[发明专利]一种基于子块均值的空域盲水印算法

说明书

本发明公开了一种基于子块均值的空域盲水印算法，根据子块均值对常规信号攻击方法具有稳健性的特点，直接通过修改子块空域像素灰度值，完成水印信息的嵌入。该算法综合了空域和变化域水印技术的优点，具有速度快、鲁棒性强的特点。其次，利用高斯核函数生成高斯权重矩阵，作为空域嵌入的量化标准，优化嵌入后的载体图像的视觉效果。最后，针对彩色水印图像，提出末位bit压缩技术，将水印嵌入容量扩大1倍，并冗余构造水印信息对提取水印进行检错和纠错，提高算法的鲁棒性。

技术领域

本发明属于计算机全息技术、信息安全、版权保护的技术领域，尤其涉及一种基于子块均值的空域盲水印算法。

背景技术

数字水印技术通过嵌入算法将特定的数字信息内嵌到多媒体内容中，当嵌入信息的载体发生版权纠纷时，可以从中提取这些信息用于版权保护。数字水印技术是一种基于内容的、非密码的计算机信息隐藏技术。水印的不可见性、鲁棒性、实时性是一个好的水印方案的三个重要要求。其中，水印不可见性要求将水印图像嵌入载体图像时，水印图像与原始载体图像在视觉上的差异非常小。水印方案的鲁棒性是指水印方案抵抗恶意攻击或信号处理的能力。高实时性是多媒体大数据快速版权保护的重要保证。

在过去的近20年里，二值图像或灰度图像作为版权保护得到了广泛的研究。相较于二值图像和灰度图像，彩色图像可以传递更多的信息，更加符合当前企业版权保护的需求。但由于彩色图像需要更多的嵌入容量，而以二值图像和灰度图像为版权保护标志的水印技术嵌入容量有限，难以满足高信息量彩色水印技术的需求。因此，如何将彩色图像作为数字水印是一个亟待解决的问题。

数字水印技术根据嵌入水印信息的嵌入域可以分为空域[Wassila B,Ali B,Lemnouar N.A Bayer pattern-based fragile watermarking scheme for color imagetamper detection and restoration[J].Multidimensional Systems and SignalProcessing,2018:1-20.]和变化域[Cedillo-Hernandez M,Garcia-Ugalde F,Nakano-Miyatake M,et al.Robust watermarking method in DFT domain for effectivemanagement of medical imaging[J].Signal,Image and Video Processing,2015,9(5):1163-1178.]两类。这两类方案都有各自优缺点，变化域水印算法一般具有较好鲁棒性和不可见性，但算法复杂度高，运行时间长。空域水印算法往往算法复杂度低，但其几乎不能抵抗任何信号攻击，算法鲁棒性较差。现有的鲁棒水印算法的研究主要基于变化域。例如，Cedillo-Hernandez等人提出离散傅立叶变化(DFT)域中有效管理医学图像的鲁棒水印算法，具有较强鲁棒性。但是该算法的嵌入过程需要8.89秒，而检测过程需要5.87秒，算法复杂度高，并不适用于大规模应用。文献[Sun Q,Wang L,Shao Y,et al.Watermarkingtechnique based on three-coefficient comparison in DCT domain[J].Journal ofSupercomputing,2016,72(7):2594-2608.]，利用三系数之间的八种组合关系将水印信息冗余嵌入子块离散余弦变换(DCT)的中频系数中，具有较强的鲁棒性。文献[齐向明,高婷.图像块的不可见性与鲁棒性均衡水印算法[J].中国图象图形学报,2017,22(06):719-730.]，在子块小波域中进行奇异值分解嵌入水印信息，并在提取水印时利用图像尺度特征变化(SIFT)特征点的坐标关系和尺度特征对水印图像进行几何校正，有效的提高了算法对几何攻击的鲁棒性，但同时也增加了算法的复杂度。文献[Xu H,Kang X,Wang Y,etal.Exploring robust and blind watermarking approach of colour images in DWT-DCT-SVD domain for copyright protection[J].International journal ofelectronic security and digital forensics,2018,10(1):79-96.],首先将载体图像的亮度分量(Y)分解为一级离散小波变换(DWT)系数，对低频段(LL)进行离散余弦变换(DCT)。然后提取每个块的若干个选定的低频和中频DCT系数，生成特征矩阵，并对特征矩阵进行奇异值分解(SVD)变换。最后通过修改特征矩阵的奇异值来嵌入水印信息，该方案在面对滤波和几何攻击时，鲁棒性较差。文献[Su Q,Su L,Wang G,et al.A novel colour imagewatermarking scheme based on Schur decomposition[J].International Journal ofEmbedded Systems,2020,12(1):31.]提出一种改进的基于Schur分解的彩色图像水印方案，该方案在面对滤波和JPEG压缩攻击时，鲁棒性不高并且算法运行时间长，不能满足当前版权保护应用对及时性的要求。当水印嵌入到变化域时，它的能量通过改变变化域的系数在载体图像中传播，失真较小。因此，变化域方法一般具有很强的鲁棒性，但耗时较长。