[发明专利]一种基于提升小波的数字水印嵌入及提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字水印技术，特别涉及一种基于提升小波的数字水印嵌入及提取方法。

背景技术

互联网与数字媒体技术飞速发展，信息媒体的数字化对传统的媒体传播产生了很大的影响。数字技术的发展弊益皆有，在信息提速的同时，媒体信息安全性保障面临尖锐课题——数字产品的侵权、盗版和随意篡改。与普通媒体相比，数字媒体更加便捷，开放，因此，数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题，数字技术的信息安全受到了严峻的考验，数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。

数字水印技术通过在原始媒体数据中嵌入秘密信息——水印来证实该数据的所有权归属。水印可以是代表所有权的文字、产品或所有二维图像、视频或音频数据、随机序列等。从图像处理的角度看，嵌入水印信号可以视为在强背景下迭加一个弱信号，只要迭加的水印信号强度低于人类视觉系统的对比度门限，人凭肉眼就无法感到信号的存在。因此可以将具有特定意义的、与载体内容相关或不相关的标记(水印)，利用数字嵌入的方法，隐藏在载体，即数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息的完整性和可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。数字水印的研究涉及信息论、编码理论、通信原理、信号处理、信息安全等多学科多门类。近年来数字水印技术在数字信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛发展，具有良好的应用前景。

数字水印技术作为一个跨多领域、多学科(数字信号处理、图像处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学、语音处理等)的技术体系，由于它与具体的应用密切相关，因此每个研究人员介入的角度、采用的研究方法和设计策略也各不相同，但都是围绕着实现数字水印的各种基本特征进行设计，这也决定了数字水印技术研究成果的多样性以及数字水印技术研究的不完善性。

发明内容

本发明是针对现在数字水印技术缺乏多样性和不完善性的问题，提出了一种基于提升小波的数字水印嵌入及提取方法，通过研究提升小波变换在数字图像中的嵌入及提取方法，使该水印方法在鲁棒性和不可察觉性之间取得最佳平衡，并尽可能实现较低的算法复杂度以满足实际应用的要求。

本发明的技术方案为：一种基于提升小波的数字水印嵌入及提取方法，包括如下具体步骤：

1）水印图像的构造：任意选择水印图像后，采用图像处理中的置乱技术对水印图像进行进一步的处理，通过对水印图像进行置乱处理，实现了对其进行加密，置乱后的水印图像用表示，水印大小为                                                / ，并将水印按列展开成行向量  ；

2）数字水印的嵌入：得到构造好的水印图像后，按以下步骤将水印嵌入待保护的数字图像中，

A：对宿主图像进行小波的s级提升分解，得到一个低频子带图  ，  子带小波系数矩阵  尺寸要大于嵌入水印的尺寸；

B：确定一个阈值T，寻找满足  的重要性系数，并用建立的矩阵  来记录重要性系数的位置，如果  是重要性系数，则在  矩阵相应位置记录1，反之则为0；

C：按照  矩阵记录的重要性系数的位置，按列循环，一次嵌入水印信息  ，采用下述嵌入公式：

 　,并且当嵌入的二值水印信息  为1时，将  矩阵记录为2，产生一个记忆矩阵，式中，  为水印的嵌入强度；

D：按照修改后的低频子带系数和其他高频子带系数，进行s级逆向提升小波变换，得到嵌入水印的重构图像；

3）数字水印的提取：在数字图像中嵌入数字水印后，水印图像的提取步骤如下所示：

a：对含水印的载体图像进行s级提升小波变换，得到低频子带系数矩阵  ,与低频子带相对应，同样的方法形成组合高频子带系数矩阵  ；

b：根据 记忆矩阵所记录的重要性系数的位置，按列循环根据下式进行处理：

 　　　　　 

式中， 为提取的可能含有水印的向量；

c：水印存在性判断，设定一个阈值T，计算归一化互相关系  ：

                         

式中，  为原始的置乱后的水印向量，将  与设定的阈值进行比较，判断水印是否存在，若存在则进行步骤d，若不存在则停止水印的提取过程；

d：将  按列的方式恢复成  的矩阵，根据水印图像构造中保留的密钥，进行反置乱，恢复水印图像。