[发明专利]一种融合哈尔变换的空域彩色图像盲水印方法

摘要

本发明结合空域数字水印算法隐蔽性好、频域数字水印算法鲁棒性强的优点，公开了一种融合哈尔变换的空域彩色图像盲水印方法。本发明根据哈尔变换在空频域间具有相关性的特点，在空域中直接求得图像块经哈尔变换后矩阵中的最大能量系数，并通过量化最大能量系数来完成数字水印的嵌入与盲提取。本发明能将彩色图像数字水印嵌入到彩色宿主图像中，不但具有较强鲁棒性、较好水印隐蔽性和较高安全性的特点，而且具有较快执行效率和较高嵌入量的特点，适用于高隐蔽性的大容量彩色数字图像快速版权保护的场合。

主权项

1.一种融合哈尔变换的空域彩色图像盲水印方法，包含彩色图像数字水印的嵌入过程和提取过程，其水印嵌入的具体过程描述如下：Step 1：彩色宿主图像的预处理：将大小为M×M的24位彩色宿主图像H作分层处理，得到红、绿、蓝三个分层宿主图像H_p，并将各层中的像素划分为2×2的非重叠图像块，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 2：彩色水印图像的预处理：对大小为N×N的24位彩色水印图像W作分层处理，得到红、绿、蓝三个分层水印图像，随之对每层水印图像进行基于私钥K_p的仿射变换得到置乱后的分层水印图像W_p，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；然后，将各分层水印图像W_p中的每个十进制像素值转换为一个8位的二进制序列，并依次拼接为水印字符串wt_p，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 3：选择水印嵌入块：利用选块矩阵S从分层宿主图像H_p中选择水印嵌入块haarblock，其中，选块矩阵S由MATLAB内置函数randperm伪随机生成，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 4：求得水印嵌入块的最大能量系数：根据哈尔变换原理，利用公式（1），在空域中直接计算出水印嵌入块haarblock经哈尔变换后矩阵HR的第一行第一列元素HR(1,1)，HR(1,1)即为该图像块的最大能量系数E_max；             （1）其中，haarblock(i, j)为水印嵌入块haarblock第i行第j列的像素值；Step 5：计算最大能量系数的上下边界：按照先后顺序从水印字符串wt_p中选取水印位w，利用公式（2）、（3），分别求得最大能量系数E_max的上边界E_upper、下边界E_lower；   （2）        （3）其中，E_max是在空域中计算得到的水印嵌入块haarblock的最大能量系数，mod(.)是求余函数，T_p是第p个颜色通道中的量化步长，为量化系数，0<<0.5，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 6：计算最优边界值：利用公式（4）求得最大能量系数E_max的最优边界值E_max^*；    （4）其中，E_upper、E_lower分别为最大能量系数的上、下边界值，abs(.)是取绝对值函数；Step 7：求得含水印图像块：根据公式（5），将最大能量系数的变化量分配到图像块的每一个像素中，得到含水印图像块haarblock^*；                 （5）其中，最大能量系数的变化量，haarblock(i, j)为水印嵌入块haarblock第i行第j列的像素值，；Step 8：获得含水印宿主图像：重复执行本过程的Step 3‑Step 7，直到所有的水印位都被嵌入为止；最后重组三层含水印的分层宿主图像H_p^*得到含水印彩色宿主图像H^*；其水印提取的具体过程描述如下：Step 1：彩色含水印宿主图像的预处理：将含水印彩色宿主图像H^*的大小调整为M×M并作分层处理，得到红、绿、蓝三层含水印的分层宿主图像H_p^*，并将各分层宿主图像中的像素划分为2×2的非重叠图像块，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 2：选取含水印图像块：利用选块矩阵S从分层宿主图像H_p^*中选择含水印图像块haarblock^*，其中，选块矩阵S由MATLAB内置函数randperm伪随机生成，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 3：求得含水印图像块的最大能量系数：根据哈尔变换原理，利用公式（6），在空域中直接计算出含水印图像块haarblock^*经哈尔变换后矩阵HR的第一行第一列元素HR^*(1,1)，HR^*(1,1)即为图像块haarblock^*的最大能量系数E_max^*；            （6）其中，haarblock^*(i, j)为含水印图像块haarblock^*第i行第j列的像素值，；Step 4：提取水印位：利用公式（7）提取含水印图像块haarblock^*中含有的水印位w^*；            （7）其中，mod(.)是求余函数，T_p是第p个颜色通道中的量化步长，E_max^*是在空域中计算得到的含水印图像块haarblock^*的最大能量系数，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 5：提取所有的水印位：重复执行本过程的Step 2‑Step 4，直到提取所有的水印位w^*，依次连接得到含水印字符串wt_p^*，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 7：获得各分层水印图像：依次取wt_p^*的8位组成二进制序列并转换成十进制的像素值，重复该操作，直到所有的序列都被转换为十进制的像素值；然后重新排列这些像素值，得到3个N×N的分层水印图像W_p^*，p=1,2,3分别表示红、绿、蓝三层；Step 8：解密得到提取的水印图像：将每层分层水印图像W_p^*进行基于私钥K_p的逆仿射变换，并重组得到最终提取的彩色水印图像W^*。