一種基于矩陣lu分解的雙彩色圖像盲水印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及大容量彩色數(shù)字圖像作為數(shù)字水印的版權(quán)保 護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著Internet和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字作品的非法拷貝、惡意篡改版權(quán)保 護(hù)標(biāo)識等已越來越成為一個(gè)迫切解決的嚴(yán)重問題。目前的圖像數(shù)字水印算法多數(shù)是將二值 或灰度圖像作為數(shù)字水印，而將彩色圖像作為數(shù)字水印的比較少。一個(gè)最重要的原因是將 彩色圖像作為數(shù)字水印時(shí)，其含有的信息量是相同尺寸灰度圖像的3倍，是二值圖像的24 倍，因此增加了水印嵌入的難度，現(xiàn)有的將二值圖像嵌入灰度圖像的數(shù)字水印技術(shù)并不能 很好地滿足當(dāng)前以彩色數(shù)字圖像為主的版權(quán)保護(hù)，因此如何將彩色數(shù)字圖像作為數(shù)字水印 成為亟待解決的問題之一。
[0003] 另外，現(xiàn)有的彩色圖像水印算法主要研究的是非盲數(shù)字水印技術(shù)，這主要是因?yàn)?彩色圖像所包含的版權(quán)保護(hù)信息非常大，用非盲數(shù)字水印技術(shù)可以比較方便地嵌入。但是， 該類技術(shù)需要借助于原始宿主圖像或原始水印圖像的幫助才能進(jìn)行水印的檢測或提取，在 現(xiàn)實(shí)生活中有些累贅、很不方便。因此，在近幾年的數(shù)字水印技術(shù)研究中，盲檢測數(shù)字水印 算法逐漸成為數(shù)字水印技術(shù)發(fā)展的主流，如何實(shí)現(xiàn)彩色水印圖像的盲提取是當(dāng)前圖像水印 技術(shù)的難點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于矩陣LU分解的雙彩色圖像盲水印方法，包含水印 嵌入過程和提取過程，其水印嵌入的具體過程描述如下： 第一步：彩色數(shù)字水印圖像的預(yù)處理：將大小為NXN的24位原始彩色圖像水印圖像r通過降維處理，分成三個(gè)二維水印分量化G戌然后，將每個(gè)二維水印分量進(jìn)行基于私鑰尤i (c=l, 2, 3)的Arnold變換置亂；隨后，把每個(gè)像素值轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)，并將所有的8位 二進(jìn)制數(shù)組合成二值序列尤，c=l，2, 3分別表示紅、綠、藍(lán)三層； 第二步：彩色宿主圖像的預(yù)處理：將宿主圖像所!i分成化保卩5三個(gè)分量圖像忍，c=l，2, 3分別表示紅、綠、藍(lán)三層，并將每個(gè)分量圖像//進(jìn)一步劃分為4X4大小的非重疊的 像素塊；同時(shí)，用基于私鑰為沒Uc=l，2, 3)的MD5哈希偽隨機(jī)置換算法隨機(jī)選擇嵌入塊； 第三步：選取一個(gè)嵌入塊并按照公式（1)進(jìn)行LU分解獲得其下三角矩陣口上 三角矩陣此處i，7分別表示該像素塊所在的行號和列號； 騰|麵《瑪_ ⑴ 第四步：根據(jù)公式（2)、（3)修改下三角矩陣中的第二行一列元素和第三行一列 元素4a以嵌入水印r;
其中水印嵌入強(qiáng)度； 第五步：利用公式（4)進(jìn)行逆LU變換，得到嵌入水印后的像素塊; j-Kjx^uj (4) 第六步：重復(fù)執(zhí)行步驟第三步到第五步，直到所有的水印信息都被嵌入完成為止；最 后，將含水印的紅、綠、藍(lán)分層圖像重新組合并獲得含水印的圖像 本發(fā)明所述水印提取的具體過程如下： 第一步：將含水印圖像Z/5分成三個(gè)分層含水印圖像，c=l，2, 3分別表示紅、綠、藍(lán)三 層，并將每一分層含水印圖像丨進(jìn)一步分成4X4的非重疊像素塊； 第二步：利用基于私鑰為尤及（c=l，2, 3)的MD5哈希偽隨機(jī)置換算法選取含水印的圖 像塊； 第三步：根據(jù)公式（5)，將含有水印的像素塊；i|:進(jìn)行LU分解，得其下三角矩陣|丨::，此 處i，7分別表示該像素塊所在的行號和列號； (5) 第四步：根據(jù)公式（6)，利用下三角矩陣:if中的第二行一列元素^和第三行一列元素 翻：k，提取水印彳目息:"My:;
(6) 第五步：重復(fù)執(zhí)行第三步、第四步，直到提取所有的水印信息，把這些提取的信息按照 每8位一組進(jìn)行分解，并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的像素值，然后形成分量水印K)，c=l，2, 3分別表 不紅、綠、監(jiān)二層； 第六步：將每個(gè)分量水印進(jìn)行基于私鑰尤i(c=l，2, 3)的逆Arnold變換，并結(jié)合成最終 提取的水印/。
[0005] 該方法簡單快捷，具有較好的水印不可見性；提取水印時(shí)不需要原始宿主圖像或 原始水印圖像的幫助，能從各種受攻擊圖像中快速提取所嵌入的水印，具有較強(qiáng)的魯棒性， 該方法適用于彩色數(shù)字圖像作為數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)。
【附圖說明】
[0006] 圖1 (a)、圖1 (b)是兩幅原始彩色宿主圖像。
[0007] 圖2 (a)、圖2 (b)是兩幅彩色水印圖像。
[0008] 圖3 (a)、圖3 (b)是將圖2 (a)所示的水印依次嵌入到宿主圖像圖1 (a)、圖1 (b)后所得到的含水印圖像，其結(jié)構(gòu)相似度SS頂值依次是0. 9816、0. 9794,其峰值信噪比 PSNR值依次是 39. 4428dB、40. 1228dB。
[0009] 圖4 (a)、圖4 (b)是依次從圖3 (a)、圖3 (b)中提取的水印，其歸一化互相關(guān)系 數(shù)NC值分別是 1. 0000、1. 0000。
[0010] 圖5(a)、圖5 (b)、圖5(C)、圖5 (d)、圖5(e)、圖5(f)是將圖3(a)所示的含 水印圖像依次進(jìn)行JPEG2000壓縮（5:1)、椒鹽噪聲（0. 02)、低通濾波（100, 1)、銳化（1. 0)、 縮放（4:1)、剪切（50%)等攻擊后所提取的水印，其歸一化互相關(guān)系數(shù)NC值分別是0.9988、 0.9904、0.9577、0. 9998、0. 9949、0. 8488。
[0011] 圖6 (a)、圖6 (b)是將圖2 (b)所示的水印依次嵌入到宿主圖像圖1 (a)、圖1 (b)后所得到的含水印圖像，其結(jié)構(gòu)相似度SS頂值依次是0. 9818、0. 9792,其峰值信噪比 PSNR值依次是 39. 5054dB、40. 2063dB。
[0012] 圖7 (a)、圖7 (b)是依次從圖6 (a)、圖6 (b)中提取的水印，其歸一化互相關(guān)系 數(shù)NC值分別是 1. 0000、1. 0000。
[0013] 圖8 (a)、圖8 (b)、圖8 (c)、圖8 (d)、圖8 (e)、圖8 (f)是將圖6 (a)所示的含 水印圖像依次進(jìn)行JPEG2000壓縮（5:1)、椒鹽噪聲（0. 02)、低通濾波（100, 1)、銳化（1. 0)、 縮放（4:1)、剪切（50%)等攻擊后所提取的水印，其歸一化互相關(guān)系數(shù)NC值分別是0.9998、 0.9928、0.9788、0. 9971、0. 9978、0. 9604。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明的目的是提供一種基于矩陣LU分解的雙彩色圖像盲水印方法，包含水印 嵌入過程和提取過程，其水印嵌入的具體過程描述如下： 第一步：彩色數(shù)字水印圖像的預(yù)處理：將大小為32X32的24位原始彩色圖像水印圖 像紀(jì)通過降維處理，分成三個(gè)二維水印分量化G戌然后，將每個(gè)二維水印分量進(jìn)行基于私 鑰尤i(c=l, 2, 3)的Arnold變換置亂；隨后，把每個(gè)像素值轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)，并將所有 的8位二進(jìn)制數(shù)組合成二值序列尤，c=l，2, 3分別表示紅、綠、藍(lán)三層；例如：可將241，198， 201轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)分別為11110001，11000110,11001001，將三者依次組合的二值序列為 111100011100011011001001 ； 第二步：彩色宿主圖像的預(yù)處理：將512X512的24位原始宿主圖像所!i分成化?？谌f 三個(gè)分量圖像忍，c=l，2, 3分別表示紅、綠、藍(lán)三層，并將每個(gè)分量圖像私進(jìn)一步劃分為4X4 大小的非重疊的像素塊；同時(shí)，用基于私鑰為^2((C=1，2, 3)的MD5哈希偽隨機(jī)置換算法隨 機(jī)選擇嵌入塊； 第三步：選取一個(gè)嵌入塊并按照公式（1)進(jìn)行LU分解獲得其下三角矩陣口上 三角矩陣此處i，7分別表示該像素塊所在的行號和列號； 隱纖議| ⑴ 此處，設(shè)選取的嵌入塊為
，則按照公式（1)進(jìn)行LU分解獲得其下 三角矩陣和上三角矩陣分別為

第四步：根據(jù)公式（2)、（3)修改下三角矩陣中的第二行一列元素％和第三行一列 元素%,以嵌入水印的
其中，:尸，7^