CN108681982A - 一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法及系统，包括：获取水印图像和待加水印图像；基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。本发明通过根据待加水印图像，对水印图像进行加密，使得加密水印图像可分散分布在整个待加水印图像上，进一步基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，实现数字水印的无痕嵌入到待加水印图像中，从而可避免通过裁剪等方法将数字水印删除。

Description

一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法及系统

技术领域

本发明涉及水印加密技术领域，尤其涉及一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法及系统。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，数字产品尤其是图片以及视频得以在网络上大量传播，其自身易获取和易复制的特点使得对该类产品的版权保护十分困难，网络上的盗版和侵权的问题日益严重，因此，数字产品的版权归属，多媒体信息的传输安全以及如何有效的防止盗版成为当前时代迫切需要解决的问题，目前常用的图像加水印主要为空域加水印和频域水印，空域加水印方法主要是直接在空域上对图像像素进行操作；频域加水印方法主要是通过图像变换的方法将水印信息嵌入到图像的频域中产生不可见的水印。

基于空域的盲水印方法计算量小，操作简单，但是对图像的侵入性大，而且对于图像进行裁剪操作很容易就去掉了水印信息，鲁邦性很差，这种水印常见于视频网站或者图像网站的。基于频域的加水印装置可以有效的隐藏水印信息，但是，这种加水印的装置在图像信息不完整的情况下较难提取出之前的水印或者提取出的水印信息较模糊，缺乏一定的辨识度。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的水印加密方法产生的加水印图像中的水印信息明显，容易被删除。

发明内容

本发明实施例提供一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法及系统，可实现数字水印的无痕嵌入。

一方面，本发明实施例提供了一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，包括：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

可选的，所述基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像，具体包括：

对所述水印图像进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext；

分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标；

将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列；

将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

可选的，所述基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像，具体包括：

对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，W_encode表示加密水印图像；

将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值和奇异向量：

S′＝U₁S₁V₁ ^T；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应；

将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T；

其中，A表示所述加水印图像。

可选的，还包括：

基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

可选的，所述基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像，具体包括：

根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量；

对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量；

根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量；

根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*：

其中，λ表示常量；

分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：

根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，包括：

获取单元，用于获取水印图像和待加水印图像；

加密单元，用于基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

嵌入单元，用于基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

存储单元，用于对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

可选的，所述加密单元包括：

扩展模块，用于对所述水印图像进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext；

置换模块，用于分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标；

排序模块，用于将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列；

组合模块，用于将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

可选的，所述嵌入单元包括：

第一分解模块，用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

叠加模块，用于将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，W_encode表示加密水印图像；

第二分解模块，用于将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值和奇异向量：

S′＝U₁S₁V₁ ^T；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应；

聚合模块，用于将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T；

其中，A表示所述加水印图像。

可选的，还包括：

提取单元，用于基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

可选的，所述提取单元包括：

获取模块，用于根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量；

第三分解模块，用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

填充模块，用于将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

第四分解模块，用于对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量；

第一确定模块，用于根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量；

第二确定模块，用于根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*：

其中，λ表示常量；

解密模块，用于分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：

第三确定模块，用于根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

另一方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明通过根据待加水印图像，对水印图像进行加密，使得加密水印图像可分散分布在整个待加水印图像上，进一步采用奇异值分解方法，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，实现数字水印的无痕嵌入到待加水印图像中，从而可避免通过裁剪等方法将数字水印删除。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法的流程图；

图2(a)为水印图像；

图2(b)水印扩展图像；

图3为加密水印图像；

图4(a)为待加水印图像；

图4(b)为加水印图像；

图5(a)为需要提取的加水印图像；

图5(b)为填充后的加水印图像；

图6(a)为解密前的水印图像；

图6(b)为解密后的水印图像；

图7为本发明实施例中基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统的模块结构示意图。

符号说明：

获取单元—1，加密单元—2，嵌入单元—3，存储单元—4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，通过根据待加水印图像，对水印图像进行加密，使得加密水印图像可分散分布在整个待加水印图像上，进一步采用奇异值分解方法，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，实现数字水印的无痕嵌入到待加水印图像中，从而可避免通过裁剪等方法将数字水印删除。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法包括：

步骤100：获取水印图像和待加水印图像。

步骤200：基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像。

步骤300：基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像。

步骤400：对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量

在步骤100中，水印图像用I表示，像素大小为w×h；待加水印图像用W表示，其像素大小为w₁×h₁。

在步骤200中，所述基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像，具体包括：

步骤201：对所述水印图像(如图2(a)所示)进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext(如图2(b)所示)。

W_ext(x,y)＝I(xmodw,ymodh)(x,y)∈(w₁,h₁) (公式1)。

步骤202：分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标。

所述进行混沌乱序置换，具体包括：

步骤202a：设置像素点坐标的初始值：

步骤202a：根据公式3进行坐标置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标：

其中，置换横坐标序列X(n)＝{x(0),x(1),...,x(n)}，置换纵坐标序列Y(n)＝{y(0),y(1),...,y(n)}。

步骤203：将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列X′(n)，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列Y′(n)。

步骤204：将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

其中，X′(n)＝{x′(0),x′(1),...,x′(n)}，Y′(n)＝{y′(0),y′(1),...,y′(n)}，则将将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，则形成(x′(0),y′(0)),(x′(1),y′(1)),...,(x′(n),y′(n))，(x′(0),y′(0)),(x′(1),y′(1)),...,(x′(n),y′(n))分别表示的像素点组成所述加密水印图像(如图3所示)。

如图4(a)和图4(b)所示，在步骤300中，所述基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像，具体包括：

步骤301：对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T (公式4)；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量。

步骤302：将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode (公式5)；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，在本实施例中取值为1，W_encode表示加密水印图像。

步骤303：将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值：

S′＝U₁S₁V₁ ^T (公式6)；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应。

步骤304：将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T (公式7)；

其中，A表示所述加水印图像。

进一步地，为了提高在图像信息缺失情况下的水印提取的完整性，本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法还包括：

步骤400：基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

如图5(a)和图5(b)所示，在步骤400中，所述基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像，具体包括：

步骤401：根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量。

步骤402：对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T (公式4)；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量。

步骤403：将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

步骤404：对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量。

步骤405：根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量。

步骤406：根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*(如图6(a)所示)：

其中，λ表示常量。

步骤407：分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：(如图6(b)所示)：

W_extract(n,m)＝W^*(X(n),Y(m))(n,m)∈(w₁,h₁) (公式12)。

步骤408：根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法将水印图像进行扩展然后混沌置乱加密，使得水印信息较分散的分布在整个待加水印图像中，使得任何一部分待加水印图像均能包含有水印信息，同时，在频域打入图像中，通过水印图像置乱以及数字水印两层加密的形式保证水印信息的完整性，另一方面，基于奇异值分解图像矩阵，将置乱的水印信息嵌入到待加水印图像中，有较好的鲁棒性，也适用于图像加密等领域中。

此外，本发明还提供一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统。如图7所示，本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统包括获取单元1、加密单元2、嵌入单元3及存储单元4。

其中，所述获取单元1用于获取水印图像和待加水印图像；所述加密单元2用于基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；所述嵌入单元3用于基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；所述存储单元4用于对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

所述获取单元1获取的水印图像用I表示，像素大小为w×h；待加水印图像用W表示，其像素大小为w₁×h₁。

其中，所述加密单元2包括扩展模块、置换模块、排序模块及组合模块。

所述扩展模块用于对所述水印图像进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext：

W_ext(x,y)＝I(xmodw,ymodh)(x,y)∈(w₁,h₁) (公式1)。

所述置换模块用于分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标。

所述置换模块包括设置子模块和置换子模块。

所述设置子模块用于设置像素点坐标的初始值：

所述置换子模块用于根据公式3进行坐标置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标：

所述排序模块用于将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列。

所述组合模块用于将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

所述嵌入单元3包括第一分解模块、叠加模块、第二分解模块及聚合模块。

所述第一分解模块用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T (公式4)；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量。

所述叠加模块用于将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode (公式5)；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，W_encode表示加密水印图像。

所述第二分解模块用于将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值和奇异向量：

S′＝U₁S₁V₁ ^T (公式6)；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应。

所述聚合模块用于将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T (公式7)；

其中，A表示所述加水印图像。

此外，本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统还包括提取单元，所述提取单元用于基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

具体地，所述提取单元包括获取模块、第三分解模块、填充模块、第四分解模块、第一确定模块、第二确定模块、解密模块及第三确定模块。

所述获取模块用于根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量。

所述第三分解模块用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T (公式4)；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量。

所述填充模块用于将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

所述第四分解模块用于对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量。

所述第一确定模块根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量。

所述第二确定模块根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*(如图6(a)所示)：

其中，λ表示常量。

所述解密模块分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：(如图6(b)所示)：

W_extract(n,m)＝W^*(X(n),Y(m))(n,m)∈(w₁,h₁) (公式12)。

所述第三确定模块用于根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

此外，本发明还提供一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

进一步地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

相对于现有技术，本发明基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统、计算机可读存储介质与基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法的有益效果相同，在此不再赘述。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个装置的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，其特征在于，包括：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

2.根据权利要求1所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，其特征在于，所述基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像，具体包括：

对所述水印图像进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext；

分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标；

将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列；

将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

3.根据权利要求2所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，其特征在于，所述基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像，具体包括：

对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，W_encode表示加密水印图像；

将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值和奇异向量：

S′＝U₁S₁V₁ ^T；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应；

将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T；

其中，A表示所述加水印图像。

4.根据权利要求3所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，其特征在于，还包括：

基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

5.根据权利要求4所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取方法，其特征在于，所述基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像，具体包括：

根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量；

对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量；

根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量；

根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*：

其中，λ表示常量；

分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：

根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

6.一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取水印图像和待加水印图像；

加密单元，用于基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

嵌入单元，用于基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

存储单元，用于对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

7.根据权利要求6所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，所述加密单元包括：

扩展模块，用于对所述水印图像进行像素扩展，得到与所述待加水印图像同样像素的水印扩展图像W_ext；

置换模块，用于分别对所述水印扩展图像W_ext中的各像素点的横坐标和纵坐标进行混沌乱序置换，得到对应的置换横坐标和置换纵坐标；

排序模块，用于将各置换横坐标按照数值升序排列得到横坐标加密序列，将各置换纵坐标按照数值升序排列得到纵坐标加密序列；

组合模块，用于将所述横坐标加密序列和纵坐标加密序列进行排列组合，得到多组加密坐标，所述加密水印图像W_encode由所述多组加密坐标对应的多个像素点组成。

8.根据权利要求7所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，所述嵌入单元包括：

第一分解模块，用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

叠加模块，用于将所述加密水印图像叠加到所述待加水印图像的奇异值中，得到叠加矩阵：

S′＝S+λ×W_encode；

其中，S′表示叠加矩阵，λ表示常量，W_encode表示加密水印图像；

第二分解模块，用于将所述叠加矩阵进行奇异值分解，得到所述叠加矩阵的奇异值和奇异向量：

S′＝U₁S₁V₁ ^T；

其中，S₁表示所述叠加矩阵的奇异值，U₁和V₁ ^T分别表示所述叠加矩阵的奇异向量，其中，所述待加水印图像的加密向量为所述叠加矩阵的奇异向量U₁和V₁ ^T，且加密向量与待加水印图像相对应；

聚合模块，用于将所述叠加矩阵的奇异值与所述待加水印图像的奇异向量聚合，得到所述加水印图像：

A＝US₁V^T；

其中，A表示所述加水印图像。

9.根据权利要求8所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，还包括：

提取单元，用于基于奇异值分解，根据对应存储的待加水印图像、加水印图像、以及所述待加水印图像的加密向量，从待提取的加水印图像中提取水印图像。

10.根据权利要求9所述的基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，所述提取单元包括：

获取模块，用于根据待提取的加水印图像，获取对应存储的待加水印图像及所述待加水印图像的加密向量；

第三分解模块，用于对所述待加水印图像进行奇异值分解，得到所述待加水印图像的奇异值和奇异向量：

W＝USV^T；

其中，W表示待加水印图像，像素大小为w₁×h₁，S表示所述待加水印图像的奇异值，U和V^T分别表示所述待加水印图像的奇异向量；

填充模块，用于将待提取的加水印图像进行0像素填充，得到填充图像A^*，使所述填充图像A^*恢复到待加水印图像的像素大小：

第四分解模块，用于对填充图像A^*进行奇异值分解，得到填充图像A^*的奇异值和奇异向量：

其中，表示所述填充图像的奇异值，U^*和V^*T分别表示所述填充图像的奇异向量；

第一确定模块，用于根据所述加密向量以及所述填充图像的奇异值，确定中间矩阵D^*：

其中，U₁和V₁ ^T分别表示加密向量；

第二确定模块，用于根据中间矩阵D^*及所述待加水印图像的奇异值S确定加密水印图像W^*：

其中，λ表示常量；

解密模块，用于分别对所述加密水印图像W^*的各像素点的横坐标和纵坐标进行所述混沌乱序置换的逆运算，得到多组解密坐标，所述扩展水印图像由多组解密坐标对应的多个像素点组成：

第三确定模块，用于根据所述扩展水印图像中的图像轮廓确定水印图像I。

11.一种基于奇异值分解的数字水印的嵌入和提取系统，其特征在于，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以下操作：

获取水印图像和待加水印图像；

基于所述待加水印图像，对所述水印图像进行加密，得到加密水印图像；

基于奇异值分解，将所述加密水印图像嵌入到所述待加水印图像中，得到加水印图像；

对应存储待加水印图像、加水印图像、以及基于奇异值分解得到的所述待加水印图像的加密向量。