[发明专利]一种基于二维离散正弦变换的彩色数字图像盲水印方法

摘要

本发明利用频域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种基于二维离散正弦变换的彩色数字图像盲水印方法。本发明根据二维离散正弦变换的独有特性，在变换域中获得图像块的二维离散正弦变换中的最大能量系数，并利用该能量系数完成数字水印的嵌入与盲提取。该发明能将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较好的水印不可见性，而且具有较强的鲁棒性，解决了大容量彩色图像数字水印鲁棒性弱的难题，适用于彩色数字图像版权保护的场合。

主权项

1.一种基于二维离散正弦变换的彩色数字图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和水印提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：第一步：彩色宿主图像及水印图像的预处理：首先，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Hi，同时把每一个分层宿主图像Hi分为大小为m×m的非重叠像素块；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Wi；为了提高水印的安全性，将分层水印图像Wi进行基于密钥Kai的Arnold变换，并将分层水印图像Wi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的分层水印位序列SWi，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第二步：选择宿主图像的嵌入块：利用基于密钥Kbi的伪随机序列从分层宿主图像Hi中选择像素块A，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第三步：根据公式（1），对选取的像素块A进行二维离散正弦变换得到变换矩阵dstc；                                           (1)其中，B是二维离散正弦变换的变换基矩阵，是B的转置矩阵；第四步：取出变换矩阵dstc中具有最大能量的直流系数dstc(1,1)，其中dstc(1,1)表示变换矩阵dstc中第1行第1列的元素；第五步：按照先后顺序从分层水印序列SWi中取出一个待嵌入的水印信息w；依据公式(2)，嵌入水印信息w得到新的直流系数dstc(1,1)*；   (2)其中，mod(.)是取余函数，T是量化步长；第六步：用新的直流系数dstc(1,1)^* 替换原有的直流系数dstc(1,1)得到含水印的变换矩阵dstc^*；根据公式（3），对变换矩阵dstc^* 进行逆二维离散正弦变换得到含水印的像素块；                                          (3)其中，B是二维离散正弦变换的变换基矩阵，是B的转置矩阵；第七步：将已得到的含水印像素块更新到其在分层宿主图像H_i中相对应的位置，并得到含水印的分层宿主图像，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第八步：重复执行上述第二步到第七步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止；最后，组合含水印的分层宿主图像得到含水印宿主图像，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；其水印提取过程描述如下：第一步：将含水印宿主图像分成红、绿、蓝三个分层图像；同时，将每一个含水印分层图像分成大小为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：利用基于密钥Kb_i的伪随机置乱算法，在含水印分层图像中选择含水印的像素块；第三步：根据公式（4），对选取的含水印像素块进行二维离散正弦变换得到变换矩阵dstc^*；                           (4)其中，B是二维离散正弦变换的变换基矩阵，是B的转置矩阵；第四步：取出变换矩阵dstc* 中具有最大能量的直流系数dstc(1,1)*，其中dstc(1,1)* 表示变换矩阵dstc* 中第1行第1列的元素；第五步：利用公式（5），从像素块中得到提取水印位；         (5)其中，mod(.)是求余函数，T为量化步长；第六步：重复执行第二步到第五步，得到每一层的二进制提取水印序列；将中每8位二进制信息划为一组并转换成十进制的像素值，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层；第七步：对各层十进制像素值分别进行基于密钥Ka_i的逆Arnold变换，获得各层的提取水印；同时，组合各层的提取水印形成最终的提取水印，其中i=1,2,3,分别表示红、绿、蓝三层。