[发明专利]一种基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法

权利要求书

1.一种基于混沌序列的数字水印嵌入和提取方法，其特征在于，在发送端，包括以下步骤：

步骤1：二值数字水印图像进行混沌置乱

将二值数字水印图像W按行重排为一维的二值序列{w₁，w₂，…w_k}，然后与混沌二值序列{x₁，x₂，…，x_k}逐位进行异或操作，得到二值序列{w′₁，w′₂，…w′_k}，即混沌置乱的数字图像W′；

步骤2：原始载体图像进行预处理

从原始载体图像I分割，提取出k个m×m大小的图像子块I_i，i＝1，2，…，k，然后对每一图像子块I_i进行离散余弦变换，得到系数矩阵P_i，i＝1，2，…，k，选取每一图像子块I_i的系数矩阵P_i的第一个系数P_i(1，1)，组成一个低频分量矩阵A；

低频分量矩阵A进行奇异值变换A＝USV^T，得到对角矩阵S的奇异值序列{λ₀，λ₁，…λ_k}；

步骤3：将二值数字水印图像嵌入到原始载体图像中

(1)、二值数字水印图像嵌入的位置

利用数字1～k混沌排列构成位置编号序列{c₁，c₂，…，c_k}，混沌置乱的数字图像W′中的序列元素w′_i，i＝1，2…，k依据位置编号序列{c₁，c₂，…，c_k}进行重新排列，构成新的混沌置乱的数字图像W″；

(2)、嵌入

新的混沌置乱的数字图像W″进行以下运算，得到新的对角矩阵S′奇异值序列{λ′₀，λ′₁…λ′_k}，从而得到新的对角矩阵S′

{λ′₀，λ′₁，…λ′_k}＝{λ₀，λ₁，…λ_k}+α×W″

其中，常数α为尺度因子，用来控制数字水印添加的强度；

(3)、输出含二值数字水印图像的目标图像

进行奇异值反变换A′＝U×S′×V^T，得到新的低频分量矩阵A′，将每一系数矩阵P_i中的第一个系数P_i(1，1)替换为新的低频分量矩阵A′中相对应的值，这样就得到了新的系数矩阵P′_i，i＝1，2，…，k，对每一个新的系数矩阵P′_i，i＝1，2，…，k进行离散余弦逆变换后，得到k个m×m大小的新的图像子块I′_i，将k个新的图像子块I′_i进行合并，得到含二值数字水印图像的目标图像I′；

步骤4：含二值数字水印图像的目标图像I′传输到接收端；混沌二值序列{x₁，x₂，…，x_k}、位置编号序列{c₁，c₂，…，c_k}、尺度因子α以及对角矩阵S通过安全通道机制传输到接收端；

在接收端，包括以下步骤：

步骤5：提取混沌置乱的数字图像

对接收到的二值数字水印图像的目标图像I′进行步骤1相同的分割，提取出k个m×m大小的新的图像子块I′_i，i＝1，2，…，k，然后对每一个新的图像子块I′_i进行离散余弦变换，得到了新的系数矩阵P′_i，i＝1，2，…，k；

取每一个新的系数矩阵P′_i的第一个系数P′_i(1，1)组成新的低频分量矩阵A′，然后对新的低频分量矩阵A′进行奇异值变换A＝US′V^T，得到新的对角矩阵S′，从而得到S′奇异值序列{λ′₀，λ′₁，…λ′_k}；

按照公式{λ′₀，λ′₁，…λ′_k}＝{λ₀，λ₁，…λ_k}+α×W″计算出新的混沌置乱的数字图像W″，再依据位置编号序列{c₁，c₂，·…，c_k}还原出混沌置乱的数字图像W′；

步骤6：还原二值数字水印图像

混沌置乱的数字图像W′依据混沌二值序列{x₁，x₂，…，x_k}还原为二值数字水印图像W。