[发明专利]一种基于Contourlet变换和Schur分解的彩色数字图像盲水印方法

权利要求书

1.一种基于Contourlet变换和Schur分解的彩色数字图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和水印提取过程来实现的，其水印嵌入过程描述如下：

第一步：首先，对一幅大小为N×N的彩色水印图像W作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层水印图像；然后，对每个分层水印图像进行基于密钥Ka_i，Kb_i，Kc_i的Lorenz混沌映射得到置乱后的三个分层水印图像W_i；将分层水印图像W_i中的每个十进制像素值转换为8位二进制数，依次连接成长度为8N²的水印位序列SW_i，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第二步：首先，对一幅大小为M×M的彩色宿主图像H作降维处理，得到红、绿、蓝三个分层宿主图像H_i，对每一个分层宿主图像H_i进行Contourlet变换，提取其低频系数矩阵B_i；然后，将其低频系数矩阵B_i划分成大小为m×m非重叠的系数块，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第三步：利用基于密钥Kd_i的MD5哈希伪随机选块算法从每一层低频系数矩阵B_i中选择大小为m×m的系数块csblock，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第四步：根据公式（1），对系数块csblock进行Schur分解，得到酉矩阵U和上三角矩阵V；

[U,V]=schur(csblock) （1）

其中，上三角矩阵V的主对角非零元素λ_i为系数块csblock的第i个特征值，i=1, 2, …,r，r表示系数块csblock的秩，其主对角线上元素满足λ₁λ₂λ₃…λ_r；

第五步：按照先后顺序依次从分层水印位序列SW_i中选取待嵌入水印位w；利用公式（2）对上三角矩阵V中的第一个主对角元素λ₁进行量化以嵌入水印位w，得到含水印的第一个主对角元素λ₁^*；

（2）

其中，round(.)是四舍五入的取整函数，xor(.)是异或函数，mod(.)是取余函数，QT是选定的量化步长；

第六步：用含水印的第一个主对角元素λ₁^*替换原上三角矩阵V中第一个主对角元素λ₁，得到含水印的上三角矩阵V^*；利用公式（3）进行逆Schur分解得到含水印低频系数块csblock^*；

csblock^*=U×V^*×U^T （3）

第七步：含水印低频系数块csblock^*更新到其在分层低频系数矩阵B_i中的相应位置，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第八步：重复执行本过程的第三步到第七步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，由此得到含水印的分层低频系数矩阵B_i^*；然后，对水印的分层低频系数矩阵B_i^*执行逆Contourlet变换，得到含水印的分层宿主图像H_i^*，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第九步：组合三层含水印的分层宿主图像H_i^*得到含水印图像H^*，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

其水印提取过程描述如下：

第一步：首先，通过降维处理将含水印图像H^*分成红、绿、蓝三个含水印的分层图像H_i^*；同时，对每一个含水印的分层图像H_i^*进行Contourlet变换，提取其低频系数矩阵B_i^*；然后，将低频系数矩阵B_i^*划分成大小为m×m的非重叠系数块，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第二步：利用基于密钥Kd_i的MD5哈希伪随机选块算法从含水印低频系数矩阵B_i^*中选择含水印系数块csblock^*，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第三步：利用公式（4），对含水印系数块csblock^*进行Schur分解，得到酉矩阵U和上三角矩阵V^*；

[U,V^*]=schur(csblock^*) （4）

其中，上三角矩阵V^*的主对角非零元素λ_i^*为系数块csblock^*的第i个特征值，i=1, 2,…, r，r表示系数块csblock^*的秩，其主对角线上元素满足λ₁^*λ₂^*λ₃^*…λ_r^*；

第四步：利用上三角矩阵V^*中的第一个主对角元素λ₁^*，根据公式（5）从含水印系数块csblock^*中提取水印位w^*；

（5）

其中，fix(.)是向零方向取整函数，mod(.)是取余函数，QT为选定的量化步长；

第五步：重复执行本过程的第二步和第四步，得到提取的二进制水印位序列SW_i^*；然后，依次将SW_i^*中每8位二进制信息划分为一组并转换成十进制的像素值，形成分层置乱水印图像；然后，对分层置乱水印图像进行基于密钥Ka_i，Kb_i，Kc_i的逆Lorenz混沌映射，最终获得提取的分层水印图像W_i^*，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层；

第六步：组合提取的分层水印图像W_i^*形成最终的提取水印图像W^*，其中i=1, 2, 3分别表示红、绿、蓝三层。