基于离散小波变换的数字图像水印

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1、基于离散小波变换的数字图像水印丁玮，闫伟齐，齐东旭1、CAD实验室，计算技术研究所，中国科学院，北京100080，中国公关2、CAD研究中心，北理工大学，北京100041，中国公关邮箱：RickDing@21cn.com；DXQi@must.edu.cn2000年3月28日收到，修订于2001年7月9日摘要：数字水印技术是新近流行的一个研究课题，本文针对数字水印技术提出了一些方法，在离散小波变换(DWT)域的基础上通过嵌入数字水印来修改其频率系数。首先，介绍了数字水印技术的应用进展；之后，从Pitas的方法和丢弃他的伪随机数的方法，作者使用数字图像加扰技术作为数字水印的预处理

2、；然后作者讨论了如何嵌入一个比特数字图像频域水印。最后一个数字水印方法是使用3-D离散小波变换（DWT）一个给定的数字图像。根据大量实验，结果表明，提出的方法在很大程度上具有很强的鲁棒性。关键词：离散小波变换，数字图像水印，数字图像加扰1引言数字水印技术是众所周知的。其最早的用途是记录制造商的商标的产品，因此真实性十分明确，不会降低商品的美学和实用价值。最近，出现了许多电子出版物，如数字音频、图像、音乐和视频。由于它们可以很容易、准确地实现传输和存储，因此成为信息交流的必要手段。然而，另一方面，因为比较方便，他们可以同时被复制或非法拷贝很多次，以至于对那些产品所有者造成了很大

3、的伤害。为了保护这些电子出版物的正确性和所有权，数字水印（隐藏版权信息）和数字指纹（隐藏的序列号）最近已成为一个非常重要的研究话题。一般来说，后者有助于识别版权侵犯，而前者可以起诉他们。水印的一般模型和检测如图1所示。其中，虚线部分是可选的。图1数字水印的一般流程图如图所示，在原始图像的反攻击能力和需求的水印检测过程中，我们可以将水印进行以下分类：可见的和不可见的，脆弱的和鲁棒的，依赖的和独立的，不同类型的水印适用于不同的应用领域。在本文中，我们将主要介绍不可见的、鲁棒的、依赖和独立的数字水印技术。根据合作领域的不同，数字图像水印技术大致可分为两种类型：空间域和频域。LSB（

4、最低有效位）方法是典型的空间域算法[2,3]，这种方法的原理是：在图像点中的最低有效像素位上嵌入水印以改变其灰度，基本上，所嵌入的水印很难被察觉，因为它们对人类视觉系统(HVS)影响不大。虽然对HVS结果是完美的，但其基本原理的局限性导致这种算法的鲁棒性较差，对多种攻击，如：有损压缩、量化、其他图像处理或攻击等的抵抗力较差。1995年，Cox提出了另一种典型的算法——在频域传播的光谱方法[4-6]。该算法的基本原理是基于时频分析，扩展频谱测量，修改一个给定的数字图像在频域的系数，然后将水印嵌入其中。这种方法很好地利用人类视觉系统（HVS）的特性，在进行某些调制后，将水印信息嵌

5、入到数字图像的最重要的组件，这样可以抵抗多种图像处理和可能发生的攻击。最近，随着人们数字水印技术的关注迅速提升，许多学者提出一些不同的方法[7-14]。针对静态图像压缩标准JPEG(联合摄影专家组)[15]，Barni和Piva[16,17]，黄[18]，许[19]，唐[22]提出了一些基于离散余弦变换(DCT)的重要研究。对于受欢迎的视频压缩标准MPEG(运动图像专家组)[23]和H.263[24]，Dittmann[25]提出了两种适合用于空间域和频率域的算法。夏[26]和曾[27,28]，提出了一种基于离散小波变换（DWT）的算法，朱[29]提出了从一个角度编码的方法。

6、Pitas[13,30-32]提出了一种基于统计的方法和混乱的新型观点，Wolfgang[8,33]和Schyndel[34]定义了m序列，并给出了他们的结果。瞿[35]提出了从图着色问题的有趣方法。Kankanhalli[36]提出了一种和计算机视觉相关基于内容的方法。在计算机图形学中，Praun[37]在SIGGRAPH'99会议上，提出了嵌入水印的三维网格模型。Ohbuchi[38]也做了一些类似的工作。Maes提出了一种基于几何变换的方法[39]；Paute[40]给出了基于分形压缩的结果。此外，Petitcolas[1,41,42]，Barnett[43]，Scot

7、t[44]也给出了一些水印的攻击方法。他们对于鲁棒数字水印的研究是非常重要和必要的。中国研究人员也在同一时间做了很多工作[45-52]。我们已经介绍了一些数字图像和视频水印的发展。我们也应该注意到，许多早期的有关纯文本的研究。如：Maxemchuk[53]在1995年从AT&T贝尔实验室得出了他的纯文本水印的结果。他的方法的主要原则是修改整个文档中单词之间的空格数量。此外，MP3Stego[54]提出了一种在MPEG音频的第三级上隐藏信息的方法[55]。目前，一些实用的产品和国际协议已经被建立。例如，A