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1、水印图像的提取方法专利名称：水印图像的提取方法技术领域：本发明涉及图像处理的技术领域，具体是一种水印图像的提取方法。背景技术：随着数字多媒体技术以及因特网技术的飞速发展，多媒体产品的安全问题成为目前一个相当重要而又富有挑战性的研究课题。数字水印技术是实现数字产品版权保护的一种潜在的有效方法，目前已成为信息安全领域的一个研究热点，也是信息隐藏研究领域的一种重要分支，数字水印正是在这样的背景下应运而生，并成为目前学术界研究的一个前沿热门方向。鉴于目前大多数商标或版权标志都是以灰度图像或彩色图像表示的，因此如何嵌入灰度水印图像的研究具有很重要的实用价值，也更有意义，更加符合实际需求。由于信息隐藏容量
2、的限制，采用灰度图像作为图像水印进行嵌入不但嵌入难度高，而且难于实现盲提取，在提高嵌入水印的鲁棒性的同时，也降低了其不可感知性，所以这方面的研究还不是很多。透明性与稳健性是数字水印技术两个基本特性。一般嵌入含水印的图像若透明性比较好(即PSNR比较大)则稳健性比较差(检测的相关系数NC比较小)，它们是相互矛盾的，透明性与鲁棒性都与水印的嵌入位置和嵌入强度息息相关。本发明就是为解决这一技术难题，结合图像能量分析在合适的位置嵌入尽可能强的水印信息，即在同一嵌入强度下提高峰值信噪比的同时又要提高检测相关系数NC。根据数字水印的作用可以将数字水印分为鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱水印。(I)鲁棒水印的主要
3、目的在于保护数字作品的版权，它要求嵌入后的水印能够经受各种常用的信号处理操作，包括无意的或恶意的处理，如有损压缩、滤波、平滑、裁减、几何变形等等。鲁棒水印在经过各种处理后，只要宿主图像没有被破坏到不可使用的程度。都应能够检测出来。因此该类水印的稳健性要求较高。(2)脆弱水印主要用于保护数字作品的完整性，鉴别数字作品的真伪。(3)半脆弱水印要求能够抵抗一定程度的有益的信号处理操作，如JPEG压缩等，该水印比脆弱水印稍鲁棒些。发明内容本发明第一要解决的技术问题是提供一种灰度水印图像的提取方法。本发明其次要解决的技术问题是解决水印算法中透明性与鲁棒性相矛盾问题。为解决上述技术问题，本发明提供的水印图
4、像的提取方法，包括如下步骤(a)对矩阵为I(M,m的原始载体图像和矩阵为/(U)的待检含水印图像分别分割成8 X 8图像块，并对各8X8图像块进行DCT变换，根据8X8模板从各8X8图像块中取出对应的低频与高频数据，并对原始载体图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分别构成3X3的矩阵2与6X6的矩阵-对水印图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分别构成矩阵3 X 3的矩阵i与6 X 6的矩阵互，对所述矩阵A、A分别进行奇异值分I ,4= USVt A =TfSY1 ; (b)求解各8X8图像块中的水印信息变化值,j = !. ，m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数； (C)Wmf8
5、X8图像块中，找出与能量比为前个最大值相对应的8X8图像块，即找出个8X8图像块； (d)所述的个8X8图像块之一的能量比与所述m个的8X8图像块之一的能量比分另Ij记为, J = I,;根据 MV(f) 若f，则图像灰度值二 ，得出个图像信息，K为嵌入强 gjf)=gm0)KJ度； Ce)将所述的个图像信息按照各图像信息所在的8X8图像块的能量比大小依序排列，得出I行列图像序列； Cf)依据混沌置乱算法的逆运算将上述I行列图像序列恢复出水印图像。本发明还提供了水印图像的嵌入和提取方法，其中，所述水印图像的嵌入方法，包括如下步骤 (1)水印图像的预处理将水印图像进行混沌序列置乱，并将该水印图像
6、变形成I行列的图像序列，即个图像信息； (2)嵌入位置的选择将原始载体图像由矩阵为分割成相应个数的互不覆盖的8X8图像块(即长宽都为8个像素的矩形图像块)，对各8X8图像块进行DCT (离散余弦变换)变换，根据8X8模板(即长宽都为8个像素的矩形图像模板)取出各8X8图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成3X3的矩阵A和6X6的矩阵B，对矩阵、进行奇异值分解并求其矩阵范数，求解各8X8图像块的能量比g，能量比茗=I，其中p为所述矩阵B的首个奇异值，为所述矩阵A的首个奇异值；找出与%能量比为前个最大值相对应的8X8图像块； (3)水印嵌入的数据选择水印信息即所述个图像信息，
7、依次一一对应地选择在按所述能量比g从大到小排列的个8X8图像块的所述矩阵A的奇异值分解的首个值中自适应地嵌入，嵌入强度随图像块的能量比自动调节； (4)对嵌入水印信息的各8X8图像块进行DCT逆变换，得到含水印信息的图像。在进行上述步骤(3)的水印嵌入的数据选择时逐一对个8X8图像的矩阵A进行奇异值分解的方法为A=TJSVt ,式中U已Rmxm Se RMxM , V巴R關，U和V都是正交矩阵，S为对角阵；取出S对角矩阵首个奇异值并嵌入水印，嵌入公式S,(IX)= Si(U) +KiXWri ,i = h.n ;嵌入强度K随块能量比g自动调节，以实现所述自适应地嵌入，其公式为A = Ogi，
8、= 1. ，式中力基本因子，其取值条件需保证嵌入含水印信息的图像峰值信噪比(PSNR)大于36db ； m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数；将新奇异值代入乂 = USVr ,求出含水印信息的低频数据i，并将数据送回相应的8 X 8图像块中的对应位置。所述水印图像的提取方法，包括如下步骤 (a)对矩阵为的原始载体图像和矩阵为/(M,iY)的待检含水印图像分别分割成8 X 8图像块，并对各8X8图像块进行DCT变换，根据8X8模板从各8X8图像块中取出对应的低频与高频数据，并对原始载体图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分别构成3 X 3的矩阵J与6 X 6的矩阵B ,对水印图像中的各
9、8 X 8图像块内的低频与高频数据 分别构成矩阵3 X 3的矩阵j与6 X 6的矩阵g，对所述矩阵2分别进行奇异值分解A=USFr , 2 = USYt ； (b)求解各8X 8图像块中的水印信息变化值= S、(!,I) - Sj CU) , j = Iw , m为原始图像分割成所述8X8图像块的总块数； (C)Wmf8X8图像块中，找出与能量比为前个最大值相对应的8X8图像块，即找出个8X8图像块； (d)所述的个8X8图像块之一的能量比与所述m个的8X8图像块之一的能量比分另 Ij 记为 )与 gM (J) = ;根据 AW(j) 若 n _ ，则图像灰度值-sage 二 ，得出n个图像信
10、息，K为嵌入强 Sn vi SmJ)度； (e)将所述的个图像信息按照各图像信息所在的8X8图像块的能量比大小依序排列，得出I行列图像序列； Cf)依据混沌置乱算法的逆运算将上述I行列图像序列恢复出水印图像。进一步，在所述步骤(a)中从8X8模板设置的低频与高频区系数中取出1X9的数据A (9)、I X 36的数据B (36)数组，将此数组变形成3X3的方阵2、j，再对方阵2、4进行SVD分解运算，取出奇异值对角矩阵中的首个值。所述步骤(C)中对原始载体图像矩阵为、待检含水印图像为/(,奶，分别分割成相应个数的互不覆盖的8 X 8图像块，并对每个块进行DCT变换，从8 X 8模板设置的低频与高
11、频区系数中取出1X9的数据A (9)、136的数据B (36)数组，将此数组变S再形成3X3的方阵、66方阵B，再对方阵、B进行SVD分解运算，确定能量比g =，%找出与能量比为前个最大值相对应的8X8图像块。 本发明具有积极的效果(I)本发明的自适应灰度水印图像的嵌入方法，利用混沌置乱去除原始水印与置乱水印的相关性，提高水印的安全性。通过对原始载体图像I分块作DCT变换与模板分块矩阵SVD分解、矩阵范数，计算块能量比，找寻分块的最佳嵌入位置，提高水印的透明性。在嵌入过程中各分块嵌入强度随能量比自动调节，大大提高了水印的稳健性。鉴于大多数商标或版权信息都是以灰度图像或彩色图像表示，利用本发明向
12、原始载体图像I中嵌入有意义的灰度水印信息，具有重要的实用价值，更加符合实际需求。(2)本发明在8 X 8图像块的DCT域作奇异值分解并用其矩阵范数表示图像能量，利用分块图像能量分析寻找法，确定适合嵌入水印的分块，提高了水印的不可见性。(3)本发明在嵌入过程中每个分块的嵌入强度随分块的能量比g自动调节，大大增强了水印的鲁棒性。(4)本发明根据8 X 8模板将分块分为低、中、高三部分，将水印嵌入3 X 3矩阵奇异值分解的首个值中，这也提高的水印的稳健性。为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中 图I为实施例中的水印图像。图2为8X8模板
13、。图3为水印图像的嵌入流程 图4为水印图像的提取流程 图5为将含水印的图像分别进行品质因子为90、75、50、30、10的压缩的结果示意图； 图6为对含水印的原始图像分别进行加噪、滤波攻击实验的结果示意 图7为对含水印的原始图像分别进行剪切、旋转、缩放攻击实验的结果示意图。具体实施例方式(实施例I) 见图1-3，本实施例的水印图像的嵌入对象为一矩阵为/(MiA/)的原始载体图像(M=N=512,即长、宽各为512像素的图像)，其格式为未压缩的8位以上高精度灰度位图(bmp或tiff)，也可选取JPG格式的图像。灰度水印图像一般选取商标或版权标志，像素的总数要求比载体图像要小(/8*/8)，实施
14、例中选取像素大小为40X49的灰度水印。载体图像嵌入位置确定及嵌入灰度水印信息步骤如下 (I)水印图像的预处理。为保证水印的安全性，将水印图像进行一些算法(如混沌序列置乱法等)置乱，置乱后图像记为W，并将图像40X49变形成I行1960列图像序列一维数组。(2)嵌入位置选择。将原始载体图像/(512,512)分割成相应个数的互不覆盖的8X8图像块，共计m=4096块，对各图像块进行DCT变换，根据8X8模板取出各8X8图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成3X3的A与6X6的B矩阵。一幅数字图像从线性代数角度可以看成是由许多实数项组成的一个矩阵。用来表示一个图像矩阵，其奇
15、异值分解为3个矩阵的乘积。权利要求1.一种水印图像的提取方法，包括如下步骤 (a)对矩阵为/(紙A/)的原始载体图像和矩阵为/(氣奶的待检含水印图像分别分割成8 X 8图像块，并对各8X8图像块进行DCT变换，根据8X8模板从各8X8图像块中取出对应的低频与高频数据，并对原始载体图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分另Ij构成3X3的矩阵2与6X6的矩阵对水印图像中的各8X8图像块内的低频与高频数据分别构成矩阵3 X 3的矩阵J与6 X 6的矩阵5，对所述矩阵2、A分别进行奇异值分2.一种水印图像的嵌入和提取方法，其特征在于 所述水印图像的嵌入方法包括如下步骤 (1)水印图像的预处理将水印图像进行混沌序列置乱，并将该水印图像变形成I行列的图像序列，即个图像信息； (2)嵌入位置的选择将原始载体图像由矩阵为/(UO分割成相应个数的互不覆盖的8 X 8图像块，对各8 X 8图像块进行DCT变换，根据8X8模板取出各8X8图像块中对应的低频与高频数据，并将所述低频与高频数据分别组成3 X 3的矩阵A和6 X 6的矩阵B，对矩阵、进行奇异值分解并求其矩阵范数，求解各8X8图像块的能量比g，能量比g = %，其中 为所述矩阵B的首个奇异值，%为所述矩阵A的首个奇异值；找出与能量比为前个最大值所对应的8X8图像块； (3)水印嵌入的数据选择水印信息即所述个图像
