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基于ZERNIKE矩的DWTSVD魯棒盲水印方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410146119.X

申請日:

2014.04.11

公開號:

CN103955880A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06T 1/00申請日:20140411|||公開
IPC分類號: G06T1/00 主分類號: G06T1/00
申請人: 杭州電子科技大學
發明人: 葉學義; 鄧猛; 宋倩倩; 陳華華; 張維笑; 趙知勁
地址: 310018 浙江省杭州市下沙高教園區2號大街
優先權:
專利代理機構: 杭州求是專利事務所有限公司 33200 代理人: 杜軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410146119.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.03.13|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒盲水印方法。本發明方法包括水印嵌入方法和水印提取方法。水印嵌入方法是對原始圖像進行離散小波變換,之后將其低頻子帶分塊并對每小塊進行奇異值分解,然后將待嵌入水印進行混沌加密,通過量化每小塊的奇異值矩陣的歐式范數嵌入水印,保存水印圖像的若干個Zernike矩作為密鑰,通過密鑰判斷受到幾何攻擊類型并進行校正;水印提取方法是水印嵌入方法的逆過程,包括對受攻擊圖像進行校正、水印提取,水印解密和恢復。本發明方法結合DWT、SVD在數字水印方面的優勢,并利用Zernike矩的旋轉、縮放不變性,提高了對旋轉、縮放攻擊的魯棒性,可以很好地抵抗常規信號處理。

權利要求書

權利要求書
1.  基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒盲水印方法,包括水印嵌入方法和水印提取方法,其特征在于:
所述的水印嵌入方法的具體步驟是:
步驟1:獲取正方形的原始載體圖像I(M,M),M是圖像的行和列,I的內切圓記作S,S的內接正方形用來嵌入水印,記做x,對x進行一級離散小波變換,得到低頻子帶LL、高頻子帶HH、混合子帶HL和LH,其矩陣大小為將其低頻子帶LL劃分為互不重疊的n×n個大小為m×m的子塊,n是m的整數倍,將每小塊按行排列,Ai表示第i個矩陣塊;
步驟2:對每個分塊矩陣進行奇異值分解,Yi=[λ1,λ2,…λj…λr],λj表示奇異值矩陣Si的第j個非零奇異值,其中j=1,2,…r,r是矩陣Ai的秩,Yi為非零奇異值組成的向量;
步驟3:對待嵌入的水印W采用logistic映射混沌模型進行混沌加密得到加密后水印W0,記映射初值為X0,混沌系數μ∈(3.5699,4],然后將加密后的水印按行排成一列,將初值X0和μ當作密鑰;
步驟4:計算向量Yi的歐幾里德范數,選擇Δ作為Norm(Yi)的量化步長,令N=[Norm(Yi)/Δ],[…]表示取整;
步驟5:根據如下規則嵌入比特b,b表示待嵌入比特:


步驟6:對計算歐幾里德范數,其中根據向量得到新的奇異值矩陣重構新的矩陣塊得到新的低頻部分LL′;
步驟7:根據LL′、HL、LH、HH進行逆離散小波變換,重構出嵌入水印 的圖像;計算水印圖像的Zernike矩值作為校正幾何攻擊的參數,記為密鑰K;
所述的水印提取方法的具體步驟是:
步驟a:計算水印圖像的Zernike矩值,并與密鑰K比較,如果一致表示未被攻擊,直接進入步驟b;如果不一致表示受到攻擊,水印圖像對進行幾何校正,再對校正后圖像的水印嵌入域進行一級小波分解,取其低頻部分LL′′,然后進入步驟b;
步驟b:對低頻部分LL′′進行m×m分塊,將每小塊按行排列,表示第i個矩陣塊,對每一個小塊進行奇異值分解令λj是奇異值矩陣的第j個奇異值,j=1,2,…r,r是矩陣的秩;
步驟c:計算向量的歐幾里德范數,計算N=[Norm(Yi)/Delta],]]>[…]表示取整;
步驟d:若N′′是偶數,則提取比特b=1,若N′′是奇數,b=0,然后將提取出的一維序列按照行列組合成矩陣,對該矩陣進行混沌解密即可恢復水印。

說明書

說明書基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒盲水印方法
技術領域
本發明屬于信息安全的技術領域,特別涉及一種基于Zernike矩的離散小波變換和奇異值分解(DWT-SVD)魯棒盲水印方法。
背景技術
數字水印技術因其在版權保護和內容認證等方面的重要應用價值,已成為信息隱藏技術的一個研究熱點。數字水印技術通過將數字、序列號、文字、圖像標志等信息嵌入到媒體中,在嵌入過程中對載體進行盡量小的修改,以達到最強的魯棒性,當嵌入水印后的媒體受到攻擊后仍然可以恢復水印或者檢測出水印的存在。隱形水印隨著信息安全需求的飛速發展,正在得到越來越多研究者的關注。
圖像隱形水印算法一般需要滿足以下基本要求:1)不可見性:加有水印后的圖像不能有視覺質量的下降,與原始圖像對比,很難發現二者的區別;2)魯棒性:加入圖像中的水印不會因變換處理(如幾何攻擊、噪聲、濾波、有損壓縮攻擊等)而丟失,水印經提取后應清晰可辨。
現有的數字水印算法主要分為空間域和變換域(DWT、DCT和DFT等)兩類。DWT域水印算法對有損壓縮和高頻濾波具有較好的抗攻擊性,而且小波分解后的低頻子帶集中了圖像的大部分能量,是魯棒水印嵌入的合適位置。因此基于DWT的數字水印算法受到了廣泛關注。為了克服小波變換不具有幾何不變性的缺點,研究學者利用SVD抵抗幾何攻擊良好的特性,將其引入數字水印領域。
現有的算法對常見的信號處理具有很好的抵抗能力,但抵抗幾何攻擊的能力較弱。本發明利用Zernike矩的旋轉、縮放不變性,并結合DWT以及SVD在數字水印方面的優勢,通過Zernike矩矩值判斷攻擊類型并進行校正,獲得了對旋轉、縮放攻擊的魯棒性,而且本發明對常規信號處理也具有很好的魯棒性。
發明內容
本發明的目的就是針對現有水印算法抵抗幾何攻擊能力較弱的問題,提出了一種基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒水印方法。
本發明方法包括水印嵌入方法和水印提取方法。水印嵌入方法首先對原始圖像進行離散小波變換(DWT),之后將其低頻子帶分塊并對每小塊進行奇異值分解(SVD),然后將待嵌入水印進行混沌加密,通過量化每小塊奇異值矩陣的歐氏范數嵌入水印,最后保存水印圖像的Zernike矩值作為密鑰,用于判斷攻擊類型和校正。水印提取方法是水印嵌入方法的逆過程,包括對受攻擊圖像進行校正、水印提取,水印解密和恢復。
水印嵌入方法的具體步驟是:
由于旋轉攻擊會導致圖像邊角信息的丟失,為了使Zernike矩計算更加精確,選擇載體圖像的內切圓作為Zernike矩計算域,并選擇該圓的內接正方形作為水印嵌入區域。
步驟1:獲取正方形的原始載體圖像I(M,M),M是圖像的行和列,I的內切圓記作S,S的內接正方形用來嵌入水印,記做x,對x進行一級離散小波變換(DWT),得到低頻子帶LL、高頻子帶HH、混合子帶HL和LH,其矩陣大小為將其低頻子帶LL劃分為互不重疊的n×n個大小為m×m的子塊,n是m的整數倍,將每小塊按行排列,Ai表示第i個矩陣塊。
步驟2:對每個分塊矩陣進行奇異值分解(SVD),Yi=[λ1,λ2,…λj…λr],λj表示奇異值矩陣Si的第j個非零奇異值,其中j=1,2,…r,r是矩陣Ai的秩,Yi為非零奇異值組成的向量。
步驟3:對待嵌入的水印W采用logistic映射混沌模型進行混沌加密得到加密后水印W0,記映射初值為X0,混沌系數μ∈(3.5699,4],然后將加密后的水印按行排成一列,將初值X0和μ當作密鑰,缺少任何一個參數或者參數不正確,都無法解密。
步驟4:計算向量Yi的歐幾里德范數,選擇Δ作為Norm(Yi)的量化步長,令N=[Norm(Yi)/Δ],[…]表示取整。
步驟5:根據如下規則嵌入比特b,b表示待嵌入比特:


步驟6:對計算歐幾里德范數,其中根據向量得到新的奇異值矩陣重構新的矩陣塊得到新的低頻部分LL′。
步驟7:根據LL′、HL、LH、HH進行逆離散小波變換(IDWT),重構出嵌入水印的圖像;計算水印圖像的Zernike矩值作為校正幾何攻擊的參數,記為密鑰K。
水印提取方法的具體步驟是:
步驟a:計算水印圖像的Zernike矩值,并與密鑰K比較,如果一致表示未被攻擊,直接進入步驟b;如果不一致表示受到攻擊,水印圖像對進行幾何校正,再對校正后圖像的水印嵌入域進行一級小波分解,取其低頻部分LL′′,然后進入步驟b。
步驟b:對低頻部分LL′′進行m×m分塊,將每小塊按行排列,表示第i個矩陣塊,對每一個小塊進行奇異值分解令λj是奇異值矩陣的第j個奇異值,j=1,2,…r,r是矩陣的秩。
步驟c:計算向量的歐幾里德范數,計算N=[Norm(Yi)/Delta],]]>[…]表示取整。
步驟d:若N′′是偶數,則提取比特b=1,若N′′是奇數,b=0,然后將提取出的一維序列按照行列組合成矩陣,對該矩陣進行混沌解密即可恢復水印。
本發明方法利用Zernike矩的旋轉、縮放不變性,通過Zernike矩判斷幾何攻擊類型,并進行校正,并結合DWT域水印算法對有損壓縮和高頻濾波具有較好的抗攻擊性以及SVD抵抗幾何攻擊良好的特性,提出了一種基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒盲水印方法,該方法不僅可以很好的抵抗旋轉、縮放攻擊,而且對常規信號處理也具有很好的魯棒性。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進一步說明。
一種基于Zernike矩的DWT-SVD魯棒盲水印方法包括水印嵌入和水印提取兩部分。
第一部分水印嵌入的具體實施步驟如下:
Step1:選擇512×512像素的Lena作為原始載體圖像,對載體圖像的水印嵌入區域X進行一級DWT變換,將低頻子帶LL分割成4×4大小的矩陣,Ai表示第i個矩陣塊,對每個分塊矩陣進行SVD分解令Yi=[λ1,λ2,…λr],λj表示奇異值矩陣Si的第j個非零奇異值,其中j=1,2,…r,r是矩陣Ai的秩,i=1,2,…32×32。
Step2:選取32×32像素的二值圖像“信息安全”作為水印,記作W,對水印進行混沌加密,得到W0,將W0按行排成一列。
Step3:計算向量Yi的歐幾里德范數,選擇Delta作為Norm(Yi)的量化步長,令N=[Norm(Yi)/Delta],[…]表示取整,Delta取36可以使不可見性與魯棒性之間達到最優平衡。
Step4:b表示待嵌入比特,根據如下規則嵌入比特b:
Else
Step5:Norm(Yi)N×Delta+(Delta/2);]]>Yi=Yi×(Norm(Yi)/Norm(Yi)).]]>根據向量得到新的奇異值矩陣重構新的矩陣塊得到新的低頻部分LL′。
Step6:根據LL′、HL、LH、HH進行逆DWT(IDWT),重構出嵌入水印的圖像。計算含水印圖像中Zernike矩計算域的2個矩值Z22和Z51作為校正幾何攻擊的參數,記為密鑰K。
第二部分水印提取的具體實施步驟如下:
Step1:計算水印圖像的兩個Zernike矩值:Z22和Z51,并與密鑰K比較,判斷攻擊類型,之后進行幾何校正,對校正后圖像的水印嵌入域進行一級小波分解,取其低頻部分LL′′。
Step2:對低頻部分LL′′進行4×4分塊,對每一個小塊進行SVD分解令λj是奇異值矩陣的第j個奇異值,j=1,2,…r,r是矩陣的秩。
Step3:計算向量的歐幾里德范數,計算[…]表示取整,Delta取36。
Step4:若N′′是偶數,則提取比特b=1,否則,b=0,然后將提取出的一維序列按照行列組合成矩陣,對該矩陣進行混沌解密即可恢復水印。

關 鍵 詞:
基于 ZERNIKE DWTSVD 魯棒盲 水印 方法
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