一種DCT域水印嵌入與提取算法研究

摘 要： 理論上，講在DCT域的DC系數(shù)嵌入水印有更好的魯棒性，而有意義二值圖像的優(yōu)點在于意義直觀的。在此提出了一種DCT域的有意義二值圖像水印嵌入和檢測、提取算法。用二值水印圖像調(diào)制偽隨機序列生產(chǎn)水印序列，將宿主圖像分塊并分類，水印嵌入到DCT域的DC系數(shù)。仿真試驗了嵌入、攻擊和提取過程，表明該算法嵌入的水印有比較好的魯棒性和不可見性。

關(guān)鍵詞： 信息隱藏； 數(shù)字水印； 魯棒性； DCT

中圖分類號： TN919?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0055?03

在多媒體通信網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展和信息傳播速度和渠道日益增加的今天，如何有效地進行版權(quán)保護引起人們?nèi)找骊P(guān)注。數(shù)字水?。―igital Watermarking）技術(shù)可以針對此問題作為實現(xiàn)版權(quán)保護的有效途徑，于是逐漸演變成為信息安全研究領(lǐng)域中的熱點之一，也成為信息隱藏技術(shù)的一種方法。通過可應(yīng)用的算法提取水印，即可作為證明作者版權(quán)的證據(jù)[1] 。按水印嵌入域的不同可將水印算法分為空間域算法[2]和變換域算法[3?8]，一般來說，變換域算法相較于空間域算法的更為不可見，魯棒性更強?；陔x散余弦變換（Discrete Cosine Transformation，DCT）域的數(shù)字水印是目前研究很多的一種數(shù)字水印，也是數(shù)字圖像處理及信號處理常用的一種正交變換，是圖像編碼的核心技術(shù)之一[6?7]。

之前多數(shù)研究傾向于將水印嵌入到DCT域中的中低頻系數(shù)，而黃繼武等提出DCT域的直流分量更適合嵌入水印[9]。本文在黃繼武等的研究基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一種DCT域的有意義二值圖像水印算法。首先，用二值水印圖像調(diào)制偽隨機序列生產(chǎn)水印序列，將宿主圖像分塊并分類，對宿主圖像的分塊做DCT變化，將二值圖像水印嵌入到DCT域的直流系數(shù)。仿真試驗顯示此算法有較好的魯棒性和透明性。

1 水印基本原理

1.1 六元組水印框架

水印的用途是證明作者的版權(quán)，所以需要將水印嵌入到原作（即水印的載體）中；為了不破壞原作的藝術(shù)性，嵌入水印后需保持載體的可用以及水印的不可見性；需要證明版權(quán)時，水印能夠提取出來；載體受到攻擊時，水印能最大化地保持在載體中的嵌入，遭受最小化的破壞，即水印具有魯棒性。Voyatizis和Pitas建立了數(shù)字水印的原理框架[10]，他們將數(shù)字水印算法劃分為3個基本步驟：水印的生成、嵌入和提取。數(shù)字水印的基本框架可以定義為一個六元組（i，w，k，g，e，d），應(yīng)用在圖像載體中，其中的元素定義如下：

2 DCT域嵌入和提取水印的算法分析

黃繼武等提出，保證水印不可見性的前提下，嵌入水印到DCT域的直流（DC）分量比嵌入到交流（AC）分量能達到更好的魯棒性[9]。黃繼武等提出2點理由：首先，DCT域的DC系數(shù)比AC系數(shù)的振幅大的多，由 Weber定律和視覺系統(tǒng)的照度掩蔽特性可得出DC系數(shù)比AC系數(shù)有更大的感覺容量的結(jié)論；其次，根據(jù)信號處理理論，嵌入水印的圖像最有可能遭遇到的圖像處理和攻擊，對DC分量的破壞比AC分量要少。

與偽隨機序列等無意義水印相比，有意義圖像水印的優(yōu)點在于水印意義直觀。而有意義圖像作水印需將該圖像轉(zhuǎn)換為二值序列。筆者選擇用二值水印圖像調(diào)制偽隨機序列生產(chǎn)水印序列，將宿主圖像分塊并分類，水印嵌入到DCT域的DC系數(shù)。

2.1 水印的嵌入

（3）背景紋理越復(fù)雜，水印可見性門限就會越高；背景越亮，水印可見性門限也會越高。據(jù)此可根據(jù)圖像的局部紋理復(fù)雜性，改變水印的嵌入強度。把原始圖像塊按邊緣點密度分為兩類[11]：有較弱紋理的為S1；較強紋理的為S2，每一類嵌入水印強度不同，以實現(xiàn)嵌入算法的自適應(yīng)性。判定圖像塊類別的判決門限為T1，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定T1值為3。

2.2 水印的檢測和提取

針對上文水印嵌入算法的水印檢測算法如下：

判斷水印是否存在的標準為：若p值大于判決門限T2，可判定待測圖像中有水印存在；否則，判定待測圖像中沒有水印存在。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定判決門限T2為5，得出有無嵌入水印的結(jié)論。

水印的提取算法如下：

（2）對每一分塊進行DCT變換，得到各個頻率的變換系數(shù)Blockk（u，v）。根據(jù)嵌入式（8）逆推得到水印提取公式，考慮到圖像塊類別的不同，根據(jù)提取公式在各塊DC系數(shù)提取水印序列。根據(jù)提取出的水印序列及偽隨機噪聲序列，得到提取出的二值水印圖像。

3 實驗結(jié)果

4 結(jié) 語

本文提出的基于DCT變換的靜態(tài)數(shù)字圖像水印嵌入與提取算法特點在于保證水印不可見性的同時將水印嵌入到DCT變換的DC系數(shù)上，實現(xiàn)了水印嵌入強度自適應(yīng)地調(diào)整。仿真實驗證明，該算法簡單易行，計算量小，不會引起圖像嚴重失真，又可保證水印的魯棒性。

參考文獻

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