一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入及提取方法技术

本发明专利技术涉及数字水印技术领域，公开了一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入及提取方法，包括以下具体步骤：获取原始图像；基于原始图像进行基于攻击模拟仿真的自适应归一化操作，得到归一化极谐波变换矩；进行最低嵌入最低强度的水印嵌入，得到带有水印的归一化极谐波变换矩和其量化失真；通过归一化极谐波变换矩进行自适应归一化的逆操作得到误差图像；通过误差图像得到候选水印图像；对候选水印图像进行攻击模拟仿真；计算舍入失真；得到包含水印与辅助信息的中间图像；并生成哈希值；通过哈希值完成鲁棒可逆水印嵌入

【技术实现步骤摘要】
一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入及提取方法


[0001]本专利技术涉及数字水印
，更具体的，涉及一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入及提取方法
。

技术介绍

[0002]随着数字图像的广泛应用和传播，保护数字图像的版权和完整性至关重要
。
[0003]数字水印技术通过将数字信息嵌入到数字媒体中，起到版权保护和完整性认证的作用
。
近年来对于能够抵抗诸如噪声
、
压缩和滤波等常规信号处理攻击的图像鲁棒可逆水印研究已取得了很大进展
,
但是对于旋转和缩放等几何攻击仍具有鲁棒性差和嵌入容量不足的缺点
。
鲁棒可逆水印具有在载体图像未受到攻击时，嵌入的水印信息可以被正确提取且载体图像可以被完全恢复，而载体图像受到一定程度攻击时，水印信息依然可以被无损的正确提取的特点
。
鲁棒可逆水印融合了鲁棒水印和可逆水印技术，适用于需要完整性认证和版权保护的场景，如数字艺术品和高保真图像
。
该技术不仅能在图像受到攻击后有效提取水印信息，还能在未受到攻击的情况下准确恢复原始图像
。
然而，能够同时抵抗常见的信号处理和几何变形攻击的鲁棒可逆水印方法在鲁棒性和嵌入容量两个方面都仍有欠缺，并且尚未有利用目标攻击作为先验知识以提高鲁棒性和嵌入容量的鲁棒可逆水印嵌入方法和提取方法
。
[0004]现有技术有一种基于
Zernike
矩抗几何攻击的可逆鲁棒水印方法，其通过计算图像的
Zernike
矩，并将水印嵌入至
Zernike
矩上
。
通过比较水印图像的哈希值与从水印图像中提取出的哈希值来判断图像是否受到攻击，当判断图像未受到攻击时，利用图像的
Zernike
矩提取水印信息并恢复原始图像；当判断图像受到攻击时，计算受到攻击后带有水印信息图像的
Zernike
矩，并利用带有水印信息图像的
Zernike
矩提取水印信息
。
[0005]然而现有技术依然存在水印鲁棒性和嵌入容量不足的问题，如何专利技术有足够水印鲁棒性和嵌入容量的鲁棒可逆水印嵌入
、
提取方法及系统，是本
亟需解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有技术存在的水印鲁棒性和嵌入容量不足的问题，提供了基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入
、
提取方法及系统，其具有自适应水印嵌入的特点
。
[0007]为实现上述本专利技术目的，采用的技术方案如下：
[0008]一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入方法，包括以下具体步骤：
[0009]S1
：获取原始图像
I
；
[0010]S2
：计算原始图像
I
的
n
阶
m
次极谐波变换矩
M
n,l
；
[0011]S3
：对所述的极谐波变换矩
M
n,l
进行基于攻击模拟仿真的自适应归一化操作，得到归一化极谐波变换矩
[0012]S4
：对归一化极谐波变换矩进行最低嵌入最低强度的水印嵌入，得到带有水印的归一化极谐波变换矩和其量化失真
d
quantified
；
[0013]S5
：对带有水印的归一化极谐波变换矩进行自适应归一化的逆操作，得到带有水印的极谐波变换矩
[0014]S6
：获取带有水印的极谐波变换矩与极谐波变换矩
M
n,l
的差值，得到误差图像叠加误差图像和原始图像
I
，得到候选水印图像
[0015]S7
：对候选水印图像进行攻击模拟仿真，并提取受到攻击后的图像中的水印信息若提取的水印信息中有水印比特提取错误且水印比特的嵌入强度等级小于等于设定的阈值，则增大所述水印比特的嵌入强度等级，并回到步骤
S4
；否则，将候选水印图像作为鲁棒水印图像
[0016]S8
：对鲁棒水印图像进行去水印操作，得到去水印图像
I
watermarking
‑
removal
；
[0017]S9
：计算原始图像和去水印图像
I
watermarking
‑
removal
之间的舍入失真
d
rounding
；
[0018]S10
：将量化失真
d
quantified
、
舍入失真
d
rounding
、
鲁棒水印图像的前若干个像素的最低有效位作为辅助信息；使用可逆水印方法将辅助信息嵌入到鲁棒水印图像中，得到包含水印与辅助信息
w2的中间图像
[0019]S11
：将中间图像的前若干个像素的最低有效位替换成0值，并生成哈希值
H1；通过哈希值替换中间图像的前若干个像素的最低有效位，得到鲁棒可逆水印图，完成鲁棒可逆水印嵌入
[0020]优选的，所述的步骤
S2
中，计算原始图像
I
的
n
阶
m
次极谐波变换矩
M
n,l
，具体为：
[0021]设定阶数
M
，以大小为
K
×
K
的原始图像
I
的中心为圆心，作内切圆；以内切圆为单位圆，求单位圆内的像素的极谐波变换矩；基于所述内切圆构建极谐波变换基
V
n,l
(x,y)
；通过
V
n,l
(x,y)
计算极谐波变换矩，得到
n
阶
l
次极谐波变换矩
M
n,l
：
[0022][0023]其中，
Δ
x
s
和
Δ
y
t
分别表示图像单位圆的
x
轴和
y
轴步长，
f(x
s
,y
t
)
表示单位圆内的像素，
(
·
)
*
表示共轭复数，
V
n,l
(x
s
,y
t
)
为圆内的极谐波变换基
。
[0024]进一步的，所述的步骤
S3
中，对所述的极谐波变换矩
M
n,l
进行基于攻击模拟仿真的自适应归一化操作，得到归一化极谐波变换矩具体步骤为：
[0025]S301...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1
：获取原始图像
I
；
S2
：计算原始图像
I
的
n
阶
m
次极谐波变换矩
M
n,l
；
S3
：对所述的极谐波变换矩
M
n,l
进行基于攻击模拟仿真的自适应归一化操作，得到归一化极谐波变换矩
S4
：对归一化极谐波变换矩进行最低嵌入最低强度的水印嵌入，得到带有水印的归一化极谐波变换矩和其量化失真
d
quantified
；
S5
：对带有水印的归一化极谐波变换矩进行自适应归一化的逆操作，得到带有水印的极谐波变换矩
S6
：获取带有水印的极谐波变换矩与极谐波变换矩
M
n,l
的差值，得到误差图像叠加误差图像和原始图像
I
，得到候选水印图像
S7
：对候选水印图像进行攻击模拟仿真，并提取受到攻击后的图像中的水印信息若提取的水印信息中有水印比特提取错误且水印比特的嵌入强度等级小于等于设定的阈值，则增大所述水印比特的嵌入强度等级，并回到步骤
S4
；否则，将候选水印图像作为鲁棒水印图像
S8
：对鲁棒水印图像进行去水印操作，得到去水印图像
I
watermarking
‑
removal
；
S9
：计算原始图像和去水印图像
I
watermarking
‑
removal
之间的舍入失真
d
rounding
；
S10
：将量化失真
d
quantified
、
舍入失真
d
rounding
、
鲁棒水印图像的前若干个像素的最低有效位作为辅助信息；使用可逆水印方法将辅助信息嵌入到鲁棒水印图像中，得到包含水印与辅助信息
w2的中间图像
S11
：将中间图像的前若干个像素的最低有效位替换成0值，并生成哈希值
H1；通过哈希值替换中间图像的前若干个像素的最低有效位，得到鲁棒可逆水印图，完成鲁棒可逆水印嵌入
2.
根据权利要求1所述的基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入方法，其特征在于：所述的步骤
S2
中，计算原始图像
I
的
n
阶
m
次极谐波变换矩
M
n,l
，具体为：设定阶数
M
，以大小为
K
×
K
的原始图像
I
的中心为圆心，作内切圆；以内切圆为单位圆，求单位圆内的像素的极谐波变换矩；基于所述内切圆构建极谐波变换基
V
n,l
(x,y)
；通过
V
n,l
(x,y)
计算极谐波变换矩，得到
n
阶
l
次极谐波变换矩
M
n,l
：其中，
Δ
x
s
和
Δ
y
t
分别表示图像单位圆的
x
轴和
y
轴步长，
f(x
s
,y
t
)
表示单位圆内的像素，
(
·
)
*
表示共轭复数，
V
n,l
(x
s
,y
t
)
为圆内的极谐波变换基
。3.
根据权利要求2所述的基于攻击模拟仿真的鲁棒可逆水印嵌入方法，其特征在于：所述的步骤
S3
中，对所述的极谐波变换矩
M
n,l
进行基于攻击模拟仿真的自适应归一化操作，得到归一化极谐波变换矩具体步骤为：
S301
：从
BOWS2
数据库中随机选择
1000
张图像，并对它们进行攻击模拟仿真测试，通过双平方多项式拟合方法将测试结果拟合为二元三次多项式：其中，
T
ni,li
代表拟合的结果，同时也为自适应归一化权重；
n
i
和
l
i
分别为用于嵌入第
i
个水印比特的极谐波变换矩
M
ni,li
的阶数和次数；
p1～
p
10
为拟合运算得；
S302
：选择用于水印嵌入的极谐波变换矩
M
n,l
，进行自适应归一化得到归一化的极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤毅超，王春桃，黎靖宇，边山，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：