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一种彩色图像快速盲数字印方法及提取方法

阅读:274发布:2020-05-15

专利汇可以提供一种彩色图像快速盲数字印方法及提取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种数字媒体信息安全技术,涉及一种彩色数字图像的快速盲数字 水 印方法及提取方法。本发明是通过待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串,然后待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像,再将离散 小波变换 的层级,将三个方向的分量分割成多个方 块 ,再转换为RGB水印图片,并对水印进行计算容量。本发明的优点是采用本方案的彩色图像数字水印具有较好的不可见性,满足了水印 算法 的不可见性要求;同时采用本方案的数字水印在彩色载体图片经过格式转换、被涂改、JPEG压缩等情况下都有较好的鲁棒性。另外,该算法的平均运行时间小于100毫秒,满足了彩色图片快速数字水印的实际需要。,下面是一种彩色图像快速盲数字印方法及提取方法专利的具体信息内容。

1.一种彩色图像快速盲数字印方法,其特征在于:包括以下步骤:
第一步:
确定待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串;
第二步:
待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像记为F-RGB,将F-RGB的红色、绿色和蓝色分量记为R、G、B,F-RGB的尺寸大小为I*J,其中I、J为像素;将F-RGB从RGB彩色空间转换到YUV彩色空间,将转换到YUV彩色空间的彩色图片记为F-YUV,将F-YUV的亮度分量、色度分量和浓度色度分量记为Y、U、V;
第三步:
离散小波变换的层级记为L,在Y上选取M*M,其中M为像素,M取I、J中最小值,大小图片进行离散小波变换,将Y分隔成2^L*2^L个互不重叠的子,每个子块的大小为M/2^L,记为Y0;第L层分成4个子图像,LL子图像为低频分量,LH为水平方向分量,HL为垂直方向分量,HH为对方向分量;
第四步:
将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh;在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d;
调整三个系数大小关系满足h<=v<=d;调整d、h的差值为min_diff;
如果嵌入的比特字符为1,则将垂直方向系数v设置为对角系数d,否则设置为水印系数h;
将调整好的h、v、d重新写入到c、r点位置的小波系数;不断重复这个过程嵌入所有字符;
第五步:
组合Y、U、V分量信息合并为YUV,再转换为RGB水印图片;
第六步:
根据水印嵌入算法,可以嵌入的最大水印容量记为SIZE,得出水印容量计算公式为:
X=(M–S)/pow(2,L)
SIZE=X^2/S^2=(M-S)^2/(4^L*S^2);
水印层级L越大嵌入的水印容量越小,步长S越大嵌入的水印量越小;所以L取值范围为[1、2、3]。
2.如权利要求1所述的一种彩色图像快速盲数字水印提取方法:其特征在于:
第一步:
确定待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串;
第二步:
待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像记为F-RGB,将F-RGB的红色、绿色和蓝色分量记为R、G、B,F-RGB的尺寸大小为I*J,其中I、J为像素;将F-RGB从RGB彩色空间转换到YUV彩色空间,将转换到YUV彩色空间的彩色图片记为F-YUV,将F-YUV的亮度分量、色度分量和浓度色度分量记为Y、U、V;
第三步:
离散小波变换的层级记为L,在Y上选取M*M,其中M为像素,M取I、J中最小值,大小图片进行离散小波变换,将Y分隔成2^L*2^L个互不重叠的子块,每个子块的大小为M/2^L,记为Y0;第L层分成4个子图像,LL子图像为低频分量,LH为水平方向分量,HL为垂直方向分量,HH为对角方向分量;
第四步:
将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh;在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d;
调整三个系数大小关系满足h<=v<=d;
若满足d–v

说明书全文

一种彩色图像快速盲数字印方法及提取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种数字媒体信息安全技术,涉及一种彩色数字图像的快速盲数字水印方法及提取方法。

背景技术

[0002] 随着网络技术的飞速发展,越来越多的彩色数字图像在网络上涌现、传播,随之而来的盗版、侵权等非法行为屡见不鲜,其版权保护问题也越来越备受国内外学者的广泛关注。为此,一方面要求版权保护的标识趋向于美观实用、高信息量的彩色图像数字水印,而不再局限于容量较小的伪随机序列、二值图像或灰度图像;另一方面,随着移动终端设备的广泛普及,现有的水印算法,尤其采用了人工智能深度学习等技术的数字水印算法,因其较长的运行时间难以满足快速、高效的应用需求,需要进一步提高其运行速度。
[0003] 目前,对于灰度图像作为数字水印载体的盲数字水印技术已经得到了比较广泛的研究。然而,随着科学技术的快速发展,彩色图像在当今社会中占据着越来越重要的位置。相对于灰度图像,彩色图像包含了更为丰富的信息,无论是对人们的视觉感受,还是后续的图像理解与分析,彩色图像都具有灰度图像无可比拟的优越性。因此,进行彩色图像的盲数字水印技术研究更具有实际意义。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术缺陷,本专利要解决的问题。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于离散小波变换的彩色图像的快速盲数字水印方法,水印算法简单快捷,实时性高,水印不可见性好,且能够保证数字水印具有很强的鲁棒性,在检测端提取数字水印时无需原始彩色图像和原始数字水印的任何信息,属于盲水印检测方式。
[0006] 本发明的目的是提供一种基于离散小波变换的彩色图像的快速盲数字水印方法,其特征在于通过具体的水印嵌入过程和提取过程来实现的,其水印嵌入过程描述如下:
[0007] 第一步:
[0008] 待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串。
[0009] 第二步:
[0010] 待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像记为F-RGB,将F-RGB的红色、绿色和蓝色分量记为R、G、B,F-RGB的尺寸大小为I*J(单位像素)。将F-RGB从RGB彩色空间转换到YUV彩色空间,将转换到YUV彩色空间的彩色图片记为F-YUV,将F-YUV的亮度分量、色度分量和浓度色度分量记为Y、U、V。
[0011] 第三步:
[0012] 离散小波变换的层级记为L,在Y上选取M*M(单位像素,M取I、J中最小值)大小图片进行离散小波变换,将Y分隔成2^L*2^L个互不重叠的子,每个子块的大小为M/2^L,记为Y0。第L层分成4个子图像,LL子图像为低频分量,LH为水平方向分量,HL为垂直方向分量,HH为对方向分量。
[0013] 第四步:
[0014] 将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh。在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d。调整三个系数大小关系满足h<=v<=d。调整d、h的差值为min_diff(min_diff可设置为20.0),min_diff值越大对图片的不可见性影响越大但是鲁棒性越好,可以根据实际情况进行测试设置相应的值。如果嵌入的比特字符为1则将垂直方向系数v设置为对角系数d,否则设置为水印系数h。将调整好的h、v、d重新写入到c、r点位置的小波系数。不断重复这个过程嵌入所有字符。本算法鲁棒性较好,运行速度快。
[0015] 第五步:
[0016] 组合Y、U、V分量信息合并为YUV,再转换为RGB水印图片。
[0017] 第六步:
[0018] 根据水印嵌入算法,可以嵌入的最大水印容量记为SIZE,得出水印容量计算公式为:
[0019] X=(M–S)/pow(2,L)
[0020] SIZE=X^2/S^2=(M-S)^2/(4^L*S^2);
[0021] 水印层级L越大嵌入的水印容量越小,步长S越大嵌入的水印量越小。为保证水印的嵌入量和运行速度L最大取3,所以L取值范围为[1、2、3]。由于需要在S–2的矩阵块中随机选择一个位置嵌入二进制字符,所以S的最小值为3。最大的水印嵌入量为:(M-3)^2/(4*9);
[0022] 由于水印层级L越大嵌入的水印鲁棒性越好,S越大水印嵌入安全性越好、运行速度越快。
[0023] 水印提取过程描述如下:
[0024] 第一步到第三步:与水印嵌入过程的第一步到第三步相同。
[0025] 第四步:
[0026] 将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh。在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d。调整三个系数大小关系满足h<=v<=d。若满足d–v
[0027] 有益效果:采用本方案的彩色图像数字水印具有较好的不可见性,满足了水印算法的不可见性要求;同时采用本方案的数字水印在彩色载体图片经过格式转换、被涂改、JPEG压缩等情况下都有较好的鲁棒性。另外,该算法的平均运行时间小于100毫秒,满足了彩色图片快速数字水印的实际需要。附图说明
[0028] 图1-1为本发明的一种彩色图像快速盲数字水印方法的流程示意图;
[0029] 图1-2本发明水印提取方法的流程示意图;
[0030] 图2为512*512的24位Lena的彩色载体图片;
[0031] 图3为一种水印图片的示例;
[0032] 图4为采用本方案加入数字水印后的彩色载体图片;
[0033] 图5为采用本方案从图4中提取到的数字水印的水印图片。
[0034] 图6为对加入水印的彩色载体图片进行涂改后的彩色载体图片;
[0035] 图7为从图6中提取得到的水印图片;
[0036] 图8为对加入数字水印的载体彩色图片进行格式转换后的彩色载体图片;
[0037] 图9为从图8中提取得到的水印图片;
[0038] 图10为对加入水印的彩色载体图片进行JPEG有损压缩(压缩质量因子选择20%)后得到的彩色载体图片;
[0039] 图11为从图10中提取得到的水印图片;

具体实施方式

[0040] 下面对本发明的实施作具体说明:
[0041] 实施例1
[0042] 如附图1-1所示流程,将图片作为本实施例的最初处理对象;
[0043] 第一步:
[0044] 确定待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串;
[0045] 第二步:
[0046] 待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像记为F-RGB,将F-RGB的红色、绿色和蓝色分量记为R、G、B,F-RGB的尺寸大小为I*J,其中I、J为像素;将F-RGB从RGB彩色空间转换到YUV彩色空间,将转换到YUV彩色空间的彩色图片记为F-YUV,将F-YUV的亮度分量、色度分量和浓度色度分量记为Y、U、V;
[0047] 参见图2,显示了本方案提供的一种分辨率为512*512的24位的彩色载体图片Lena的示例。
[0048] 第三步:
[0049] 离散小波变换的层级记为L,在Y上选取M*M,其中M为像素,M取I、J中最小值,大小图片进行离散小波变换,将Y分隔成2^L*2^L个互不重叠的子块,每个子块的大小为M/2^L,记为Y0;第L层分成4个子图像,LL子图像为低频分量,LH为水平方向分量,HL为垂直方向分量,HH为对角方向分量;
[0050] 参见图3,显示了本方案提供的一种水印图片的示例。需要加密的信息为字符a和b,数字1和2,将ab12用白色写入到黑色的图片中得到水印图片。
[0051] 第四步:
[0052] 将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh;在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d;
[0053] 调整三个系数大小关系满足h<=v<=d;调整d、h的差值为min_diff;
[0054] 如果嵌入的比特字符为1,则将垂直方向系数v设置为对角系数d,否则设置为水印系数h;
[0055] 将调整好的h、v、d重新写入到c、r点位置的小波系数;不断重复这个过程嵌入所有字符;
[0056] 图4显示了采用本方案加入数字水印后的彩色载体图片,图5显示了采用本方案提取到的数字水印的水印图片。
[0057] 将图4和图2进行对比,可以看出采用本方案将数字水印隐藏在彩色载体图片中时,数字水印很好的隐藏在了载体图片中,载体图片在视觉上没有发生变化。将图5和图3进行对比,可以看出本方案可以非常精确的提取出数字水印。
[0058] 为了验证方案的数字数字水印的鲁棒性,对加入数字水印的彩色载体图片进行了剪切或涂改、格式转换等处理后,再进行数字水印的提取。
[0059] 第六步:
[0060] 根据水印嵌入算法,可以嵌入的最大水印容量记为SIZE,得出水印容量计算公式为:
[0061] X=(M–S)/pow(2,L)
[0062] SIZE=X^2/S^2=(M-S)^2/(4^L*S^2);
[0063] 水印层级L越大嵌入的水印容量越小,步长S越大嵌入的水印量越小;所以L取值范围为[1、2、3];
[0064] 参见图6,显示了对加入数字水印的彩色载体图片进行涂改后的图片,涂改后的图片有部分数据内容缺失。
[0065] 实施例2
[0066] 在实施例1中对图处理进行处理完毕,需要将图6中提取得到的水印图片。参见图7,在实施过程如图1-2,
[0067] 第一步:
[0068] 确定待嵌入的数字水印信息为二进制的0/1字符串;
[0069] 第二步:
[0070] 待嵌入数字水印的原始数字图片为RGB彩色图像记为F-RGB,将F-RGB的红色、绿色和蓝色分量记为R、G、B,F-RGB的尺寸大小为I*J,其中I、J为像素;将F-RGB从RGB彩色空间转换到YUV彩色空间,将转换到YUV彩色空间的彩色图片记为F-YUV,将F-YUV的亮度分量、色度分量和浓度色度分量记为Y、U、V;
[0071] 第三步:
[0072] 离散小波变换的层级记为L,在Y上选取M*M,其中M为像素,M取I、J中最小值,大小图片进行离散小波变换,将Y分隔成2^L*2^L个互不重叠的子块,每个子块的大小为M/2^L,记为Y0;第L层分成4个子图像,LL子图像为低频分量,LH为水平方向分量,HL为垂直方向分量,HH为对角方向分量;第四步:
[0073] 将LH、HL、HH三个方向的分量分割成多个边长S*S的方块,分别记为lh,hl,hh;在lh,hl,hh中按照从左到右、从上到下的方式遍历所有边长S*S的方块,在方块的主对角线中间节点随机选择一个位置,行列记为r,c,在lh,hl,hh中读取r、c位置的小波变换系数记为h、v、d;调整三个系数大小关系满足h<=v<=d;
[0074] 若满足d–v
[0075] 参见图8显示了对加入数字水印的彩色载体图片进行了格式转换后的图片,格式转换的方式为将图片从JPG转换为256色的BMP。图9显示了从图8中提取得到的水印图片;
[0076] 参见图10对加入数字水印的彩色载体图片进行JPEG有损压缩(压缩质量因子选择20%)后得到的彩色载体图片,图11显示了从图10中提取得到的数字水印图片。
[0077] 该算法在平台3.40GHZ CPU,8GB RAM,Centos7,C++,opencv2.4.9上进行过上万次运行,数字水印的平均嵌入时间为0.037414秒,平均提取时间为0.015683秒,总计时间为0.053,097秒。
[0078] 综上所述,采用本方案的彩色图像数字水印具有较好的不可见性,满足了水印算法的不可见性要求;同时采用本方案的数字水印在彩色载体图片经过格式转换、被涂改、JPEG压缩等情况下都有较好的鲁棒性。另外,该算法的平均运行时间小于100毫秒,满足了彩色图片快速数字水印的实际需要。
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