一种基于快速四元数Schur分解的彩色图像盲水印方法

本发明属于信息安全，涉及强鲁棒性、高不可见性、高实时性的大容量彩色数字图像的版权保护。背景技术：：：1、随着5g通信技术的发展，多媒体信息处理方式不断发展和多样化，给人们的生活诸多便利。然而，这些便利也带来了一系列信息安全问题，导致版权纠纷等问题频繁发生。因此，验证数字作品的版权是数字水印技术中的一个关键问题。良好的数字水印技术需要考虑鲁棒性、不可见性、实时性、嵌入容量等多方面的性能。另外，目前版权保护的标识更趋向于美观且信息量高的彩色图像数字水印，使得人们对于彩色图像的关注度更高。因此，设计一种强鲁棒性、高不可见性、高实时性的大容量数字水印算法成为了当前数字水印技术的研究热点。技术实现思路1、从本发明的目的是提供一种基于快速四元数schur分解的彩色图像盲水印方法，其特征在于通过具体的水印嵌入过程和水印提取过程来实现的：2、其水印嵌入过程描述如下：3、第一步：首先，将一幅大小为的24位彩色数字水印图像分成红、绿、蓝三个分层水印图像；然后，将每个分层水印图像采用基于密钥和的二维逻辑调整正弦映射技术进行加密；最后，将置乱后的分层水印图像中的每个十进制数表示的像素用8位二进制数表示，并依次连接形成长度为的分层水印位序列，其中分别表示红、绿、蓝三层；4、第二步：将一幅大小为的24位原始彩色宿主图像分成大小为的非重叠图像块，每一个图像块纵向依次包含红、绿、蓝三层；根据分层水印信息的长度，然后利用函数生成伪随机序列，依据该伪随机序列从宿主图像中选取嵌入图像块；5、第三步：对该嵌入图像块的每个元素添加区间内的随机数值，并将其转换为四元数实对称矩阵，根据公式（1）对的第一列块做快速四元数schur分解，得到四元数实数表示酉矩阵的第一列块和四元数实表示上三角矩阵的第一列块；6、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>u</mi><mi>c</mi><mi>r</mi></msubsup><mi>，</mi><msubsup><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>r</mi></msubsup></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>=</mi><mi>fqsd</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>h</mi><mi>c</mi><mi>r</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mstyle>                      (1)7、其中，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msup><mi>h</mi><mi>r</mi></msup><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>1</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>2</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>3</mn></msub></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>1</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>3</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>2</mn></msub></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>2</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>3</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>1</mn></msub></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>3</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>2</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>1</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msubsup><mi>h</mi><mi>c</mi><mi>r</mi></msubsup><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mn>3</mn></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，，表示生成零矩阵函数，、、分别为图像块红、绿、蓝三原色通道的像素值， 表示快速四元数schur分解函数；8、第四步：按先后顺序从三个分层水印序列中各取出一个待嵌入水印信息，依据该嵌入水印信息及公式（2），对进行更改得到并实现水印的嵌入；9、         (2)10、其中，是取整函数，是在第行第1列的值，是修改后的在第行第1列的值，，分别表示红、绿、蓝三层，是图像块的尺寸大小，是量化步长；11、第五步：利用公式（3）进行逆快速四元数schur分解，得到含水印的四元数实数表示矩阵的第一列块；12、                       (3)13、第六步：将修改后的矩阵中的第一列块更新到载体图像中的相应位置；14、第七步：重复执行本过程的第三步到六步，直到所有的水印信息都被嵌入完成为止，最后，获得含水印图像；15、其水印提取过程描述如下：16、第一步：判断含水印图像是否遭受了攻击：若遭受了几何攻击，则利用公式(4)对进行图像矫正，否则，执行本过程的第二步；17、                        (4)18、其中，为图像矫正函数；19、第二步：将含水印图像分成大小为的非重叠图像块，每一个图像块纵向包含红、绿、蓝三层；20、第三步：利用上述水印嵌入过程中所提到的函数生成的伪随机序列，并依据该伪随机序列选择出所有含水印的图像块；21、第四步：选取一个图像块，使其按红、绿、蓝三原色顺序纵向包含三层的一个图像块，将其转换为四元数实对称矩阵，根据公式（5）对图像块的第一列块做快速四元数schur分解，得到四元数实数表示酉矩阵的第一列块和四元数实表示上三角矩阵的第一列块；22、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>u</mi><mi>c</mi><mrow><mi>r</mi><mi>*</mi></mrow></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>r</mi><mi>c</mi><mrow><mi>r</mi><mi>*</mi></mrow></msubsup></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>=</mi><mi>fqsd</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>h</mi><mi>c</mi><mrow><mi>r</mi><mi>*</mi></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow></mstyle>                      (5)23、其中，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msup><mi>h</mi><mrow><mi>r</mi><mi>*</mi></mrow></msup><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>1</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>2</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>3</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>1</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>3</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>2</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>2</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>3</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>1</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>3</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>-</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>2</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><munderover><mi/><mn>1</mn><mi>*</mi></munderover></mstyle></mtd><mtd><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>h</mi></mstyle><mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msub><mrow/><mn>0</mn></msub></mstyle></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><msubsup><mi>h</mi><mi>c</mi><mrow><mi>r</mi><mi>*</mi></mrow></msubsup><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>1</mn><mi>*</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>2</mn><mi>*</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>3</mn><mi>*</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>，，表示生成零矩阵函数，、、分别为含水印图像块红、绿、蓝三原色通道的像素值，表示快速四元数schur分解函数；24、第五步：利用公式（6），从分解得到的含水印四元数实对称矩阵的第一列块中提取水印；25、                (6)26、其中，是取模运算函数，是在第行第1列的值，，分别表示红、绿、蓝三层，是图像块的尺寸大小，是量化步长；27、第六步：重复执行第四步和第五步，直到提取出所有的二进制水印位为止，然后得到提取的分层二进制水印序列，再把每8位二进制信息作为一组转换成十进制的像素值，其中分别表示红、绿、蓝三层；28、第七步：对转化后的每层十进制像素值采用基于密钥和的二维逻辑调整正弦映射进行解密，获得分层水印图像，其中分别表示红、绿、蓝三层；29、第八步：将三层的水印图像进行重组，最终形成水印图像，其中分别表示红、绿、蓝三层。30、该方法使用四元数来表示宿主图像，在对其进行schur分解后得到上三角矩阵的最大系数，通过四元数量化索引调制技术对最大系数进行量化来完成彩色数字水印的嵌入与盲提取；除此之外，该方法还利用图像的几何校正技术，进一步提高了其鲁棒性。该方法不但在复杂几何攻击中具有较好的鲁棒性，而且具有较好的水印不可见性和较高的实时性。当前第1页12当前第1页12