基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法
2023-04-28 23:25:31 2
專利名稱：基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法
技術領域：
該發明方法應用了提升小波、奇異值分解、混沌系統等知識，該發明方法屬於計算 機應用、信息安全、模式識別、圖像處理等技術領域。
背景技術：
根據使用目的不同，數字水印一般分為三類可見水印、脆弱性水印和魯棒性水 印。可見水印通常用於電視臺臺標、免費圖片的樣本發布等；脆弱性水印通常用於法律、商 業、國防等領域，它可以有效證明當前的文件是否發生過篡改；魯棒性水印通常用於版權保 護，標誌數字產品的版權資訊。魯棒性水印能夠抵抗一定的信號處理甚至攻擊，例如圖像 增強、有損壓縮、旋轉、裁剪、縮放等。混沌系統經常被用於信息安全領域，被廣為應用的混沌系統是Logistic混沌系 統，改進型Logistic映射的表達式為
xn+l^l-2x2nxn G [-1,1]該映射為混沌系統，所產生的序列為混沌序列。該映射對初值極為敏感，初始值稍 微不同，就會迅速變成完全不同的狀態。該混沌序列不依賴於初始值，該混沌系統具有遍歷 性。提升小波是由第一代小波變換的提升來實現的。提升小波既有第一代小波的優 點，又克服了它的局限性。它運算速度快、允許完全原位計算，並且其逆變換是正變換的反 運算。因此應用提升小波進行變換，可以很好地恢復原始圖像。提升小波的正向提升過程 可分解為三個過程分裂、預測和修正。奇異值分解是一個很重要的線性代數工具，在圖像壓縮、數字水印和其它信號處 理領域方面具有很重要的應用。奇異值分解是一種將矩陣對角線化的數值技術。數字圖像 經過奇異值分解後，可以看成是由許多非負標量組成的一個矩陣。用A e RMXN來表示一個 圖像矩陣，其中R表示實數數域。A可以表示成A = U E VT其中，U e RMXM和V e RNXN都是正交陣，E G Rmxn是一個非對角線上的項都是0的 矩陣，其對角線上的元素滿足o 工彡 O 2o r 彡 O r+1 = ...= o M = 0其中，r是A的秩，它等於非零奇異值的個數，E滿足 是由該分解所唯一確定的，叫做A的奇異值。它是AAT特徵值的平方根。分解 式U E VT稱作A的奇異值分解。矩陣A對於轉置、鏡像、旋轉、放大、平移等幾何失真具有 魯棒性。
發明內容
本發明提出了一種基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法。具體 實現中，結合提升小波與奇異值分解技術向數字圖像內嵌入數字水印的方法來實現版權保 護。在嵌入水印的過程中，首先對載體圖像進行提升小波變換，得到提升小波的四個子帶， 將低頻子帶進行奇異值分解後，把水印信息嵌入到該奇異值中，並對得到的奇異值再次進 行奇異值分解。最後，將得到的奇異值進行逆奇異值分解、逆提升小波變換得到包含水印信 息的載體圖像。水印提取過程中，先將載體圖像進行奇異值分解，然後通過得到的奇異值與 原始載體圖像信息的運算得到嵌入的水印信息。本發明方法採用了混沌系統對水印信息進 行處理，保證了算法的安全性。仿真實驗結果表明，該算法具有較高的魯棒性，能夠抵抗諸 如裁剪、壓縮、旋轉等攻擊，並具有較高的運算速度。
圖1為載體圖像，該圖像為512*512像素大小。圖2為水印圖像，該圖像為256*256像素大小。圖3為含水印載體圖像，該圖像的PSNR值為43. 2518。圖4為對圖3進行順時針180度旋轉後的含水印載體圖像。圖5為從圖4內提取的水印信息。圖6為對圖3進行裁剪攻擊的圖像，從圖中可以看到圖像被裁減掉50%左右。圖7為從圖6內提取的水印信息。圖8為將圖3裁剪掉其右側50%，再將剩餘部分拉伸到與原圖等寬後的圖像。圖9為從圖8內提取的水印信息。圖10為對圖3進行JPEG壓縮後的圖像。圖11為從圖9內提取的水印信息。從上述附圖可以看出，含水印圖像具有較高的PSNR值，提取出的水印圖像均清晰 可辨。實驗結果證明，該算法具有較好的透明性，較高的魯棒性。
具體實施例方式該發明方法的具體實施方式
主要有水印圖像處理、水印嵌入、水印提取。具體如 下1水印圖像處理混度系統具有初始值敏感性，即使初始值發生微小的變化，也會導致結果的完全 不同。因此，引用混沌系統處理水印圖像能夠保證水印信息具有較高的安全性。本方面方 法採用Logistic混沌系統來提高安全性，具體實現為用混沌系統產生一個長度為n (此處n為需要置亂的水印數列長度)的數列CI，將 該數列進行排序，從而得到一個升序數列CIS。此時通過計算數列CIS中的每個數據在數列 CI中的下標，得到一個數列I。應用公式為I(i) = FI(CIS(i))，(1 彡 i 彡 n)式中，函數FI (parameter)的功能為找出參數parameter在數列CI中的下標。
嵌入水印信息時，將水印信息數列W按照數列I進行置亂排序得到置亂後的數列 W0，然後將置亂後的水印信息WO嵌入到載體圖像中。置亂排序應用公式為
W0(i) = ff(I(i)), (1 ^ i ^ η)提取水印信息時，在嵌入了水印的載體圖像中提取水印信息數列W0，然後將提取 到的水印信息WO進行逆置亂，得到正常排序的水印信息OR。逆置亂應用的公式為0R(I(i)) = W0(i), (1 ^ i ^ η)此時得到的序列OR即為水印信息W。應用上述混沌處理過程保證了嵌入過程的安 全性和可靠性。2水印的嵌入過程水印的嵌入過程分為提升小波變換、奇異值分解、嵌入水印信息、二次奇異值分 解、逆奇異值分解、逆提升小波變換等6個步驟，具體如下第1步提升小波變換首先將需要認證的圖像O進行2層提升小波變換，得到它的4個頻率帶，分別是低 頻、水平、垂直及對角線頻率子帶。低頻LL2集中了圖像的大部分能量，因此，選擇低頻作為 水印嵌入載體。第2步奇異值分解對得到的低頻子帶LL2進行奇異值分解，如下LL2 = UDVt此時得到LL2的奇異值D。第3步嵌入水印信息將進行排序置亂處理後的水印信息嵌入到奇異矩陣內，嵌入公式如下Wd = D+ α此時得到嵌入了水印信息的矩陣Wd。第4步二次奇異值分解對得到的矩陣W進行奇異值分解，公式如下Wd = UwDw (Vw)τ此時得到奇異值Dw。第5步逆奇異值分解根據得到的含有水印信息的奇異值Dw，得到含水印信息的低頻子帶，如下LLw2=UDwV第6步逆提升小波變換根據得到的Zj^進行逆提升小波變換，得到含水印信息的載體圖像。3水印的提取過程水印的提取過程分為提升小波變換、奇異值分解、逆奇異值分解、提取水印信息、 水印信息處理等5個步驟，具體如下第1步提升小波變換將得到的載體圖像進行2層提升小波變換，得到它的4個頻率子帶，包括低頻子帶 ZZ；和3個高頻子帶。第2步奇異值分解
將得到的ZT2進行奇異值分解，如下LL\ = U*D^VT*第3步逆奇異值分解將上步得到的Z)一與U\ Ψ進行逆奇異值分解運算，如下Wd* = UWDW*VW此時，得到含有水印信息的參數WcT。第4步提取水印信息將得到的參數WcT與奇異值D進行運算，提取水印信息，公式如下W* = WcT-D第5步水印信息處理此時得到的水印信息W*為在嵌入階段進行過預處理置亂排序後的水印信息，按照水印處理過程中介紹的逆置亂公式恢復水印信息本來的順序，得到水印信息We。最後，對水 印信息We進行二值化處理，如下We (ι,ι) =
[1 if(We(i,j)<a/2)
權利要求
一種基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法，其特徵是應用混沌序列對水印圖像進行了置亂預處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是低頻子帶進行了奇異值分解 。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是進行了二次奇異值分解。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是採用混沌系統產生的序列對水印信息進行了 逆置亂。
全文摘要
該發明名稱為「基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法」，其屬於計算機應用、信息安全、模式識別、圖像處理等技術領域。本發明提出了一種基於提升小波與奇異值分解的數字圖像版權保護方法。在嵌入水印的過程中，對載體圖像進行提升小波變換後，將得到的低頻子帶進行奇異值分解，並把水印信息嵌入到該奇異值中，然後，對得到的奇異值再次進行奇異值分解。最後，進行逆運算得到包含水印信息的載體圖像。水印提取過程中，先將載體圖像進行奇異值分解，然後通過得到的奇異值與原始載體圖像信息的運算得到嵌入的水印信息。本發明方法安全性性高、同時能夠抵抗裁剪、壓縮、旋轉等攻擊。該方法能夠廣泛應用於數字圖像的版權保護領域內。
文檔編號G06F21/00GK101877117SQ200910228908
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者李立宗 申請人:天津工程師範學院