[发明专利]一种基于矩阵Schur分解的高性能数字水印方法

摘要

本发明公开了一种基于矩阵Schur分解的高性能数字水印方法，旨在改变当前数字水印多为二值或灰度图像的现状，满足彩色数字图像作为数字水印的需要。其技术要点是：首先，将彩色宿主图像降维处理并分成4×4的图像块；其次，把每个图像块进行矩阵Schur分解，并确定其上三角矩阵中最大能量元素所在的列号；然后，在其酉矩阵中找到该列号所对应的第二行元素和第三行元素，通过微调二者之间的大小关系，实现彩色图像数字水印的嵌入；提取水印时，仅需要含水印的宿主图像而无需原始水印或原始宿主图像的帮助，达到盲提取的目的。该方法具有较好的水印不可见性、较强的鲁棒性及较高的执行效率，适用于彩色数字图像作为数字水印的版权保护。

主权项

1.一种基于矩阵Schur分解的数字水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入算法和水印提取算法来实现的，其水印嵌入算法的具体步骤描述如下：第一步：水印序列的生成：首先，将一幅大小为M×M的24位原始水印图像W通过降维处理分成三个二维色彩分量水印W_m，m=1,2,3分别表示红，绿，蓝色彩分量；其次，把每个色彩分量水印进行基于私钥KA_m的Arnold变换置乱；然后，将置乱后的每个色彩分量水印中的像素依次转换为8位二进制序列并组合生成嵌入水印；第二步：嵌入块的选择：将彩色宿主图像H也分成三个分量图像H_n，n=1,2,3分别表示红，绿，蓝三层，并将每个分量图像H_n进一步划分为4×4大小的非重叠的图像块；同时，用公式（1）所示的基于私钥KB的随机间隔算法随机选择嵌入块；  (1)其中，HT表示所有4×4非重叠的图像块数目，ST表示要选择嵌入块的数目， R、C分别表示所选块在宿主图像中的行号与列号，randinterval( )为随机间隔函数；第三步：选取一个嵌入块H_i,j并按照公式（2）进行Schur分解获得其酉矩阵U_i,j和上三角矩阵D_i,j,此处i,j分别表示该图像块所在的行号和列号，schur( )是矩阵Schur分解函数；  （2）第四步：根据公式（3）确定上三角矩阵D_i,j中的最大能量元素所在的列号c,其中find( )是查找函数，max( )是求最大值函数，abs( )是求绝对值函数；  （3）第五步：依据确定的列号c定位到酉矩阵U_i,j中的第c列；第六步：根据公式（4）、（5），修改酉矩阵U_i,j中的第二行第c列元素和第三行第c列元素以嵌入水印w，并得到含水印的酉矩阵；  (4)  (5)其中，w是要嵌入的水印，和分别是和因嵌入水印而被修改后的结果，sign( ) 是求符号函数，T是水印嵌入强度，；第七步：利用公式（6）进行逆Schur变换，得到嵌入水印后的图像块；  （6）第八步：重复执行步骤第三步到第七步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止；最后，将含水印的红、绿、蓝分层图像重新组合并获得含水印的图像H^*；其水印提取算法的具体步骤描述如下：第一步：将含水印图像H^*分成三个含水印的分量图像，n=1,2,3分别表示红，绿，蓝三层，并将每一个含水印的分量图像进一步分成4×4的非重叠图像块；第二步：利用公式（1）所示的基于私钥KB的随机间隔算法选择含水印的图像块；第三步：选取一个含水印的图像块，并按照公式（2）进行Schur分解获得其酉矩阵和上三角矩阵,此处i,j分别表示该图像块所在的行号和列号；第四步：根据公式（3）确定上三角矩阵中的最大能量元素所在的列号c；第五步：依据确定的列号c，并定位到酉矩阵中的第c列；第六步：根据公式（7）,利用酉矩阵中的第二行第c列元素和第三行第c列元素，提取水印信息；  （7）第七步：重复执行第三步至第六步，直到提取所有的水印信息，把这些提取的信息按照每8位一组进行分解，并转换为十进制的像素值，然后形成分量水印，m=1, 2, 3分别表示红，绿，蓝三层；第八步：将每个分量水印进行基于私钥KA_m的逆Arnold变换，并结合成最终提取的水印W^*。