基于DCT变换的图象分块数字水印算法

摘要：数字水印是数字作品版权保护的重要技术手段，不可察觉性和鲁棒性是图象水印中基本要求，但它们却是一对互相制约的因素。该算法提出了一种新的数字水印嵌入和提取方法，以一幅图象作为水印，信息量大，优于通常把文本，字符作为水印的方法；分块随机嵌入提高了水印嵌入的顽健性；根据图象局部特征确定水印的嵌入强度，使水印的嵌入强度随图象局部特征变化而变化。针对典型攻击的实验结果表明该算法具有很好的鲁棒性。

关键词：数字图象；DCT；分块；伪随机；鲁棒性

中图法分类号：TP309.2文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)17-31424-01

A Digital Watermarking Algorithm Base on DCT And Blocked Image

WU Jie

(School Of Mathematics And Computer Science, Hunan Normal University, ChangSha 410081, China)

Abstract:Digital watermarking is s key technique for protecting intellectual property if digital media, Imperceptibility and robustness, which are the basic requirements of digital watermark, conflict with each other. A new watermarking embedding and detection method is presented. A grey image is embedded into another one .The entropy of image watermark information is greater than that of text or words watermark used in normal watermarking algorithms frequently; The algorithms could enhance the robusticity to non-geometric attack and loss compression, by embedding into DCT coefficients block random; The intensity of the watermark is based on the statistic feature of the original dates of the image so that the intensity of the embed watermarks is allowed to change with the local dates. The experimental results show that the effectivity and robustness of the digital watermarks.

Key words:digital image ; DCT transformation; blocked ; pseudorandom sequence; Robust

1 引言

随着网络通信技术的发展，大量数字信息以非法途径传播，版权保护问题已引起多方关注。数字水印技术作为解决这一难题的有效手段，成为领域内的研究热点 。数字水印是向多媒体数据中添加某些数字信息以达到版权保护等作用，一般要求的水印信息具有不可见性和顽健性 。

2 基于DCT变化的水印嵌入算法

基于扩频通信技术的频率域数字水印嵌入算法，旨在兼顾水印信息的不可见性和顽健性。本算法特点有二：一是对于原图象和水印图象进行对应地分块，然后通过伪随机序列对水印图象块进行随机的置乱，再将置乱后的水印图象块嵌入到对应的原图象块中，这样保证了攻击者很难确定水印嵌入的具置；二是每一水印图象块的嵌入强度是根据图象局部特征系数来确定的，自适应地调节嵌入强度来保证水印的不可见性。

3 水印嵌入算法

3.1 嵌入算法流程图

图1嵌入算法流程图

3.2 嵌入算法步骤

(1) 对N×N的原始图象系数矩阵f(x,y)作8×8块DCT，其正反变换可分别表示为

正变换

其中F(u,v)为宿主图象的DCT系数，a为嵌入强度，w(i)(i=1,2,3,4)每一分块的水印象素。为了使算法对不同灰度图象有广泛的适用性，取a＝β|m|,其中m为要嵌入水印的分块所有系数的均值，β为修正因子

4 水印提取算法

4.1 提取算法流程图（图2）

4.2 水印提取算法步骤

（1）对待测图象的系数矩阵f'(x,y)作8×8 块DCT变换。

（2）对原始图象的系数矩阵f(x,y)作8×8块DCT变换和Zig-

(下转第1427页)

(上接第1424页)

zag排序。

图2提取算法流程图

（3）到此，我们可以提取待测图象F'(x,y)和原始图象每一8×8 块中3，6，7，8位置上的中频系数，并利用下式计算得出每一单位块的水印系数。

（4）

（4）利用伪随机序列对每一单位块的水印系数进行重组，就可以重建提取的水印图象。

（5）为了度量w'(i)与真实水印信号w(i)之间的相关性，计算w'(i)与w(i)之间的归一化相关。

（5）

当sin(w,w')超过一定的阀值T时，认为待测图象F'(u,v)中存在水印信号w(i)。

5 仿真实验

5.1 不可见性测试

实验采用256*256*8的Lena.bmp灰度图象作为原始图象，采用64*64*8的Water.bmp灰度图象作为水印图象。计算机模拟的结果如下图所示：图3为原始图象，图4为水印图象，图5为嵌入水印的图象，图6为从嵌入了水印的图象中提取出的水印图象。

以上模拟的嵌入强度a取值为1.2，图中可以看出加入水印后的图象与原始图象没有视觉上的差别，证实了水印图象的不可见性。而在做相关性测试的时候，sin(w,w')=60.05。远远大于一般所取的阀值5。

6 结语

稳健性是数字水印技术的核心问题，如何设计能抵抗各种攻击的水印算法仍然是目前数字水印技术研究的主要问题。水印的稳健性体现了水印的生存能力，因此从多方面验证水印的鲁棒性很有必要。本文提出的水印算法特点是水印图象的分块随机置乱使得攻击者难以预测水印的嵌入位置。今后研究工作主要是实现将彩色图象作为水印嵌入到图象中等。

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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