[发明专利]基于多级小波系数加权和量化的数字水印嵌入及提取方法

摘要

本发明提供一种基于多级小波系数加权和量化的数字水印嵌入及提取方法。所提方法通过掩体图像的MD5值和用户给定的密钥产生水印加密环节和嵌入环节的初始值和参数，用于驱动混沌映射生成2值伪随机矩阵来加密2值水印，并将混沌映射产生的中间参数应用到水印嵌入环节的系数选择中，从而将水印加密环节和嵌入环节与掩体图像和用户给定的密钥紧密耦合，提高了水印和水印嵌入的安全性。所提方法采用多级小波系数加权的嵌入策略，权重根据对JPEG压缩的小波系数绝对变化量的算术平均数进行设置，从而不同级的小波系数权重各不相同，减少了单个小波系数对水印的影响，进一步提高了图像视觉质量和嵌入水印的安全性。在水印提取时，通过滤除孤立黑点来提高水印提取质量，从而有效地减小水印的恢复误差。

主权项

基于多级小波系数加权和量化的数字水印嵌入方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：记掩体图像A＝(Pi,j)m×n对应的128位MD5值为Amd5，从Amd5的左边最高位开始依次将其转换为32个16进制数构成16进制序列，记为Sa＝＜a0,L ak,L,a31＞,ak∈{0,1,L,15}；第2步：由用户给定xinit∈(0,1)和μinit∈[3.57,4]作为式(1)中的初始值x和参数μ并驱动式(1)产生长度为32的伪随机序列Sb＝＜b0,…bk,…,b31＞,bk∈(0,1)，在迭代产生Sb时，为消除暂态效应，将迭代前num≥0次结果抛弃，从num+1起产生Sb，num由用户给定；x＝μx(1‑x)   (1)第3步：利用Sa和Sb计算用于对水印和嵌入位置进行保护的初始值x0和参数μ0；第4步：记2值水印图为D＝(di,j)mm×nn，将x0和μ0代入式(1)产生长度为mm×nn的伪随机序列Sc＝＜c0,…,ck,…,cmm×nn‑1＞,ck∈(0,1)，同样为消除暂态效应，将迭代前num≥0次结果抛弃；第5步：将伪随机序列Sc转化为2值矩阵E＝(ei,j)mm×nn，对D＝(di,j)mm×nn按式(7)得到异或加密后的水印图D′＝(d′i,j)mm×nn；di,j′=di,j⊕ei,j---(7)]]>第6步：对掩体图像A＝(Pi,j)m×n进行l级小波金字塔变换形成3l+1个子带，包括1个低频子带LLl和3l个高频子带HLk,LHk,HHk,k＝1,2,…,l，l的取值由用户给定且满足HLl和LHl频带所有系数的总个数≥mm×nn；第7步：利用x0和μ0产生水印嵌入环节的中间参数xk,μk,k＝1,2,L l；第8步：对第k级小波变换的HLk和LHk,k＝1,2,L,l频带所有系数，按行优先顺序扫描完HLk再扫描LHk，构成长度为lenk的小波系数序列，记为第9步：对第k级小波变换，将xk和μk代入式(1)产生长度为lenk的伪随机序列，记为同样为消除暂态效应，将迭代前num≥0次结果抛弃；第10步：对按大小进行排序，记元素下标索引对应的置换为将其用于对置换，选取置换后的前mm×nn个小波系数，记为表示选出的第k级小波系数的第ii个；第11步：利用JPEG压缩估算筛选出的每级小波系数对应的权重wk,k＝1,2,L,l；第12步：按式(14)计算小波系数加权均值weightii,ii＝0,1,L,mm×nn‑1；weightii=Σk=1lwkviik---(14)]]>第13步：通过修改小波系数加权均值weightii,ii＝0,1,L,mm×nn‑1，嵌入水印；第14步：将l级小波金字塔变换和嵌入水印后对应的矩阵记为A′＝(P′i,j)m×n，对A′＝(P′i,j)m×n其进行l级小波逆金字塔变换重构含水印图像A″＝(P″i,j)m×n。