圖像處理在數(shù)字水印上的應(yīng)用
2012-12-31 00:00:00龍江霈王雪飛
【摘 要】隨著社會的發(fā)展，我們處于一個(gè)信息化的社會，所接受的信息越來越多，隨之產(chǎn)生的版權(quán)問題、信息認(rèn)證等相關(guān)研究也隨之展開。社會對信息的保密技術(shù)要求越來越高，信息加密技術(shù)在這一領(lǐng)域的研究也有許多重大突破，而其中數(shù)字水印就是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)主要研究方向。數(shù)字水印是多一個(gè)由多個(gè)學(xué)科的交叉融合的產(chǎn)物，它內(nèi)容涉及面廣泛，實(shí)用性較強(qiáng)，種類繁多，在信息保護(hù)上有著顯著地作用。圖像水印是其中比較常用的一種，數(shù)字水印研究的重點(diǎn)主要在于提高它的魯棒性和安全性，而通過圖像處理的一些技術(shù)能夠讓這個(gè)可能得以實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字水印；技術(shù)特性；圖像處理
1.數(shù)字圖像水印技術(shù)的發(fā)展
人們由于不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)，數(shù)字水印技術(shù)則是其中最新的一種，數(shù)字水印是把主要內(nèi)容隱藏在圖像，聲音中，水印與內(nèi)容結(jié)合在一起。這大大改善了傳統(tǒng)水印的肉眼即可分辨性，數(shù)字水印在不同的環(huán)境同時(shí)也具有不同的特征性質(zhì)，它還能夠被特定的機(jī)器所識別，正是其具有的這些優(yōu)點(diǎn)，越來越多的各個(gè)領(lǐng)域的人們開始把把眼光看向它。數(shù)字圖像水印可以用于鑒別信息真?zhèn)?、認(rèn)證身份、圖像保護(hù)、版權(quán)保護(hù)、隱藏信息、以及做標(biāo)記等等方面。數(shù)字圖像不僅包含信息量大，而且其傳輸和處理極其方便，成為人們獲得信息的一種重要來源，所以數(shù)字圖像水印也是應(yīng)用得非常廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。
最新的圖像處理技術(shù)是把Chen-Mobius變換應(yīng)用于圖像處理中，以數(shù)字信號作為載波，通過相干解調(diào)，在接收端收到正交后的函數(shù)族，再通過MATLAB編程實(shí)現(xiàn)函數(shù)處理，有效地把圖片進(jìn)行了處理，嵌入原圖像中，大大提高了水印的保密性。而且從理論角度分析，兩個(gè)正交函數(shù)會產(chǎn)生千變?nèi)f化的不同波形，經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)后會得到不同的函數(shù)表達(dá)式，正猶如世界上沒有兩片相同的樹葉，通過這種方法使水印的保密程度得到了很大程度上的提高。
2.數(shù)字水印的技術(shù)特征
2.1魯棒性（robustness）
不會因圖像文件的一些調(diào)整而導(dǎo)致隱含的信息丟失的能力。例如在圖像傳遞過程中的信道干擾、抽樣、剪切、壓縮編碼、D/A或者A/D轉(zhuǎn)換等。
2.2不可檢測性（undetectability）
隱含載體和原始數(shù)據(jù)包含相同的特性。例如具有相同的噪聲分布，使非法攔截者不能獲知有隱藏的數(shù)據(jù)。
2.3透明性（invisibility）
通過人類眼睛的分辨能力，把數(shù)據(jù)通過隱藏處理，讓目標(biāo)沒有明顯的減少，而且隱藏?cái)?shù)據(jù)也無法被發(fā)現(xiàn)。
2.4安全性（security）
隱藏的算法具有很強(qiáng)的抵抗入侵能力，內(nèi)含的數(shù)據(jù)不易改變數(shù)字水印的技術(shù)性質(zhì)。
2.5自恢復(fù)性（self restorative）
經(jīng)過一些操作或者變換后，或許會對原圖像造成改變，但是若通過殘留的片段數(shù)據(jù)，仍可以恢復(fù)隱藏信號，并且恢復(fù)過程不需要宿主信號，那這樣的算法就有自恢復(fù)性。
3.圖像處理的多種方法及其優(yōu)缺點(diǎn)
空域、Schyndel、頻域算法，這三個(gè)算法都是最早期算法?？沼蛩惴ㄟ\(yùn)算比較小，但是抗攻擊能力差，頻域算法在運(yùn)算上有所提高，具有一定的抵抗，但是在信息不斷進(jìn)步的今天，他們都已經(jīng)漸漸落伍，但是他們的原理依然對我們有著重要的學(xué)習(xí)意義?，F(xiàn)在主流處理有DCT數(shù)字水印算法，離散小波算法等，更先進(jìn)的是利用調(diào)節(jié)調(diào)制原理Chen-Mobius信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種新型保密系統(tǒng)等。
離散余弦變換（DCT），主要用于圖像視屏等壓縮，她把圖像看做不同塊，最后用塊大小表示頻率。DCT相當(dāng)于一個(gè)長度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個(gè)離散傅里葉變換是對一個(gè)實(shí)偶函數(shù)進(jìn)行的實(shí)數(shù)變換，它相較之簡化了傅里葉變換的運(yùn)算過程。二維信號的變換式為：
F（u，v）=α（u）α（v）■■f（i，j）cos[■]cos[■]
在MATLAB中用dct2函數(shù)實(shí)現(xiàn)。通過離散余弦變換后，矩陣中系數(shù)從左上到右下，隨著頻率的增加，系數(shù)絕對值逐漸減小，且能量主要集中在低頻。DCT的一個(gè)最重要應(yīng)用是用于有損數(shù)據(jù)壓縮上，主要的DCT算法是數(shù)字水印擴(kuò)頻技術(shù)，明確了水印應(yīng)該嵌入圖像信息中，水印的透明性極佳，同時(shí)也具有一定安全性。
小波變換是應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)分支，它主要是對時(shí)間-頻率的雙重分析和變換，例如數(shù)據(jù)與頻域的分析。它對于非平穩(wěn)過程，處理起來得心應(yīng)手。它能將圖像變換為一系列的小波系數(shù)，這些系數(shù)可以被高效壓縮和存儲，此外，小波的粗略邊緣可以更好地表現(xiàn)圖像，因?yàn)樗薉CT壓縮普遍具有的方塊效應(yīng)。在圖像處理中具有很多作用，在邊緣探測，去噪，壓縮等方面有著廣泛的應(yīng)用。
經(jīng)過處理嵌入水印后的圖像進(jìn)行傳播，而且在傳播過程中受到攻擊后在接收端仍然能提取出完整的水印信息，這樣才是成功的水印。魯棒性的好壞決定了水印的是否成功，這是嵌入水印技術(shù)研究其中的重要內(nèi)容，不同的嵌入方法其魯棒性和安全性能不同，使用范圍不同，安全性和魯棒性也不盡相同。在這三個(gè)過程中抽取和嵌入是相互映照的過程，用什么樣的方法嵌入就應(yīng)該用相同的方法來抽取，圖像水印能不能被完整的抽取出來最主要就是看所用的處理方法抗干擾能力的強(qiáng)弱。所以，設(shè)計(jì)和考慮到各種干擾問題從而做好一個(gè)詳細(xì)的計(jì)劃，設(shè)計(jì)好方案，做好一個(gè)妥當(dāng)?shù)念A(yù)處理，就能最大化提高水印的穩(wěn)定性。
4.圖像水印研究的意義
在數(shù)字電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息科技蓬勃發(fā)展的今天，信息的傳遞越來越簡潔化、明朗化、普遍化。隨著信息時(shí)代的到來，各種各樣的多媒體作品的傳播發(fā)生了驚人的變化，這在給人們帶來巨大便利的同時(shí)也讓信息的安全性也得到了極大的考驗(yàn)，數(shù)字作品的版權(quán)問題日益浮出水面。如何保護(hù)創(chuàng)作者的權(quán)益，促進(jìn)社會、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展這已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)峻的社會問題。然而原始的加密技術(shù)例如密鑰已經(jīng)不能再滿足數(shù)字圖像版權(quán)的保護(hù)。身份證、防偽商標(biāo)、包裝等印刷品的防偽程度也必須要不斷提高，在這一系列問題中，圖像處理的優(yōu)勢愈加明顯化，圖像處理在數(shù)字水印中的應(yīng)用也變得更加愈加重要，數(shù)字水印技術(shù)在市場上擁有很大的市場潛力。因此，它的開發(fā)和研究是很有必要的。如何提高水印的技術(shù)，如何盡最大努力不改變目標(biāo)的價(jià)值和質(zhì)量情況下隱藏一些機(jī)密信息，保護(hù)合法的權(quán)益是其中尤其重要的問題。圖像加密技術(shù)是一個(gè)無止境的探索過程，科技越來越發(fā)達(dá)，信息的保密性和版權(quán)問題也會節(jié)節(jié)攀升，我們應(yīng)當(dāng)去思考如何應(yīng)用更多的新技術(shù)提高這個(gè)領(lǐng)域的水平。圖像處理技術(shù)不僅僅是信息安全領(lǐng)域的技術(shù)，也是對新時(shí)代信息的新的挑戰(zhàn)，同時(shí)還是信息安全領(lǐng)域具有遠(yuǎn)大前景和空間的一項(xiàng)技術(shù)研究。
【參考文獻(xiàn)】
[1]胡學(xué)龍，徐開宇.數(shù)字圖像處理.北京：電子工業(yè)出版社，2006.
[2]張德豐.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）.北京：人民郵電出版社，2009.
