[发明专利]一种新型的基于矩阵Schur分解的数字水印方法

摘要

本发明公开了一种新型的基于矩阵Schur分解的数字水印方法，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；然后，通过系数量化技术修改上三角矩阵的最大系数，从而将加密的彩色水印图像信息嵌入到彩色宿主图像中；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，可达到盲提取的目的。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预处理算法、水印嵌入算法和水印提取算法来实现的，其水印预处理算法的具体步骤描述如下：第一步：将一幅大小为的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_n，n=1,2,3分别表示红，绿，蓝色彩分量；第二步：将每个色彩分量水印进行基于私钥KA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序列；所述的水印嵌入算法的具体步骤描述如下：第一步：嵌入块的选择：将彩色宿主图像H也分成三个分量图像H_m，m=1,2,3分别表示红，绿，蓝三层，并将每个分量图像H_m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；第二步：按照公式（2）对嵌入块H_i,j进行Schur分解获得其酉矩阵U_i,j和上三角矩阵T_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)第三步：根据公式（3）确定上三角矩阵T_i,j中的最大能量元素所在的位置index,从而根据公式（4）确定最大能量元素，其中find( )是查找函数，max( )是求最大值函数；        (3)                               (4)第四步：根据公式（5），修改上三角矩阵T_i,j中的最大能量元素以嵌入水印w，并得到含水印的上三角矩阵；      (5)其中，w是要嵌入的水印，是因嵌入水印而被修改后的结果，是水印嵌入系数，T是水印嵌入强度，mod( )是取余函数；第五步：利用公式（6）进行逆Schur变换，得到嵌入水印后的图像块；                     (6)第六步：重复执行水印嵌入算法的第二步到第五步，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^*；所述的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，m=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：按照公式（2）对含水印的图像块进行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位置index，从而根据公式（4）确定最大能量元素；第五步：根据公式（7）,利用上三角矩阵中的最大能量元素提取水印信息，其中mod( )是取余函数；        (7)第六步：重复执行水印提取算法的第三步至第五步，直到提取所有的水印信息，把这些提取的信息按照每8位一组转换为十进制的像素值，然后形成分量水印，n=1, 2, 3分别表示红，绿，蓝三层；第七步：将每个分量水印图像进行基于私钥KA的Arnold逆变换，然后结合成最终提取的水印W^*。