[发明专利]一种基于二维离散余弦变换的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余弦变换的数字图像盲水印方法。本发明在变换域中选取图像块经过二维离散余弦变换后的部分中频系数，并通过修改所选中频系数间的大小关系完成数字水印的嵌入与盲提取。该发明将数字图像水印嵌入到宿主图像中，不但具有较好的水印不可见性，而且具有较强的鲁棒性，适用于数字图像版权保护的场合。

主权项

1.一种基于二维离散余弦变换的数字图像盲水印方法，其特征在于水印的实现分为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：宿主图像及水印图像的预处理：将一幅大小为M×M的灰度宿主图像H分为大小为m×m的非重叠像素块；对一幅大小为N×N的灰度水印图像W进行基于私钥Ka_i的Arnold变换以提高水印的安全性，并将水印图像W中的每个十进制像素值转换为8位二进制序列，依次连接成长度为8N²的水印位序列SW；第二步：选择宿主图像的嵌入块：利用randperm函数生成的伪随机序列从宿主图像H中选择像素块A；第三步：根据公式(1)，对选取的像素块A进行二维离散余弦变换（DCT）得到变换矩阵dctA,并按照Z字形选取变换矩阵dctA的4对DCT中频系数(c_i1,c_i2)，其中i=1,2,3,4，分别表示第i对DCT中频系数；  （1）其中，dct2(.)为二维离散余弦变换函数；第四步：按照先后顺序从水印序列SW中依次选取4个水印位w_i；利用公式(2)、(3)，修改DCT中频系数对(c_i1,c_i2)之间的大小关系以嵌入水印位w_i，i=1,2,3,4；  （2）  （3）自定义函数signc(.)的确定规则如下：  （4）其中，sign(.)是取符号函数，avg=(abs(c_i1)+abs(c_i2))/2，T为量化步长；第五步：用修改后的DCT中频系数对(c_i1^*_,c_i2^*)替换原有的DCT中频系数对(c_i1,c_i2)得到含水印的变换矩阵dctA^*，其中i=1,2,3,4，分别表示第i对DCT中频系数；第六步：根据公式(5)，对变换矩阵dctA^* 进行逆二维离散余弦变换得到含水印的像素块，并将含水印像素块更新到宿主图像H中；  (5)其中，idct2(.)为逆二维离散余弦变换函数；第七步：重复执行上述第二步到第六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的宿主图像；其水印提取过程描述如下：第一步：含水印宿主图像的预处理：将含水印宿主图像分成大小为m×m的非重叠像素块；第二步：选择含水印宿主图像的提取块：利用randperm函数生成的伪随机序列，从含水印宿主图像中选择含水印的像素块；第三步：对选取的含水印像素块进行二维离散余弦变换得到变换矩阵dctA^*，并按照Z字形选取变换矩阵dctA^*中与嵌入过程相对应位置的4对DCT中频系数(c_i1^*_,c_i2^*)，其中i=1,2,3,4, 分别表示第i对DCT中频系数；第四步：根据DCT中频系数对(c_i1^*_,c_i2^*)之间的大小关系，利用公式（6）从含水印像素块中提取水印位；  (6)其中，abs(.)是求绝对值函数，i=1,2,3,4；第五步：重复执行第二步到第四步，得到提取的含水印图像的二进制水印序列，将水印序列中每8位二进制信息划为一组并转换成十进制的像素值，得到一个十进制数列；第六步：对该十进制数列进行基于私钥Ka_i的逆Arnold变换，获得最终提取的水印。