基于離散余弦變換的數(shù)字水印技術(shù)研究

玄宇 陳欣欣 牟歌 李亞

摘 要：數(shù)字水印技術(shù)在所有權(quán)保護、認證、指紋、拷貝控制、訪問控制和廣播監(jiān)控方面都有重要的應(yīng)用。本項目將研究方向鎖定在變換域上，提出了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；余弦變換；噪聲攻擊

數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的普及給人們的工作和生活帶來了極大的便利。人們通過因特網(wǎng)發(fā)布自己的創(chuàng)作成果或者傳遞信息。因此保護數(shù)字作品的版權(quán)、真實性和完整性以及作者的隱私、知識產(chǎn)權(quán)和財產(chǎn)安全至關(guān)重要。

數(shù)字水印采用技術(shù)隱藏保護了重要的信息和文件。它通常采用類似擴頻圖像技術(shù)來隱藏信息。一般基于常用的有DCT變換、DWT變換、DFT變換。文章基于DCT算法進行驗證，對水印系統(tǒng)中圖像進行質(zhì)量評價。

離散余弦變換簡稱DCT，傅立葉變換簡化方法之一。基于DCT域的數(shù)字水印算法，根據(jù)對宿主圖像進行DCT方法計算，分為兩大類，一類是直接對整幅圖像進行DCT計算，選取合適頻段的系數(shù)，嵌入水印。另一類是先將整幅圖像分成n塊，分別對每一塊進行DCT計算，并在每一塊中選取合適頻段的系數(shù)，將水印信息分散嵌入到每一塊所選取的DCT系數(shù)中。

在這里采用的分塊DCT算法。原始圖像按8×8分成互不重疊的子塊。首先計算每一個子塊的方差值，選擇方差值最大的前n塊，然后依據(jù)系統(tǒng)密鑰進行DCT變換，選取每一塊中頻系數(shù)的隨機序列，最后通過子塊的DCT逆變換生成含水印的圖像。水印的提取是上述過程的逆過程。該算法的嵌入流程圖如1所示，水印提取過程如圖2所示。

圖1 水印嵌入流程圖

圖2 水印提取流程圖

文章采用MATLAB軟件進行仿真，選擇的原始圖像為512×512的256等級的灰度標準圖像。將水印嵌入原始圖像再提取之后，為了評價所得到圖像質(zhì)量，使用峰值信噪比來衡量兩幅數(shù)字圖像之間的數(shù)值差別：

（1）

原始圖像嵌入水印后，峰值信噪比為39.01，如圖3（1）所示，圖像具有良好的不可見性，得到了較好的主觀視覺效果。然后對加入水印的圖像進行水印提取，得到水印圖像如圖3（2）所示，提取的水印圖像與原始水印圖像幾乎沒有差異。

最后對該算法產(chǎn)生的含水印圖像進行了一系列攻擊實驗。

（1）噪聲攻擊。在這里對圖像分別進行高斯噪聲攻擊和椒鹽噪聲攻擊，得到提取水印與原水印的相關(guān)度分別為0.9721、0.9845，提取的結(jié)果如圖4所示。

（1）高斯噪聲攻擊 （2）椒鹽噪聲

圖4 噪聲攻擊下提取的水印

（2）左上角四分之一剪切。對圖像進行四分之一剪切后，得到提取水印和原水印的相關(guān)度為0.8221。水印提取的結(jié)果如圖5所示。

（1）剪切攻擊后的圖像 （2）提取的水印圖像

圖5 四分之一剪切結(jié)果

通過MATLAB軟件仿真結(jié)果可見，基于DCT域的數(shù)字水印算法在文件保護上發(fā)揮著很好的作用，該算法具有較好的提取效果，具有一定的抵抗能力，能在信息保護領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

參考文獻

[1]孫圣和，陸哲明，牛夏牧.數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2004.

[2]王丙錫，陳琦，鄧峰森.數(shù)字水印技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[3]孫銳，孫洪，姚天任.多媒體水印技術(shù)的研究進展與應(yīng)用[J].系統(tǒng)土程與電子技術(shù)，2003，25（6）：772-776.