[發(fā)明專利]一種融合DCT和DHT的空域彩色數(shù)字圖像盲水印方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010004768.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN111199508B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇慶堂;袁子涵;劉得成;張雪婷;戴振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 魯東大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T1/00
• 分類號(hào): G06T1/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種融合DCT和DHT的空域彩色數(shù)字圖像盲水印方法，具體包含水印嵌入和水印提取兩個(gè)過程，其水印嵌入過程描述如下：

第一步：對(duì)一幅大小為M×M的24位彩色載體圖像H作降維處理，得到紅、綠、藍(lán)三個(gè)分層載體圖像H_i，并將各分層載體圖像中的像素劃分為m×m的非重疊像素塊，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第二步：對(duì)一幅大小為N×N的24位彩色水印圖像W作降維處理，得到紅、綠、藍(lán)三個(gè)分層水印圖像，同時(shí)，為了提高水印的安全性，對(duì)每個(gè)分層水印圖像進(jìn)行基于密鑰Ka_i的Arnold變換得到置亂后的三個(gè)分層水印圖像W_i；將分層水印圖像W_i中的每個(gè)十進(jìn)制像素值轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)，依次連接成長(zhǎng)度為8N²的水印位序列SW_i，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第三步：按先后順序依次從分層載體圖像H_i中選擇像素塊A，根據(jù)公式(1)，在空域中直接計(jì)算像素塊A在離散余弦變換(DCT)結(jié)果中的直流系數(shù)dc，此處i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

其中，m為像素塊的行、列的大小，f(x,y)為像素塊A第x行第y列的像素值；

第四步：重復(fù)執(zhí)行本過程的第三步，直到獲得分層載體圖像H_i中所有像素塊的直流系數(shù)為止，然后，組合所有的直流系數(shù)得到大小為p×p的直流系數(shù)矩陣DC-map_i，并將其劃分為m×m的非重疊直流系數(shù)塊，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層，p＝M/m；

第五步：利用基于密鑰Kb_i的MD5哈希偽隨機(jī)選擇算法從直流系數(shù)矩陣DC-map_i中隨機(jī)選擇直流系數(shù)塊B，根據(jù)公式(2)，在空域中直接計(jì)算其在離散哈特利變換(DHT)結(jié)果中的直流分量dh，此處i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

其中，m為直流系數(shù)塊B的行、列的大小，g(x,y)為直流系數(shù)塊B第x行第y列的值；

第六步：按照先后順序從分層水印序列SW_i中選取待嵌入水印位w；利用公式(3)，對(duì)直流分量dh進(jìn)行量化以嵌入水印信息w，得到新的直流分量dh^*；

其中，w為待嵌入水印位，α為量化系數(shù)，round(.)為四舍五入函數(shù)，T_i為第i層的量化步長(zhǎng)，i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第七步：利用公式(4)，計(jì)算g^*(x,y)并用其替換原矩陣塊中相應(yīng)位置的直流系數(shù)g(x,y)，得到含水印的直流系數(shù)塊B^*；

g^*(x，y)＝g(x，y)+(dh^*-dh)/(m×m) (4)

第八步：將含水印的直流系數(shù)塊B^*更新到其在直流系數(shù)矩陣DC-map_i中的相應(yīng)位置，其中i＝1,2,3,分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第九步：重復(fù)執(zhí)行本過程的第五步到第八步，直到所有的水印信息都被嵌入完成為止，由此得到含水印的直流系數(shù)矩陣DC-map_i^*，其中i＝1,2,3,分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第十步：按先后順序依次從分層載體圖像H_i中選擇像素塊A，并選取含水印的直流系數(shù)矩陣DC-map_i^*中相應(yīng)的直流系數(shù)dc^*，依據(jù)公式(5)，用修改后的像素值f^*(x,y)替換原像素塊A相應(yīng)位置的像素值f(x,y)，得到含水印像素塊A^*，并更新到其在分層載體圖像H_i中的相應(yīng)位置，得到含水印的分層載體圖像H_i^*；最后，組合三層含水印的分層載體圖像H_i^*得到含水印的彩色載體圖像H^*，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

f^*(x，y)＝f(x，y)+(dc^*-dc)/m (5)

其水印提取過程描述如下：

第一步：通過降維處理將含水印載體圖像H^*分成紅、綠、藍(lán)三個(gè)分層圖像H_i^*；同時(shí)，將每個(gè)含水印分層圖像H_i^*分成大小為m×m的非重疊像素塊，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第二步：按先后順序依次從含水印分層圖像H_i^*中選擇含水印像素塊A^*，根據(jù)公式(6)，在空域中直接計(jì)算含水印像素塊A^*在離散余弦變換(DCT)結(jié)果中的直流系數(shù)dc^*，此處i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

其中，m為含水印像素塊A^*行、列的大小，f^*(x,y)為含水印像素塊A^*第x行第y列的像素值；

第三步：重復(fù)執(zhí)行本過程的第二步，直到獲得含水印分層圖像H_i^*中所有像素塊的直流系數(shù)為止，然后，組合所有的直流系數(shù)dc^*得到大小為p×p的含水印直流系數(shù)矩陣DC-map_i^*，并將其劃分為m×m的非重疊直流系數(shù)塊，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層，p＝M/m；

第四步：利用基于密鑰為Kb_i的MD5哈希偽隨機(jī)選擇算法從含水印的直流系數(shù)矩陣DC-map_i^*中選擇含水印的直流系數(shù)塊B^*；根據(jù)公式(7)，在空域中直接計(jì)算含水印的直流系數(shù)塊B^*在離散哈特利變換(DHT)結(jié)果中的直流分量dh^*，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

其中，m為含水印的直流系數(shù)塊B^*行、列的大小，g^*(x,y)為含水印的直流系數(shù)塊B^*第x行第y列的值；

第五步：使用對(duì)應(yīng)層的量化步長(zhǎng)T_i，利用公式(8)提取水印位w^*；

其中，α為量化系數(shù)，round(.)為四舍五入函數(shù)，T_i為第i層的量化步長(zhǎng)，i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第六步：重復(fù)執(zhí)行本過程的第四步到第五步，得到提取的二進(jìn)制水印序列SW_i^*，將二進(jìn)制水印序列SW_i^*中每8位二進(jìn)制信息劃分為一組并轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的像素值，形成分層水印圖像，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；

第七步：對(duì)分層水印圖像進(jìn)行基于密鑰Ka_i的逆Arnold變換，獲得各層的提取水印圖像W_i^*；組合各層的提取水印圖像W_i^*形成最終的提取水印圖像W^*，其中i＝1,2,3分別表示紅、綠、藍(lán)三層。