基於dwt-dct的圖像自適應盲水印算法

2023-08-02 21:30:51

基於dwt-dct的圖像自適應盲水印算法
【專利摘要】本發明提出了一種結合離散小波變換和離散餘弦變換的數字圖像自適應盲水印算法，以實現對圖像信息的版權保護。本發明先根據Watson視覺模型推導出的一種可以直接應用於DCT域的自適應歸一化掩模作為水印嵌入強度，再利用相鄰的DWT和DCT塊之間的關係把二值水印嵌入到灰度圖像中，提取水印時不需要原始圖像，實現了盲提取。實驗結果表明本發明具有較好的不可見性，同時對於JPEG壓縮、高斯噪聲、旋轉等攻擊具有較強的魯棒性。
【專利說明】基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於信息安全【技術領域】，具體涉及一種基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印 算法。

【背景技術】
[0002] 隨著網際網路應用的普及，越來越多的數位化多媒體內容信息紛紛以各種形式在網 絡上快速交流和傳播。如何對數位化多媒體內容進行有效的管理和保護，成為信息安全領 域的研究熱點。信息隱藏可以在載體中嵌入難以被感知的秘密信息以保護數字內容的版權 或用於保密通信，可以很好的解決上述問題。信息隱藏不同於傳統的數據加密，數據加密隱 藏信息的內容，讓第三方看不懂；信息隱藏不但隱藏了信息的內容，而且隱藏了信息的存在 性，讓第三方看不見。隱寫術與數字水印是信息隱藏的兩個重要研究分支，採用的原理都是 將一定量的信息嵌入到載體數據中，但由於應用環境和應用場合的不同，對具體的性能要 求不同。
[0003] 數字水印是通過對載體進行難以被感知的改動，嵌入與載體有關的信息，嵌入的 信息不一定是秘密的，也有可能是可見。數字水印的目的是保護數字內容的所有權。圖像 水印嵌入的信息可以是圖像版權保護信息、作品序列號、藝術家等，用於圖像的版權保護、 盜版追蹤和擁有者識別等。
[0004] 目前，數字水印技術有多種實現方法，如Luo等人利用JPEG量化表對DCT係數進 行量化時，利用不同塊的相同位置上DCT (離散餘弦變換）係數變化性質大體保持一致的性 質和每個塊的紋理特性，使用每四個相鄰DCT塊來嵌入一位信息，來嵌入數字水印。由於只 允許4個相鄰塊中的第一個做一定的調整，並且門限值不容易自適應確定，這導致該算法 的靈活性與魯棒性在很大程度上受到了限制。


【發明內容】

[0005] 針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基於DWT-DCT的圖像自適應盲水 印算法，該算法具有較好的不可見性和較強的魯棒性，且算法的效率較高。
[0006] 本發明包括兩個主要算法：水印嵌入算法和水印提取算法。
[0007] 其中，所述水印嵌入算法包括以下步驟：
[0008] (1-1)使用量化表對亮度掩模和對比度掩模進行歸一化處理並化簡，得到歸一化 掩模，將歸一化掩模a k(i)作為第k個DCT塊的第i位置的嵌入強度；
[0009] (1-2)圖像預處理：選擇二值圖像作為水印圖像，使用Arnold變換實現水印圖像 的置亂，得到置亂後的水印U;
[0010] (1-3)對原始圖像進行32X32分塊，對每塊做一次離散小波變換，得到每塊的逼 近分量；對每塊的逼近分量再做8 X 8DCT變換，使用JEPG量化表對所有DCT係數進行量化， 再將量化後的係數按照zig-zag排序；
[0011] (1-4)使用步驟（1-1)得到的歸一化掩模作為水印嵌入強度，將步驟（1-2)中置亂 後的水印U嵌入到DCT變換後的四相鄰塊中；
[0012] (1-5)重複步驟（1-1)至（1-4)，完成所有水印U的嵌入，對嵌入水印的原始圖像 進行8X8反DCT變換，再進行32X32反離散小波變換，得到嵌入水印後的圖像W' ；
[0013] 水印提取算法，包括以下步驟：
[0014] (2-1)對嵌入水印後的圖像W'進行32X32分塊，對每塊做一次離散小波變換，再 對每塊的逼近分量做8 X 8DCT變換，使用JEPG量化表對所有DCT係數進行量化，再將量化 後的係數按照zig-zag排序；
[0015] (2-2)檢測嵌入的水印LC/:DCT變換後的四相鄰塊中左上角塊嵌入位置的量化值 大於其餘三塊嵌入位置的量化值的均值，則嵌入水印信息為1，否則為〇 ;
[0016] (2-3)得到Arnold置亂後的水印U%將得到的水印U#反置亂，完成水印的提取。
[0017] 進一步地，上述步驟（1-1)中的歸一化掩模ak(i)公式為：
[0018]

【權利要求】
1. 一種基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法，其特徵在於：所述算法包括水印嵌入 算法和水印提取算法； 其中，所述水印嵌入算法包括以下步驟： (1-1)使用量化表對原始圖像的亮度掩模和對比度掩模進行歸一化處理並化簡，得到 歸一化掩模，將歸一化掩模a k(i)作為第k個DCT塊的第i位置的嵌入強度； (1-2)圖像預處理：選擇二值圖像作為水印圖像，使用Arnold變換實現水印圖像的置 舌L得到置亂後的水印U; (1-3)對原始圖像進行32X32分塊，對每塊做一次離散小波變換，得到每塊的逼近分 量；對每塊的逼近分量再做8 X 8DCT變換，使用JEPG量化表對所有DCT係數進行量化，再將 量化後的係數按照zig-zag排序； (1-4)使用步驟（1-1)得到的歸一化掩模作為水印嵌入強度，將步驟（1-2)中置亂後的 水印U嵌入到DCT變換後的四相鄰塊中； (1-5)重複步驟（1-1)至（1-4)，完成所有水印U的嵌入，對嵌入水印的原始圖像進行 8X8反DCT變換，再進行32X32反離散小波變換，得到嵌入水印後的圖像W' ； 所述水印提取算法，包括以下步驟： (2-1)對嵌入水印後的圖像W'進行32X32分塊，對每塊做一次離散小波變換，再對每 塊的逼近分量做8 X 8DCT變換，使用JEPG量化表對所有DCT係數進行量化，再將量化後的 係數按照zig-zag排序； (2-2)檢測嵌入的水印1C,,:DCT變換後的四相鄰塊中左上角塊嵌入位置的量化值大於 其餘三塊嵌入位置的量化值的均值，則嵌入水印信息為1，否則為0 ; (2-3)得到Arnold置亂後的水印U%將得到的水印U#反置亂，完成水印的提取。
2. 如權利要求1所述的基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法，其特徵在於，所述步驟 (1-1)中的歸一化掩模ak(i)公式為：

其中，ck(0)表示第k個塊的DC係數，
表示所有DC係數的平均值，ck(i)表示第k 個塊的第i位置的DCT係數，q⑴為量化表的第i位置上的量化步長，a T和Wij採用經驗 值。
3. 如權利要求1所述的基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法，其特徵在於，所述步驟 (1-3)中JEPG量化表對所有DCT係數進行量化的過程為：Ζ Λ」2α) =R(Cjl，j2(i)/q⑴），其 中R表示四捨五入運算，Cjl, j2(i)表示原始圖像8X8DCT變換之後，第（jl，j2)塊第i位置 的DCT係數，Zjl; j2⑴表示Cjl，j2⑴的量化值（0彡i彡63, 0彡j 1，j2〈M/8)。
4. 如權利要求1所述的基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法，其特徵在於，所述步驟 (1-4)中水印嵌入過程如下： 如果Uxy = 1，
Z 2x+xl,2y+yl (iO) = Z2x+xl，2y+yl(i0)-a 2x+xl, 2y+yl (iO)，（xl，yl) e (〇, 1)，（1，〇)，（1，1) 如果uxy = 0，
Z 2x+xl,2y+yl (iO) = Z2x+xl，2y+yl(i0) + a 2x+xl, 2y+yl (iO)，（xl，yl) e (〇, 1)，（1，〇)，（1，1) 其中，Uxy表示水印U在（x，y)位置的值，
a ji，j2(i〇)為第（J_l，J_2)塊的iO位置的歸一化 掩模值。
5.如權利要求1所述的基於DWT-DCT的圖像自適應盲水印算法，其特徵在於，所述步 驟（2-2)中檢測嵌入的水印過程如下：如果(叫>%，則嵌入信息=1;否則 =〇。其中，
表示水印嵌入位置，表示四 相鄰塊中左上角塊水印嵌入位置的量化值，疋；表示四相鄰塊中其餘三塊水印嵌入位置的 量化值的均值。
【文檔編號】G06T1/00GK104143173SQ201410357415
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】於瑞琴 申請人:鎮江市高等專科學校