CN104680470A - 一种基于dwt-svd的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法，包括如下步骤：1）对原始水印图像进行变换生成傅立叶变换加密全息数字水印，再进行奇异值分解得到奇异值矩阵；2）对RGB彩色载体图像进行通道分离，对B分量进行二级小波分解，对低频系数矩阵进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；3）嵌入，将步骤1）生成的奇异值矩阵乘以嵌入系数K，通过灰度相加的方法嵌入到步骤2）生成的奇异值矩阵中，对生成的奇异值矩阵进行还原、小波逆变换，合并通道得到含有数字水印的RGB彩色载体图像；4）提取，对含有数字水印彩色载体图像进行通道分离，二级小波分解，奇异值分解得到奇异值矩阵，减去步骤2）生成的奇异值矩阵，除以嵌入系数K，进行反变换获取原始水印信息。

Description

一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法

技术领域

本发明涉及一种数字水印防伪技术，特别涉及一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法。 

背景技术

加密全息数字水印无需原始载体图像的参与,通过正确的密匙就可以提取出原始水印图像。傅立叶变换加密全息数字水印技术通过双随机调制模板对原始数字水印信息进行调制，通过傅立叶变换全息技术生成傅立叶变换加密全息数字水印，该水印具有抗攻击性，以及较强的抗低通滤波、噪声、剪切等性能。 

目前加密全息数字水印的嵌入和提取步骤为： 

（1）加密全息数字水印的生成：通过双随机相位调制加密技术、傅立叶变换全息技术，对原始水印图像进行变换生成傅立叶变换加密全息数字水印； 

（2）嵌入：将生成的NxN的全息数字水印图像乘以一定的嵌入系数K(0<K<1)，通过简单的灰度相加的方法嵌入到载体图像中； 

（3）提取：对获取的NxN的含数字水印载体图像进行傅立叶变换加密全息数字水印的反变换获取原始水印信息，进而进行防伪认证。 

傅立叶变换加密全息数字水印提取时需要相应的密钥参与才能恢复出原始水印信息，增强了加密全息数字水印的安全性。但由于获取的待检测的含数字水印载体图像可能会受到旋转等几何攻击，从而导致水印信息不能被提取出来，无法进行防伪认证。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法，能够抵抗任意角度的旋转攻击，提高水印的鲁棒性。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是： 

一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法，包括如下步骤： 

1)对原始水印图像的处理 

通过双随机调制加密方法、傅立叶变换全息数字水印的生成方法，对原始水印图像进行变换生成傅立叶变换加密全息数字水印，再进行奇异值分解（SVD，Sigular value decomposition）得到奇异值矩阵； 

2)对载体图像的处理 

对RGB彩色载体图像进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解（DWT），对得到的低频系数矩阵进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；3)嵌入 

将步骤1）生成的奇异值矩阵乘以设定的嵌入系数K(0<K<1)，通过灰度相加的方法嵌入到步骤2）生成的奇异值矩阵中，对生成的奇异值矩阵进行奇异值还原、二级小波逆变换，合并通道得到含有数字水印的RGB彩色载体图像； 

4)提取 

对含有数字水印的RGB彩色载体图像进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵进行奇异值分解得到奇异值矩阵，减去步骤2）生成的奇异值矩阵，除以嵌入系数K(0<K<1)，进行傅立叶变换加密全息数字水印的反变换获取原始水印信息。 

傅立叶变换加密全息数字水印技术解密时需要密钥的参与，具有较强的抗低通滤波、噪声、剪切等性能，安全性较高。当获取的含数字水印载体图像受到旋转等攻击时，傅立叶变换加密全息数字水印技术不能进行原始数字水印的提取和防伪认证。基于DWT-SVD（Sigular value decomposition，奇异值分解）的变换域嵌入水印方法在旋转攻击时具有较强的鲁棒性。 

本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法，通过双随机相位调制加密技术和傅立叶变换全息技术对原始水印信息进行变换，提高数字水印的安全性，再在DWT-SVD变换域中嵌入傅立叶变换加密全息数字水印能够保证水印的不可见性以及鲁棒性。该方法能够弥补了傅立叶变换加密全息数字水印技术不能抗旋转攻击的不足，能够抵抗任意角度 的旋转几何攻击，在不改变傅立叶变换加密全息数字水印技术安全性的同时，提高了水印的鲁棒性。 

图像的奇异值有很好的稳定性，当图像受到轻微扰动时，它的奇异值不会发生剧烈的改变；奇异值能够表现出图像的内在代数特性而不是视觉特性，反映的是图像矩阵元素之间的关系，而不是元素的特征信息。基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法将水印信息变换成奇异值嵌入载体图像的奇异值矩阵中去，当载体图像发生几何变化时，能够更多的保留嵌入的水印信息，提高了水印的鲁棒性。同时傅立叶变换加密全息数字水印具有密钥的唯一性以及不可见性，提高了水印的安全性。DWT-SVD变换域中嵌入傅立叶变换加密全息数字水印能够保证水印的抗旋转特性、不可见性和安全性的同时，提高了原有傅立叶变换加密全息数字水印抗几何变换、抗噪声干扰等的鲁棒性。 

本发明的优点在于： 

本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法在DWT-SVD变换域中嵌入傅立叶变换加密全息数字水印能够保证水印的抗旋转特性、不可见性和安全性的同时，提高了原有傅立叶变换加密全息数字水印抗几何变换、抗噪声干扰等的鲁棒性。 

附图说明

图1为本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入原理图； 

图2为本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印提取原理图； 

图3～图5为本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入实施例图； 

图6～图8为本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印提取实施例图。 

图9～图10为本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印提取实施例图。 

具体实施方式

参见图1～图8，本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提 取方法如下： 

1)对水印图像的处理： 

通过双随机调制加密方法、傅立叶变换全息数字水印的生成方法，对一副128x128像素的原始水印图像（图3）进行变换获取加密全息数字水印图像（图4），对加密全息数字水印图像（图4）进行奇异值分解SVD分解得到奇异值矩阵Sw； 

2)对载体图像的处理： 

对一副512x512像素的载体图像（图5）进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解（DWT），对得到的低频系数矩阵D进行奇异值分解（SVD分解），得到奇异值矩阵S； 

3)嵌入： 

将奇异值矩阵S_w乘以设定的嵌入系数K，加上奇异值矩阵S得到矩阵S_C，对矩阵S_C进行SVD还原、二级小波逆变换，得到含有水印信息的B分量，合并通道得到含有数字水印的RGB彩色载体图像； 

4)提取：对待检测的含数字水印RGB彩色载体图像（图6）进行通道分离，对得到的B通道进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵C进行SVD分解得到奇异值矩阵W，减去原低频系数矩阵D的奇异值矩阵S，除以嵌入系数K得到全息加密图像（图7），进行傅立叶变换加密全息数字水印的反变换获取原始水印信息（图8）。 

参见图1～图6、图9、图10，本发明基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法如下： 

1)对水印图像的处理： 

对一副128x128像素的原始水印图像（图3）进行变换获取加密全息数字水印图像（图4），对加密全息数字水印图像（图4）进行SVD分解得到奇异值矩阵Sw； 

2)对载体图像的处理： 

对一副512x512像素的载体图像（图5）进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵D进行SVD分解，得到奇异值矩阵S； 

3)嵌入：将奇异值矩阵S_w乘以设定的嵌入系数K，加上奇异值矩阵S得到矩阵S_C，对矩阵S_C进行SVD还原、二级小波逆变换，得到含有水印信息的B分量，合并通道得到含有数字水印的RGB彩色载体图像； 

4)旋转：将含有数字水印的RGB彩色载体图像进行旋转45°，得到待检测的旋转45°的含数字水印RGB彩色载体图像（图9）； 

5)提取：对待检测的旋转45°的含数字水印RGB彩色载体图像（图9）进行通道分离，对得到的B通道进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵C进行SVD分解得到奇异值矩阵W，减去原低频系数矩阵D的奇异值矩阵S，除以嵌入系数K，进行傅立叶变换加密全息数字水印的反变换获取原始水印信息（图10）。 

基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印将水印信息嵌入到DWT-SVD变换域中，DWT-SVD变换域具有旋转不变的性质。即使待检测的含数字水印载体图像受到了旋转攻击，仍旧能够从载体图像的DWT-SVD变换域中提取出水印，进行防伪认证。 

综上所述，本发明通过双随机相位调制加密技术和傅立叶变换全息技术对原始水印信息进行变换，提高数字水印的安全性，再在DWT-SVD变换域中嵌入傅立叶变换加密全息数字水印能够保证水印的不可见性以及鲁棒性。本发明方法弥补了傅立叶变换加密全息数字水印技术不能抗旋转攻击的不足，能够抵抗任意角度的旋转几何攻击，在不改变傅立叶变换加密全息数字水印技术安全性的同时，提高了水印的鲁棒性。 

Claims (1)

1.一种基于DWT-SVD的强鲁棒性全息水印嵌入和提取方法，包括如下步骤：

1)对原始水印图像的处理

通过双随机调制加密方法、傅立叶变换全息数字水印的生成方法，对原始水印图像进行变换生成傅立叶变换加密全息数字水印，再进行奇异值分解得到奇异值矩阵；

2)对载体图像的处理

对RGB彩色载体图像进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵进行奇异值分解，得到奇异值矩阵；

3)嵌入

将步骤1）生成的奇异值矩阵乘以设定的嵌入系数K(0<K<1)，通过灰度相加的方法嵌入到步骤2）生成的奇异值矩阵中，对生成的奇异值矩阵进行奇异值还原、二级小波逆变换、合并通道得到含有数字水印的RGB彩色载体图像；

4)提取

对含有数字水印的RGB彩色载体图像进行通道分离，对得到的B分量进行二级小波分解，对得到的低频系数矩阵进行奇异值分解得到奇异值矩阵，减去步骤2）生成的奇异值矩阵，除以嵌入系数K(0<K<1)，进行傅立叶变换加密全息数字水印的反变换获取原始水印信息。