基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入和提取方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入和提取方法,在該嵌入方法中,提供了一個載體圖像和一個水印圖像,該方法包括如下步驟:先對載體圖像進行二維離散傅里葉變換,得到載體圖像的幅度譜矩陣,再對該載體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序,得到載體圖像的排序后矩陣,并記錄載體圖像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間的映射關系;再將水印圖像嵌入到載體圖像的排序后矩陣中,得到含水印圖像的排序后矩陣;將該含水印的排序后矩陣根據載體圖像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間的映射關系反向映射,得到含水印圖像的幅度譜矩陣;對含水印圖像的幅度譜矩陣進行二維分數傅里葉變換,得到含水印圖像。
【專利說明】基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入和提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水印的嵌入和提取方法,尤其涉及一種圖像盲水印嵌入和提取方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著互聯網技術的迅速發展,人們可以輕松地從因特網上獲取各種多媒體信息, 這使得非法復制、篡改變得更加容易,如何保護多媒體信息的版權,成為迫在眉睫解決的問 題。數字水印技術是指利用數字產品的信息冗余性,把一些標識信息(水印)直接嵌入多 媒體內容中,并能夠檢測或提取水印的技術。數字水印技術作為數字產品版權保護的有效 手段正得到廣泛的研究和應用。
[0003] 故而,日常工作生活中亟需一種能實現水印圖像不可見的技術,現有技術中一方 面缺乏有效的能夠實現水印圖像不可見的手段,另一方面,即使做到了對水印的不可見,其 也場場無法應對圖像的攻擊,例如JPEG壓縮、噪聲攻擊以及剪切攻擊等。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提如何實現水印圖像的不可見,且對抵抗圖像的攻擊 保持較強魯棒性。
[0005] 為了解決這一技術問題,本發明提供了一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌 入方法,其中,提供了一個載體圖像和一個水印圖像,該方法包括如下步驟:
[0006] 先對載體圖像進行二維離散傅里葉變換,得到載體圖像的幅度譜矩陣,再對該載 體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序,得到載體圖像的排序后矩陣,并記錄載體圖 像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間的映射關系;
[0007] 再將水印圖像嵌入到載體圖像的排序后矩陣中,得到含水印圖像的排序后矩陣;
[0008] 將該含水印的排序后矩陣根據載體圖像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣 之間的映射關系反向映射,得到含水印圖像的幅度譜矩陣;
[0009] 對含水印圖像的幅度譜矩陣進行二維分數傅里葉變換,得到含水印圖像。
[0010] 所述水印圖像通過Arnold置亂加密后嵌入到載體圖像的排序后矩陣中。
[0011] 在對載體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序時,對該載體圖像的幅度譜矩 陣的列和行進行降序排列。
[0012] 本發明還提供了一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法,其中,提供了 尺寸相同的含水印圖像和載體圖像,該方法包括如下步驟:
[0013] 先分別對載體圖像和含水印圖像進行二維離散傅里葉變換,分別得到載體圖像的 幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣;
[0014] 然后將載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣的行和列以同樣的映 射關系進行重新排序,分別得到含水印圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣;將含 水印圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣相減,得到水印的排序后矩陣;
[0015] 再根據載體圖像的幅度譜矩陣與載體圖像的排序后矩陣之間的映射關系對水印 的排序后矩陣進行反向映射,得到水印圖像。
[0016] 在對水印的排序后矩陣進行反向映射后,還通過Arnold進行反置亂,從而得到水 印圖像。
[0017] 在將載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣重新排序時,先對載體圖 像的幅度譜矩陣的行和列進行降序排列,然后以相同的映射關系對含水印圖像的幅度譜矩 陣進行排列。。
[0018] 本發明將分數傅里葉變換引入到了水印的嵌入和提取過程中,通過將水印圖像嵌 入在經分數傅里葉變換和重新排序后的矩陣中,再進行反向操作得到加入盲水印后的含水 印圖像。實現了水印圖像的不可見,且對抵抗圖像的攻擊保持較強魯棒性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明一實施例中基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法的流程示 意圖;
[0020] 圖2是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 載體圖像的效果示意圖;
[0021] 圖3是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 中水印圖像的效果不意圖;
[0022] 圖4是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 載體圖像經離散分數傅里葉變換后的效果示意圖;
[0023] 圖5是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 載體圖像經離散分數傅里葉變換和降序排列后的效果示意圖;
[0024] 圖6是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 含水印圖像在二維分數傅里葉變換前的效果示意圖;
[0025] 圖7是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法中 含水印圖像經二維分數傅里葉變換后的效果示意圖;
[0026] 圖8是本發明一實施例中基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法的流程示 意圖;
[0027] 圖9是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法中 含水印圖像的效果示意圖;
[0028] 圖10是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法中 載體圖像的效果示意圖;
[0029] 圖11是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法中 經離散分數傅里葉變換后的含水印圖像的效果示意圖;
[0030] 圖12是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法中 經離散分數傅里葉變換后的載體圖像的效果示意圖;
[0031] 圖13是本發明一實施例所提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法中 提取得到的水印圖像的效果示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 以下將結合圖1至圖13對本發明提供的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入 和提取方法進行詳細的描述,其為本發明一可選的實施例,可以認為,本領域的技術人員在 本發明精神和內容的范圍內能夠對其進行修改和潤色。
[0033] 請參考圖1至圖7,本實施例提供了一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入 方法,其中,提供了一個載體圖像和一個水印圖像,該方法包括如下步驟:
[0034] 先對載體圖像進行二維離散傅里葉變換,得到載體圖像的幅度譜矩陣,再對該載 體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序,得到載體圖像的排序后矩陣,并記錄載體圖 像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間的映射關系;
[0035] 再將水印圖像嵌入到載體圖像的排序后矩陣中,得到含水印圖像的排序后矩陣;
[0036] 將該含水印的排序后矩陣根據載體圖像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣 之間的映射關系反向映射,得到含水印圖像的幅度譜矩陣;
[0037] 對含水印圖像的幅度譜矩陣進行二維分數傅里葉變換,得到含水印圖像。
[0038] 所述水印圖像通過Arnold置亂加密后嵌入到載體圖像的排序后矩陣中。
[0039] 在對載體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序時,對該載體圖像的幅度譜矩 陣的列和行進行降序排列。
[0040] 在本實施例中,主要包括以下三個部分:
[0041] (1)離散分數傅立葉變換
[0042] 對于Lena圖象進行px = 0· 4, py = 0· 1的256X256二維離散分數傅立葉變換, 對變換后的矩陣分別進行列和行降序排列,在變換域的載體圖像矩陣與排序后的矩陣之間 存在一定的 映射關系,具體可參見圖2、4和5進行理解。
[0043] (2)嵌入水印
[0044] 將進行了 Arnold置亂后的加密水印圖象嵌入到分數傅立葉變換并排序的矩陣 中,水印嵌入強度alfa = 0. 1,得到DFRFT域含水印的幅度譜矩陣,本實施例中,水印圖像和 參見圖3進行理解。
[0045] ⑶還原圖像
[0046] 將DFRFT域含水印的幅度譜矩陣按照排序前后的--映射關系映射回去,再與之 前所得相位譜相結合,進行Px = -〇. 4, py = -0. 1二維分數傅立葉變換,即分數傅立葉的逆 變換(IDFRFT),即可還原成含水印的圖像,具體可參見圖6和圖7進行理解。
[0047] 經實驗發現,在不同級次的分數傅里葉變換下進行水印嵌入,所得含水印圖像的 PSNR也不同。在優化的過程中,應盡量選取分數級次較小的區域,一般級次應選擇小于 0· 5〇
[0048] 請參考圖8至圖13,本實施例還提供了一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提 取方法,其中,提供了尺寸相同的含水印圖像和載體圖像,該方法包括如下步驟:
[0049] 先分別對載體圖像和含水印圖像進行二維離散傅里葉變換,分別得到載體圖像的 幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣;
[0050] 然后將載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣的行和列以同樣的映 射關系進行重新排序,分別得到含水印圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣;將含 水印圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣相減,得到水印的排序后矩陣;
[0051] 再根據載體圖像的幅度譜矩陣與載體圖像的排序后矩陣之間的映射關系對水印 的排序后矩陣進行反向映射,得到水印圖像。
[0052] 在對水印的排序后矩陣進行反向映射后,還通過Arnold進行反置亂,從而得到水 印圖像。
[0053] 在將載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣重新排序時,先對載體圖 像的幅度譜矩陣的行和列進行降序排列,然后以相同的映射關系對含水印圖像的幅度譜矩 陣進行排列。
[0054] 在本實施例中,主要包括以下幾個部分:
[0055] (1)水印載體圖像的大小設定
[0056] 為了避免含水印圖像在發布和傳送過程中大小發生了變化而使得水印提取失敗, 在提取水印之前,先將改圖像恢復到載體圖像大小(256X256),即使得含水印圖像與載體 圖像的尺寸相同。
[0057] (2)分數傅立葉變換
[0058] 分別對載體圖像和含水印的圖像進行=0.4, = 0. 1二維分數傅立葉變換 (DFRFT),具體效果可對比參照圖9和圖11以及圖10和圖12進行理解。
[0059] (3)提取水印信息
[0060] 對分數傅立葉變換域的載體圖像幅度譜分別進行列和行的降序排列。對含水印的 圖像也按照變換后的載體圖像幅度譜與排序后的矩陣之間的映射關系進行同樣的映射。將 所得的兩個矩陣進行比較,從所得的差中可提取到的水印信息,最終得到水印圖像,其水印 圖像的效果可參照圖13。
[0061] 由于含水印圖像要對外公布,它可能會受到很多種方式的攻擊,對算法進行攻擊 測試是對水印魯棒性檢測的一種必要手段,一個好的水印算法必須經過各種攻擊測試才能 對之做出客觀的評價。經一系列測試,該提取和嵌入方法對于抵抗一定的JPEG壓縮及噪聲 攻擊以及剪切攻擊具有比較強的魯棒性。
[0062] 綜上所述,本發明將分數傅里葉變換引入到了水印的嵌入和提取過程中,通過將 水印圖像嵌入在經分數傅里葉變換和重新排序后的矩陣中,再進行反向操作得到加入盲水 印后的含水印圖像。實現了水印圖像的不可見,且對抵抗圖像的攻擊保持較強魯棒性。 [0063] 本發明基于離散分數傅里葉變換提出一種圖像數字水印算法。實驗結果顯示,在 原始圖像及水印都為靜態圖像的前提下,嵌入與提取的效果都比較理想,實現了水印的不 可見性。攻擊測試表明,本發明所提出的水印算法具有較好的魯棒性,能夠抵抗常見的圖像 處理操作,如JPEG壓縮、噪聲等。
【權利要求】
1. 一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法,其中,提供了一個載體圖像和一 個水印圖像,該方法包括如下步驟: 先對載體圖像進行二維離散傅里葉變換,得到載體圖像的幅度譜矩陣,再對該載體圖 像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序,得到載體圖像的排序后矩陣,并記錄載體圖像的 排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間的映射關系; 再將水印圖像嵌入到載體圖像的排序后矩陣中,得到含水印圖像的排序后矩陣; 將該含水印的排序后矩陣根據載體圖像的排序后矩陣與載體圖像的幅度譜矩陣之間 的映射關系反向映射,得到含水印圖像的幅度譜矩陣; 對含水印圖像的幅度譜矩陣進行二維分數傅里葉變換,得到含水印圖像。
2. 如權利要求1所述的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法,其特征在于:所 述水印圖像通過Arnold置亂加密后嵌入到載體圖像的排序后矩陣中。
3. 如權利要求1所述的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印嵌入方法,其特征在于:在 對載體圖像的幅度譜矩陣的列和行進行重新排序時,對該載體圖像的幅度譜矩陣的列和行 進行降序排列。
4. 一種基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法,其中,提供了尺寸相同的含水印 圖像和載體圖像,該方法包括如下步驟: 先分別對載體圖像和含水印圖像進行二維離散傅里葉變換,分別得到載體圖像的幅度 譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣; 然后將載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣的行和列以同樣的映射關 系進行重新排序,分別得到含水印圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣;將含水印 圖像的排序后矩陣與載體圖像的排序后矩陣相減,得到水印的排序后矩陣; 再根據載體圖像的幅度譜矩陣與載體圖像的排序后矩陣之間的映射關系對水印的排 序后矩陣進行反向映射,得到水印圖像。
5. 如權利要求4所述的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法,其特征在于:在 對水印的排序后矩陣進行反向映射后,還通過Arnold進行反置亂,從而得到水印圖像。
6. 如權利要求4所述的基于分數傅里葉變換的圖像盲水印提取方法,其特征在于:將 載體圖像的幅度譜矩陣和含水印圖像的幅度譜矩陣重新排序時,先對載體圖像的幅度譜矩 陣的行和列進行降序排列,然后以相同的映射關系對含水印圖像的幅度譜矩陣進行排列。
【文檔編號】G06T1/00GK104123694SQ201410334658
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】魏雯, 趙展 申請人:蘇州工業職業技術學院