基于小波變換的數(shù)字水印技術(shù)研究

摘 要：針對視頻的版權(quán)保護，本文提出了一種改進的基于小波變換的視頻數(shù)字水印算法。該視頻水印算法分兩個部分進行分析，一部分是水印的嵌入，另一部分是水印的提取。為了驗證該算法的有效性，利用MATLAB進行了實驗仿真，從實驗結(jié)果可以看出，該算法具有較強的不可見性，并且針對各種噪音攻擊和幀壓縮、剪切、等具有良好的魯棒性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水印 "小波變換 "魯棒性

中圖分類號：TP309.7 " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A " " " " " " " " 文章編號：1672-8882（2015）09-028-01

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的日益普及和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體數(shù)據(jù)漸漸成為人們獲取信息的主要來源，作為版權(quán)保護的有效手段，數(shù)字水印技術(shù)成為多媒體信號處理領(lǐng)域的一個研究熱點和難點。對動態(tài)的視頻水印技術(shù)研究極少，使得數(shù)字視頻水印技術(shù)的市場需求變得極為迫切。本文是基于離散小波變換和數(shù)字水印技術(shù)理論，在視頻序列中嵌入數(shù)字水印。

數(shù)字水印的嵌入過程如圖所示：

數(shù)字水印的檢測過程如圖所示：

一、水印的預(yù)處理圖像置亂

Arnold變換是Arnold在遍歷理論研究中提出的一種變換，俗稱貓臉變換。定義如下：

其中， " " " " "，N為水印圖像的大小。對于數(shù)字圖像而言，Arnold變換即將原來點 " " 處像素對應(yīng)的灰度值或RGB顏色值移動至變換后的點 " "處。通過變換，二值序列的優(yōu)點便于嵌入，而且信息冗余值又少，有利于提取水印者一目了然圖像由清晰變模糊，當(dāng)遍歷了原圖像的所有點之后，便產(chǎn)生了一幅新的圖像。本文采用有意義的二值圖像作為水印信息代替二值序列，既具有下圖為水印圖像置亂前后的比較。

（1）原始圖像 " " " " " " " （2）5次置亂圖像

二、水印的嵌入過程

（一）利用Arnold變換將水印圖像W置亂，置亂后的水印記為W’置亂次數(shù)k作為密鑰;

（二）分別輸入原始圖像X和水印圖像W’;

（三）對置亂后的水印圖像W’采用Haar小波變換進行一級小波分解，得到平w’（LH，i，j） 垂直（LH，I，j） 對角分量小波系數(shù)w’（HH，I，j）和低頻分量小波系數(shù)w’（LL，I，j）;

（四）對原始圖像為X采用Haar小波變換對其進行三級小波分解，得到低頻分量小波系數(shù)x（LL3，i，j）、水平分量小波系數(shù)x（LHn，I，j）、垂直分量小波系數(shù)x（HLn，i，j）和對角分量小波系數(shù)x（HHn，i，j），n=1，2，3;

（五）按照新的小波系數(shù)進行小波逆變換，重構(gòu)得到含水印圖像X’。

三、水印提取過程

水印的提取過程是嵌入過程的逆過程，提取時需要借助于原始圖像，其過程如下：

（一）對含水印圖像X’和原始圖像X進行三級小波分解，得到低頻分量小波系數(shù)

（二）參照下式提取出嵌入的水印小波系數(shù)：W’（I，j）=（X’（i，j）-X（i，j））∕a

其中的X’（i，j）是含水印圖像的小波系數(shù)，X（i，j）是原始圖像的小波系數(shù)，W’（i，j）是提取出的水印小波系數(shù);

（三）用計算出的小波系數(shù)進行小波逆變換（重構(gòu)）提取出水印圖像W’;

（四）根據(jù)嵌入時設(shè)置的密鑰K，并根據(jù)水印圖像的尺寸求得其置亂周期T，對W’進行（t-k）次置亂操作，得到最終的提取水印圖像W。

四、實驗結(jié)果及分析

選取的圖像關(guān)鍵幀的每幀大小為128x128。水印采用的是64x64的帶有“武漢理工”字樣的二值圖像，選擇haar小波作為小波基函數(shù)，實驗是在PC機上，Windows XP環(huán)境下和Matlab7.8的平臺上完成的。

（1）原始視頻圖像 "（2）嵌入水印后的視頻圖像

（3）原始的水印圖像 " "（4）置亂后的水印圖像

（5）提取出的水印圖像 "（6）反置亂后的水印圖像

通過大量的仿真實驗驗證了基于小波變換的數(shù)字水印算法，該算法在水印嵌入之前對水印信息進行了置亂處理，之后采用了多分辨率思想，在原始圖像的小波變換域進行水印信息的嵌入，由于算法是在變換域進行水印嵌入，所以水印信息能很好的分散在原始圖像的全部像素中，并且對原始圖像小波分解后的各個頻域系數(shù)進行水印的對應(yīng)遷入和重復(fù)嵌入，從而使得算法的魯棒性得到加強。

參考文獻：

[1]劉紅梅，黃繼武，肖自美.一種小波變換域的自適應(yīng)視頻水印算法[J].電子學(xué)報，2001.29（12）：1656-1660

[2]楊義先，王磊，雙凱，等.一種在原始視頻幀中嵌入的魯棒的數(shù)字水印[J].電子與信息學(xué)報，2003.25（9）：1281-1284

[3]YI Kaixiang， SUN Xin， Shi Jiao ying. An image encryp tionarithmetic based on chaotic sequences[ J]]. Journal of Computer -Aided Design and Computer Graphics， 2000， 12 （ 9） ： 672-676.