[發明專利]一種基于奇異值分解的灰度圖像水印嵌入和提取方法

無效

• 申請號: 201310064649.5
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103106636A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 王巍;劉爽;云健;王存睿;王成喜;劉勇奎
• 申請（專利權）人: 大連民族學院
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨;李洪福

技術領域

本發明涉及一種水印嵌入和提取方法，尤其涉及一種基于奇異值分解的灰度圖像水印嵌入和提取方法。涉及專利分類號G06計算；推算；計數G06T一般的圖像數據處理或產生G06T1/00通用圖像數據處理。

背景技術

數字水印技術就是將數字、序列號、文字、圖像標志等版權信息嵌入到多媒體數據中的一種技術，通過提取這些隱藏在多媒體數據中的信息，加以判斷和處理，可以實現跟蹤多媒體數據的發布與使用的目的，確認內容創建者信息或者判斷數據是否被篡改。隨著互聯網技術的發展，網絡上出現海量數字圖像，為了保護圖像版權和內容安全，人們利用數字水印技術將版權信息隱藏到圖像中已達到保護數字圖像版權的目的。然而現有技術中，人們提出的多數圖像的水印算法都是將二值圖像水印或隨機生成的數值序列作為水印隱藏到宿主圖像中，數字水印信息容量少，而且水印信息一旦遭到破壞，根據殘存信息，也很難判斷版權信息。

由于灰度圖像較二值圖像水印而言，可以代表更多而且更生動和直觀的版權信息，但是目前針對灰度圖像水印處理的方法比較少。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研制的一種基于奇異值分解的灰度圖像水印嵌入方法，包括如下步驟：

選擇一幅灰度圖像做為原始水印圖像，記為W_Gray，將該圖像進行奇異值分解，得到三個矩陣分量：[U_GrayS_GrayV_Gray]＝svd(W_Gray)；

對奇異值矩陣S_Gray中的對角矩陣的奇異值進行編碼存儲，得到水印信號；

在空域中對宿主圖像進行分塊，選擇掩蔽效應高的若干圖像分塊作為水印的嵌入分塊；

對選定的多個分塊進行奇異值分解，應用量化方法將所述水印信號嵌入所述圖像分塊中；

對每一嵌入水印信號的圖像分塊進行奇異值分解的逆變換，得到嵌入水印后的圖像。

對奇異值矩陣S_Gray中的對角矩陣的奇異值進行編碼存儲過程具體如下：

按奇異值大小降序將各奇異值降序排列；

將各個奇異值四舍五入取整，依次提取每個奇異值的最高位、次高位，直至個位數，將各位的十進制數字轉換為相應的二進制數字存儲。

若奇異值矩陣中最大奇異值的二進制編碼超過16位，將其超出16位的編碼與最小奇異值的二進制編碼結合，占用最小奇異值的高位編碼，用“1111”進行隔離。

對宿主圖像進行分塊和選擇掩蔽效應高的分塊的具體方法如下：

將宿主圖像在空域中劃分為8x8像素的圖像分塊B；

計算所有圖像分塊的方差Variance。

對每一圖像分塊B進行奇異值分解變換，利用公式：

[U?S?V]＝svd(B),E＝S(1,1)/S(2,2)

計算對應分量矩陣S中最大兩個奇異值的比值E；式中B代表圖像分塊矩陣，svd代表奇異值分解操作，S(1,1)和S(2,2)代表的是對角矩陣S中兩個最大的奇異值；

將全部圖像分塊計算得到的E最大值記為E_max，將每個圖像分塊E進行歸一化記為A2＝E/E_max；

計算每個圖像分塊的方差，記錄最大方差標記為V_max，將每個圖像分塊方差值進行歸一化記為A1＝Variance/V_max；

定義表示每一個圖像分塊的活動因子A＝α1×A1+α2×A2，

其中α1和α2是A1和A2的權值，α1+α2＝1；

選擇活動因子A數值大的若干個圖像分塊作為水印插入位置。

選定的多個分塊進行奇異值分解，應用量化方法將所述水印信號嵌入所述圖像分塊具體方法為：

按活動因子A值的高低順序選擇每一8x8的圖像分塊，記錄對應的分塊號作為密鑰，對選定的每一個圖像分塊進行奇異值分解轉換：

選擇每一個圖像分塊分解后的S矩陣分量中的最大奇異值S（1，1），根據公式：

L＝fix(S(1,1)/Q)

if??w＝1??S(1,1)＝L×Q

else??w＝0??S(1,1)＝L×Q+Q/2

其中L代表S(1,1)/Q結果的整數分布，w代表水印信息，Q代表量化階距。

所述對原始灰度水印圖像做奇異值分解得到U_Gray和V_Gray，作為密鑰。

一種基于奇異值分解的灰度圖像水印提取方法，具有如下步驟：

對含有如權利要求5所述灰度水印的圖像進行圖像的分塊，劃分成8x8的圖像分塊；

對每一個圖像分塊進行奇異值分解轉換，得到每一個圖像分塊的S^*(1,1)；