基于圖像連通性不變文檔水印算法的魯棒性研究

郗艷華

摘要：針對(duì)二值文檔圖像的連通性是其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出對(duì)基于圖像連通性不變文檔水印算法的魯棒性進(jìn)行研究。利用可翻轉(zhuǎn)像素標(biāo)準(zhǔn)確定可翻轉(zhuǎn)像素，然后將加密后水印信息代替可翻轉(zhuǎn)像素實(shí)現(xiàn)水印嵌入，對(duì)含水印圖像進(jìn)行噪聲攻擊和局部篡改的魯棒性分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法具有良好的不可見(jiàn)性，能夠抵抗噪聲攻擊，并且也能抵抗刪除、修改和添加等局部篡改攻擊，其特點(diǎn)可用于對(duì)一些文檔圖像的版權(quán)保護(hù)。

關(guān)鍵詞：文檔水??；連通性；魯棒性

中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)23-5712-03

Robust of Document Watermarking Algorithm Based on Connectivity-Preserving

XI Yan-hua

(School of Physics and Electronics Engineering, Xianyang Normal University, Xianyang 712000, China)

Abstract: For the binary document imagesconnectivity is its topology, the robust of the document watermarking algorithm by connectiv? ity-Preserving is analyzed. The criteria of the flippable pixels are used to judge the flippable pixels. The watermarked image can be ob? tained by inserting the encryptedwatermarking into the flippable pixels. The watermarking is performed by extracting the central pixel in the embeddable blocks. Experiments show that the watermarked document image has good quality. The algorithm has robustness for the noise attackand local tampering attack such as deletion, modification and addition.It can be used to protect the copyright of the binary document images.

Key words: document watermarking; connectivity; robust

1概述

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和多媒體技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)文該文檔的版權(quán)保護(hù)以及內(nèi)容認(rèn)證越來(lái)越受到廣泛重視。數(shù)字水印技術(shù)作為保護(hù)數(shù)字文檔圖像版權(quán)和完整性的有效手段，已成為信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于數(shù)字文檔圖像來(lái)講，一種典型算法是通過(guò)在空間域翻轉(zhuǎn)圖像中對(duì)視覺(jué)影響較小的個(gè)別像素來(lái)嵌入水印。

文獻(xiàn)[1]根據(jù)翻轉(zhuǎn)像素引起的圖像塊連通性與平滑性的變化情況，通過(guò)翻轉(zhuǎn)圖像塊中優(yōu)先級(jí)別高的像素點(diǎn)進(jìn)行水印嵌入。文獻(xiàn)[2]提出了利用圖像塊連通性不變確定可翻轉(zhuǎn)像素，然后利用hash函數(shù)對(duì)除去可翻轉(zhuǎn)像素的圖像進(jìn)行一系列加密處理后前后進(jìn)行水印嵌入，該方法用于圖像完整性認(rèn)證。由于二值文檔圖像的連通性是其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),當(dāng)其經(jīng)受平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸、壓縮、扭變等操作后,其連通性是不變的。所以該文對(duì)文獻(xiàn)[2]中提出的基于圖像連通性不變的水印算法的魯棒性進(jìn)行研究分析。

2像素可翻轉(zhuǎn)性判斷

二值圖像中像素與像素之間的關(guān)系用鄰接來(lái)表示。除圖像邊緣外,每個(gè)像素都有8個(gè)鄰點(diǎn)。在對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí),常采用2種鄰接定義: 4鄰接和8鄰接，該文采用4鄰接，由4個(gè)鄰點(diǎn)組成的鄰域稱為4鄰域，兩個(gè)像素點(diǎn)是4鄰接,則稱它們?yōu)?連通，類似的有8連通[3]。如圖1所示3×3圖像塊的中心點(diǎn)像素為P,則其4鄰域分別是W1、W3、W5、W7。二值圖像只有黑白2個(gè)灰度級(jí)，因此對(duì)這種圖像修改必須考慮改動(dòng)該像素點(diǎn)對(duì)其鄰域的影響。許多學(xué)者對(duì)于該方面進(jìn)行了大量研究。其中文獻(xiàn)［2］提出了基于圖像塊連通性不變的數(shù)字文檔認(rèn)證水印算法，該算法中利用圖像塊的連通性不變的特點(diǎn)來(lái)判斷像素的可翻轉(zhuǎn)性，其判斷標(biāo)準(zhǔn)為：

像素的可翻轉(zhuǎn)性是由3×3圖像塊中中心像素和其領(lǐng)域的連通性決定的。假設(shè)“1”代表黑像素，“0”代表白像素。

圖4（c）被添加的含水印圖像及提取水印圖4（d）被修改的含水印圖像及提取水印

2）局部篡改攻擊

由于實(shí)際生活中針對(duì)文本圖像的攻擊主要集中在局部篡改上，體現(xiàn)在對(duì)文本的刪除、添加和修改攻擊等方面。圖4(a)（b）分別為對(duì)圖2（c）含水印圖像的進(jìn)行兩處（第

3行和第9、10、11行）和一處（第7行）刪除攻擊，圖4（c）和（d）為對(duì)含水印圖像進(jìn)行添加（第5行）和修改（倒數(shù)第4行）攻擊圖像以及提取水印，從提取的水印信息中都可以辨析出原水印。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出該算法對(duì)于噪聲攻擊和局部篡改都具有魯棒性，可以利用提取水印作為文檔圖像版權(quán)保護(hù)。

該文對(duì)基于連通性不變的水印算法的魯棒性進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法具有對(duì)噪聲和局部篡改的魯棒性。該特點(diǎn)可用于對(duì)文檔圖像的版權(quán)保護(hù)。然而，對(duì)于文本圖像，一般用于圖像認(rèn)證的水印比較有應(yīng)用價(jià)值，而認(rèn)證水印對(duì)于局部篡改要具有相當(dāng)靈敏的易碎性，所以要將該算法用于認(rèn)證水印中應(yīng)該采取其他措施，如文獻(xiàn)［2］中方法。

[1] Wu Min,Liu Bede.Data Hiding in Binary Images for Authentication and Annotation[J].IEEE Transactions on Multimedia, 2004,6(4): 528-538.

[2] Huijuan Yang,Alex C.Kot, data hiding for text document image authentication by connectivity-preserving [C].IEEE International Confer? ence on Speech,Acoustics,and Signal Processing,2005:505-508.

[3]朱虹.數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.