[发明专利]一种基于量子离散余弦变换的量子水印认证方法

摘要

本发明属于量子保密通信领域，公开了一种基于量子离散余弦变换的量子水印认证方法，旨在实现对彩色图像版权的有效保护。本发明包括：步骤一，将量子水印嵌入量子载体图像：对量子载体彩色图像施加QDCT，将水印图像嵌入经过QDCT的量子载体彩色图像，施加逆QDCT，得到带水印的量子彩色图像|ΟW>；步骤二，进行量子水印认证：对带水印的量子彩色图像|ΟW>施加QDCT操作，去除量子水印，施加逆QDCT，得到原始量子彩色图像。与基于经典离散余弦变换的水印技术相比，本发明基于QDCT的水印策略，具有更高效、运算复杂度更低等特点。与目前灰度图像的量子水印策略相比，本发明实现了彩色图像的量子水印策略，更能满足实际的需求。

主权项

1.一种基于量子离散余弦变换的量子水印认证方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，将量子水印嵌入量子载体图像，具体方法如下：（1）对量子载体彩色图像施加QDCT；首先将载体彩色图像的信息用量子态表示；假设载体图像和水印图像均为n×n的彩色图像；提取载体图像每个像素的红、绿和蓝三个颜色通道，即R、G和B通道的灰度值，然后将这三个灰度值分别除以255，得到颜色量子比特，表示如下：|r_j>_r＝(cosθ_j|0>+sinθ_j|1>)_r|g_j>_g＝(cosω_j|0>+sinω_j|1>)_g式中，|r_j>_r、|g_j>_g和|b_j>_b分别代表R、G和B三个通道灰度值的颜色量子比特；θ_j,ω_j,j＝0,1,...,2²ⁿ-1，分别由R、G和B通道的灰度值除以255得到；载体彩色图像的量子态表示为：|O>=12nΣj=022n-1|rj>r|gj>g|bj>b⊗|j>]]>式中，|Ο>为载体彩色图像的量子态表示；表示张量积；|j>是位置量子比特矢量；对于二维图像，位置量子比特矢量|j>的信息包括两个部分：图像的垂直坐标和水平坐标；对于2n个量子比特所制备的量子图像中，位置量子比特矢量表示为：|j>＝|y>|x>＝|y_n-1y_n-2...y₀>|x_n-1x_n-2...x₀>,x_j,y_j∈{0,1}式中，对于j＝0,1,...,2²ⁿ-1，y_n-1y_n-2...y₀代表垂直坐标轴的位置，x_n-1x_n-2...x₀代表水平坐标轴的位置；其次，对量子载体彩色图像进行QDCT操作，即：QDCT(|O>)=QDCT(12nΣi=022n-1|ri>r|gi>g|bi>b⊗|i>)]]>=12nΣi=022n-1QDCT(|ri>r|gi>g|bi>b)⊗|i>]]>QDCT仅仅作用在量子载体彩色图像|Ο>的颜色量子比特上，是一个三量子比特的幺正算子；（2）将水印图像嵌入经过QDCT的量子载体彩色图像；首先提取水印图像每个像素的R、G和B三个通道的灰度值，分别除以255，得到ψ_j，υ_j，τ_j，即将水印图像的颜色信息转换成量子旋转操作，表示为：U=cosψjsinψj-sinψjcosψj]]>V=cosυjsinυj-sinυjcosυj]]>W=cosτjsinτj-sinτjcosτj]]>式中，U、V、W分别表示水印图像每个像素的R、G和B三个通道的灰度信息的量子旋转操作；ψ_j、υ_j、τ_j分别为水印图像每个像素的R、G和B三个通道的灰度值分别除以255得到的结果；然后，将水印图像嵌入经过QDCT的量子载体彩色图像，即：U⊗V⊗WQDCT(|O>)]]>（3）施加逆QDCT，得到带水印的量子彩色图像|Ο_W>，即：|OW>=inQDCT{U⊗V⊗WQDCT(|O>)}]]>式中，|Ο_W>表示带水印的量子彩色图像；inQDCT表示逆QDCT；步骤二，进行量子水印认证，具体方法如下：（1）对带水印的量子彩色图像|Ο_W>施加QDCT操作，得到即：QDCT|OW>=QDCT{inQDCT{U⊗V⊗WQDCT(|O>)}}]]>=U⊗V⊗WQDCT(|O>)]]>（2）去除量子水印，操作如下：U+⊗V+⊗W+{U⊗V⊗WQDCT(|O>)}]]>=QDCT(|O>)]]>式中，U⁺，V⁺，W⁺分别代表U，V，W的转置共轭；（3）施加逆QDCT，得到原始量子彩色图像，即：|Ο>＝inQDCT{QDCT(|Ο>)}。