[发明专利]一种鲁棒的数字图像自适应零水印方法

摘要

本发明公开了一种鲁棒的数字图像自适应零水印方法，其主要包括零水印嵌入和零水印检测两部分，零水印嵌入和零水印检测均是在离散小波变换和离散傅里叶变换复合域内进行的，充分利用了离散小波变换得到的小波逼近子图的良好稳定性和离散傅里叶变换得到的幅度谱的平移不变性的特点，使本发明方法具有好的鲁棒性，能够抗常规图像处理和完全免疫于图像平移攻击；同时由于本发明方法并没有将二值数字水印嵌入到原始数字图像中，而是将其注册到水印数据库中，因此没有对原始数字图像数据产生任何破坏，不存在图像质量的下降问题，嵌入的二值数字水印完全不可觉察，能够很好地平衡数字水印的鲁棒性和不可觉察性之间的矛盾。

主权项

1.一种鲁棒的数字图像自适应零水印方法，包括零水印嵌入和零水印检测两部分，其特征在于所述的零水印嵌入包括以下步骤：①-1、在零水印嵌入端，将待嵌入二值数字水印的原始数字图像记为F，将待嵌入的二值数字水印记为W，对原始数字图像F进行归一化处理，然后对归一化处理后的数字图像进行L级二维离散小波变换，得到一个第一小波逼近子图F_A和多个第一小波细节子图，其中，原始数字图像F的分辨率为M×N，M表示待嵌入数字水印的原始数字图像F的竖直分辨率，N表示待嵌入数字水印的原始数字图像F的横向分辨率，待嵌入的二值数字水印W的分辨率为U×V，U表示待嵌入的二值数字水印W的竖直分辨率，V表示待嵌入的二值数字水印W的横向分辨率，第一小波逼近子图F_A的分辨率为(M/2^L)×(N/2^L)，M/2^L表示第一小波逼近子图F_A的竖直分辨率，N/2^L表示第一小波逼近子图F_A的横向分辨率，min()为取最小值函数，max()为取最大值函数，符号表示取小于其自身的最大整数；①-2、对第一小波逼近子图F_A进行二维离散傅里叶变换，得到一个分辨率与第一小波逼近子图F_A的分辨率相同的二维第一离散傅里叶频谱，记为F_AF；然后从二维第一离散傅里叶频谱F_AF中提取出二维第一离散傅里叶幅度谱，记为F_AA，F_AA＝abs(F_AF)，abs()为求幅度函数；①-3、对二维第一离散傅里叶幅度谱F_AA进行扫描排列，得到一个一维第一幅度谱系数序列，记为F_AAD，F_AAD＝{f_aad(x)，1≤x≤(M/2^L)×(N/2^L)}，其中，f_aad(x)表示一维第一幅度谱系数序列F_AAD中的第x个幅度谱系数；①-4、从一维第一幅度谱系数序列F_AAD中顺序选取U×V+1个彼此幅度谱系数值相差δ的幅度谱系数，构成一个新的一维第一幅度谱系数序列，记为F_AADN，F_AADN＝{f_aadn(y)，1≤y≤U×V+1}，并记录新的一维第一幅度谱系数序列F_AADN中的各个幅度谱系数在一维第一幅度谱系数序列FAAD中的位置信息，其中，f_aadn(y)表示新的一维第一幅度谱系数序列F_AADN中的第y个幅度谱系数，δ为设定的差值阈值；①-5、依次比较新的一维第一幅度谱系数序列F_AADN中相邻前后两个幅度谱系数的大小，设相邻前后两个幅度谱系数中的前一个幅度谱系数为f_aadn(z)，设相邻前后两个幅度谱系数中的后一个幅度谱系数为f_aadn(z+1)，如果f_aadn(z)＞f_aadn(z+1)，则返回值1，反之，则返回值0；然后将所有返回值按先行后列顺序排列方式贮存于一个大小为U×V的二维矩阵中，将该二维矩阵作为第一二值水印密钥，记为W_B，其中，1≤z≤U×V；①-6、将待嵌入的二值数字水印W进行置乱处理，记置乱后的二值数字水印为W₁，然后将置乱后的二值数字水印W₁与第一二值水印密钥W_B进行异或运算得到水印信息，记为W′，W′＝xor(W₁，W_B)，再将水印信息W′保存到注册机构的水印数据库中，完成零水印的嵌入，其中，xor()为异或运算函数；①-7、零水印嵌入端将记录的新的一维第一幅度谱系数序列F_AADN中的各个幅度谱系数在一维第一幅度谱系数序列F_AAD中的位置信息、保存在注册机构的水印数据库中的水印信息W′、零水印嵌入端的二值数字水印W传输给零水印检测端；所述的零水印检测包括以下步骤：②-1、在零水印检测端，将嵌入有二值数字水印的数字图像记为TF，对嵌入有二值数字水印的数字图像TF进行归一化处理，然后对归一化处理后的数字图像进行L级二维离散小波变换，得到一个第二小波逼近子图TF_A和多个第二小波细节子图，其中，嵌入有二值数字水印的数字图像TF的分辨率为M′×N′，M′表示嵌入有二值数字水印的数字图像TF的竖直分辨率，M′＝M，N′表示嵌入有二值数字水印的数字图像TF的横向分辨率，N′＝N，第二小波逼近子图TF_A的分辨率为(M′/2^L)×(N′/2^L)，M′/2^L表示第二小波逼近子图TF_A的竖直分辨率，N′/2^L表示第二小波逼近子图TF_A的横向分辨率，min()为取最小值函数，max()为取最大值函数，符号表示取小于其自身的最大整数；②-2、对第二小波逼近子图TF_A进行二维离散傅里叶变换，得到一个分辨率与第二小波逼近子图TF_A的分辨率相同的二维第二离散傅里叶频谱，记为TF_AF；然后从二维第二离散傅里叶频谱TF_AF中提取出二维第二离散傅里叶幅度谱，记为TF_AA，TF_AA＝abs(TF_AF)，abs()为求幅度函数；②-3、对二维第二离散傅里叶幅度谱TF_AA进行扫描排列，得到一个一维第二幅度谱系数序列，记为TF_AAD，TF_AAD＝{tf_aad(x)，1≤x≤(M′/2^L)×(N′/2^L)}，其中，tf_aad(x)表示一维第二幅度谱系数序列TF_AAD中的第x个幅度谱系数；②-4、根据零水印嵌入端记录的新的一维第一幅度谱系数序列F_AADN中的各个幅度谱系数在一维第一幅度谱系数序列F_AAD中的位置信息，从一维第二幅度谱系数序列TF_AAD中提取出相应位置的U×V+1个幅度谱系数，构成一个新的一维第二幅度谱系数序列，记为TF_AADN，TF_AADN＝{tf_aadn(y)，1≤y≤U×V+1}，其中，tf_aadn(y)表示新的一维第二幅度谱系数序列TF_AADN中的第y个幅度谱系数；②-5、依次比较新的一维第二幅度谱系数序列TF_AADN中相邻前后两个幅度谱系数的大小，设相邻前后两个幅度谱系数中的前一个幅度谱系数为tf_aadn(z)，设相邻前后两个幅度谱系数中的后一个幅度谱系数为tf_aadn(z+1)，如果tf_aadn(z)＞tf_aadn(z+1)，则返回值1，反之，则返回值0；然后将所有返回值按先行后列顺序排列方式贮存于一个大小为U×V的二维矩阵中，将该二维矩阵作为第二二值水印密钥，记为W′_B，其中，1≤z≤U×V；②-6、对保存在注册机构的水印数据库中的水印信息W′和第二二值水印密钥W′_B进行异或运算，提取得到二值数字水印W₂，W₂＝xor(W′，W′_B)，再将二值数字水印W₂进行反置乱处理得到具有版权认证信息的数字水印W^*，其中，xor()为异或运算函数；②-7、计算得到的具有版权认证信息的数字水印W^*与零水印嵌入端的二值数字水印W的相关性，确定是否检测出嵌入的二值数字水印。