B第x行第y列的值；

第六步：按照先后顺序从分层水印序列SW_i中选取待嵌入水印位w；利用公式(3)，对直流分量dh进行量化以嵌入水印信息w，得到新的直流分量dh^*；

其中，w为待嵌入水印位，α为量化系数，round(.)为四舍五入函数，T_i为第i层的量化步长，i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第七步：利用公式(4)，计算g^*(x,y)并用其替换原矩阵块中相应位置的直流系数g(x,y)，得到含水印的直流系数块B^*；

g^*(x，y)＝g(x，y)+(dh^*-dh)/(m×m) (4)

第八步：将含水印的直流系数块B^*更新到其在直流系数矩阵DC-map_i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五步到第八步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的直流系数矩阵DC-map_i^*，其中i＝1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；

第十步：按先后顺序依次从分层载体图像H_i中选择像素块A，并选取含水印的直流系数矩阵DC-map_i^*中相应的直流系数dc^*，依据公式(5)，用修改后的像素值f^*(x,y)替换原像素块A相应位置的像素值f(x,y)，得到含水印像素块A^*，并更新到其在分层载体图像H_i中的相应位置，得到含水印的分层载体图像H_i^*；最后，组合三层含水印的分层载体图像H_i^*得到含水印的彩色载体图像H^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

f^*(x，y)＝f(x，y)+(dc^*-dc)/m (5)

其水印提取过程描述如下：

第一步：通过降维处理将含水印载体图像H^*分成红、绿、蓝三个分层图像H_i^*；同时，将每个含水印分层图像H_i^*分成大小为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：按先后顺序依次从含水印分层图像H_i^*中选择含水印像素块A^*，根据公式(6)，在空域中直接计算含水印像素块A^*在离散余弦变换(DCT)结果中的直流系数dc^*，此处i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为含水印像素块A^*行、列的大小，f^*(x,y)为含水印像素块A^*第x行第y列的像素值；

第三步：重复执行本过程的第二步，直到获得含水印分层图像H_i^*中所有像素块的直流系数为止，然后，组合所有的直流系数dc^*得到大小为p×p的含水印直流系数矩阵DC-map_i^*，并将其划分为m×m的非重叠直流系数块，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层，p＝M/m；

第四步：利用基于密钥为Kb_i的MD5哈希伪随机选择算法从含水印的直流系数矩阵DC-map_i^*中选择含水印的直流系数块B^*；根据公式(7)，在空域中直接计算含水印的直流系数块B^*在离散哈特利变换(DHT)结果中的直流分量dh^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

其中，m为含水印的直流系数块B^*行、列的大小，g^*(x,y)为含水印的直流系数块B^*第x行第y列的值；

第五步：使用对应层的量化步长T_i，利用公式(8)提取水印位w^*；

其中，α为量化系数，round(.)为四舍五入函数，T_i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：重复执行本过程的第四步到第五步，得到提取的二进制水印序列SW_i^*，将二进制水印序列SW_i^*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，形成分层水印图像，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；

第七步：对分层水印图像进行基于密钥Ka_i的逆Arnold变换，获得各层的提取水印图像W_i^*；组合各层的提取水印图像W_i^*形成最终的提取水印图像W^*，其中i＝1,2,3分别表示红、绿、蓝三层。