基于模式分組和分辨率調整的盲圖像水印算法
2008-04-12 00:00:00雷賁張專成楊慧雅
現代電子技術 2008年1期
摘 要：提出了一個新的基于分組模式編碼和分辨率調整的盲數字圖像水印算法，該算法首先在圖像的空間域中隨機選取相應位置系數的比特位作為水印的嵌入區間，對選出的比特位根據分組編碼原理生成預嵌入模式，然后將一個二值水印圖像嵌入到模式中并對其進行分辨率調整。實驗證明通過模式分組編碼和分辨率調整相結合的方法，可達到水印圖像透明性和魯棒性之間較好的折衷，對于各種常見的圖像處理操作具有較好的抵抗能力。
關鍵詞：分組編碼；分辨率調整;模式;水印
中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：B
文章編號：1004373X(2008)0111302
A Blind Image Watermarking Technique Based on Pattern
Group Coding and Resolution Adjustment
LEI Ben，ZHANG Zhuancheng，YANG Huiya
(Armed Police Force Engineering College，Xi′an，710086，China)
Abstract：It introduces a new blind digital image watermarking algorithm based on the group coding and resolution adjustment.Firstly it chooses the coefficients in the space domain randomly and uses the pattern coding to generate the pre-embedded pattern.Secondly it embeds the watermarking into the pattern and adjusts the resolution.It is showed in the experiments that this method has good performance between the sightlessness and the robustness as well as countering the digital image processing.
Keywords：group coding;resolution adjustment;pattern;watermarking
1 引 言
隨著網絡技術的發展，版權認證和信息的安全問題成為人們日益關注的話題，因此數字水印技術應運而生。目前人們研究的水印算法大都集中在變換域，是因為在空間域中嵌入水印魯棒性不好的缺陷。但是應該注意到的一點是空間域中嵌入水印具有嵌入容量大的特點。本文根據這一特點，提出了一種新的基于模式分組編碼和分辨率調整的盲圖像水印算法，達到了魯棒性和透明性的一個比較好的折衷，同時保持了嵌入容量大的優點。該算法首先在空間域中隨機選擇適當個數的系數作為水印的嵌入區間，然后對所選系數相應的比特位進行模式分組編碼(Pattern Group Coding Technique)，將一幅二值圖像嵌入到原始圖像中，最后對嵌入水印的系數進行分辨率調整
從而達到魯棒性和透明性的要求。
2 模式分組編碼(PGCT)
表1給出了本文所用到的模式分組編碼表，表中共有16個模式，每4個模式為一組，并為每一個模式規定了一個2位的二進制模式值。同一組模式具有相同的模式值。
利用表1這樣的模式分組編碼，可以得到基于模式分組編碼的水印嵌入原理。假定wi=(w1，w2)為將要嵌入的2 b水印信息，wi∈{0，1}，i=1，2，將水印wi=(w1，w2)嵌入模式gi=(g1，g2，g3，g4)，gi∈{0，1}，i=1，2，3，4。水印的嵌入是本著g和g′的漢明距離最小的原則進行的，可以保證只修改模式中小于或等于1 b的信息即可得到嵌入水印后的模式g′i=(g′1，g′2，g′3，g′4)，g′i∈{0，1}，i=1，2，3，4。例如由表1可得，若將水印(0，0)嵌入到模式(0，0，0，1)中，則不需要對原始模式進行修改；若將水印(0，1)嵌入到模式(0，0，0，1)中，只需修改第3位，使其變成模式(0，1，0，1)即可；將水印(1，0)嵌入到模式(0，0，0，1)中，只需修改第4位，使其變成模式(1，0，0，1)即可；將水印(1，1)嵌入到模式(0，0，0，1)中，只需修改第1位，使其變成模式(0，0，0，0)即可。其他模式的水印嵌入情況類似，不再贅述。
3 水印嵌入算法
具體操作過程如下：
(1) 利用密鑰K1隨機選取載體圖像中相應位置的n個系數作為水印嵌入的系數，其中n=2×m，m為二值水印的大小。
(2) 載體系數的區間的選擇：對于一個8 b象素b=b7b6b5b4b3b2b1b0而言，由于修改b7位對圖像質量影響比較大，而修改b0位(LSB算法)魯棒性又不好，因此我們利用密鑰K2隨機選擇一個象素的b6~b1中的一位作為水印嵌入區間。
(3) 生成預嵌入模式：在選出系數的每一個系數中隨機選取1個比特位，每4個隨機比特位編為一組生成水印的預嵌入模式。
(4) 二值水印的預處理：將二值水印逐行掃描得到一個一維序列，而后每2位一組，生成水印模式組。
(5) 嵌入運算：利用模式分組編碼原理修改第(3)步中生成的預嵌入模式，實現水印的嵌入。
(6) 分辨率調整：對于一個嵌入水印后的8 b象素
b′=b7…b′i…b0，假設已經在b′i位嵌入了水印，則保持b7，b′i，b0三位不變，調整除b7，b′i，b0外5位的值使得|b－b′|最小。
4 水印的檢測
首先利用密鑰K1選出嵌入水印的象素，再利用K2選出嵌入水印的象素比特位，然后根據分組編碼原理每4位一組計算出該模式對應的模式值，即為該模式中所嵌入的水印信息。最后將提取出的水印信息還原成二值水印圖像。
5 實驗結果
5.1 水印透明性實驗
本文以512×512×8的“Barb”圖像為例對算法進行了實驗，水印為64×64大小的二值圖像。原始圖像如圖1(a)所示，嵌入水印后的圖像如圖1(b)所示，水印圖像如圖1(c)所示。
從顯示中可以看出，在嵌入4 096 b的二值圖像水印后，原始圖像和嵌入水印后的圖像沒有視覺上的差異，這時的峰值信噪比(PSNR)高達49955 0。
5.2 魯棒性實驗
本文對加了水印的Barb圖像進行了一些常見的攻擊實驗， 實驗中測得了遭到攻擊后含水印圖像的峰值信噪比(PSNR)和提取出水印的正確率(BCR)，實驗結果如表2所示。
6 結 語
本文提出了一種新的可用于版權認證的基于模式分組編碼和分辨率調整的盲數字圖像水印算法，通過實驗的認證，本算法具有良好的魯棒性和透明性，能夠抵抗多種圖像處理操作和噪聲的攻擊。與同類算法相比較有以下優點：
(1) 分組模式編碼的引入大大增強了水印的透明性和魯棒性。
(2) 與分辨率調整相結合，提高了同等條件下的峰值信噪比(PSNR)。
(3) 水印信息嵌入容量比較大。
參 考 文 獻
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作者簡介 雷 賁 男，1982年出生，碩士，通信與信息系統專業。主要研究方向為數字圖像處理。
注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”
