第二講(3)：數(shù)字水印技術(shù)-變換域算法

1、1 空間域水?。褐苯釉谳d體數(shù)據(jù)上加載水印信息空間域水?。褐苯釉谳d體數(shù)據(jù)上加載水印信息 LSB算法算法 拼湊算法拼湊算法 變換域水?。狠d體數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后添加水印信息變換域水印：載體數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后添加水印信息 NEC算法算法2 變換域算法：變換域算法： NEC算法算法 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 算法描述算法描述 程序代碼程序代碼 性能分析性能分析 NEC算法（算法（ COX算法算法/ 基于擴(kuò)頻技術(shù)的算法基于擴(kuò)頻技術(shù)的算法） 在在DCT變換域嵌入水印變換域嵌入水印 考查考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水?。孔儞Q域中什么位置適合嵌入水?。?I=imread(lena.bmp); J=dct2(I);2562

2、56* *256 256 灰度圖像灰度圖像lenalena DC系數(shù)系數(shù) AC系數(shù)：低頻系數(shù)、中頻系數(shù)、高頻系數(shù)系數(shù)：低頻系數(shù)、中頻系數(shù)、高頻系數(shù)1 12 2256256: : :1 12 2256256 DC= DC(1+5%) DC= DC(1+25%) DC= DC(1+50%) ACL= ACL(1+5%) ACL= ACL(1+25%) ACL= ACL(1+50%) ACM= ACM(1+5%) ACM= ACM(1+25%) ACM= ACM(1+50%) ACH= ACH(1+5%) ACH= ACH(1+25%) ACH= ACH(1+50%) 考查考查DCT變換域中什么位置

3、適合嵌入水??？變換域中什么位置適合嵌入水??？ 從水印不可見性考慮從水印不可見性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的AC高頻系數(shù)高頻系數(shù) 從水印魯棒性考慮從水印魯棒性考慮 將水印嵌入什么位置？將水印嵌入什么位置？ 壓縮的哪一步會(huì)造成圖像數(shù)據(jù)的損失？壓縮的哪一步會(huì)造成圖像數(shù)據(jù)的損失？29221714241613141914121216111116C除以量化系數(shù)，取整除以量化系數(shù)，取整15000000000000000D56606159586059625759596157586059F含水印圖像：含水印圖像：DCTDCT變換變換1768. 08678. 02803. 07093. 071

4、25. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00592. 11056. 175. 15169. 425.236D 將水印嵌入將水印嵌入“經(jīng)量化后被保存的經(jīng)量化后被保存的DCT變換域系數(shù)變換域系數(shù)”可可以抵抗壓縮攻擊以抵抗壓縮攻擊 考查考查DCT變換域中什么位置適合嵌入水??？變換域中什么位置適合嵌入水?。?從水印不可見性考慮從水印不可見性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的AC高頻系數(shù)高頻系數(shù) 從水印魯棒性考慮從水印魯棒性考慮 將水印嵌入將水印嵌入DCT變換域的變換域的DC系數(shù)或系數(shù)或AC低頻系數(shù)低頻系數(shù) 為了解決水印不可見性和魯棒性的矛盾，為

5、了解決水印不可見性和魯棒性的矛盾，COX等人通等人通過類比通信中的過類比通信中的擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)，將水印信息嵌入到圖像的，將水印信息嵌入到圖像的AC低頻系數(shù)低頻系數(shù)，產(chǎn)生了第一個(gè)基于擴(kuò)頻思想的數(shù)字水印，產(chǎn)生了第一個(gè)基于擴(kuò)頻思想的數(shù)字水印算法。算法。1768. 08678. 02803. 07093. 07125. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00592. 01056. 175. 15169. 525.236D55606159586059625759596157586060F56606159586059625759596157586059FDCTD

6、CT變換變換1768. 08678. 02803. 07093. 07125. 125. 24387. 025. 17803. 01713. 11768. 00592. 11056. 175. 15169. 425.236DIDCTIDCT變換變換IDCTIDCT變換變換DCTDCT變換變換1768. 01384. 12803. 09799. 04419. 125. 22146. 025. 17803. 08245. 11768. 04059. 03762. 175. 11702. 525.236D 擴(kuò)展頻譜通信（擴(kuò)展頻譜通信（spread spectrum communication） 起源

7、于通信系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)來源于信息論和抗干起源于通信系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)來源于信息論和抗干擾理論擾理論 是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶帶寬遠(yuǎn)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶帶寬遠(yuǎn)大于信息必需的最小帶寬，以此來改善通信質(zhì)量，大于信息必需的最小帶寬，以此來改善通信質(zhì)量，保持可靠通信保持可靠通信 原始圖像的原始圖像的頻域頻域看作看作通信信道通信信道，水印水印看作通過信道看作通過信道傳傳輸?shù)男盘?hào)輸?shù)男盘?hào)，利用擴(kuò)頻通信原理，將，利用擴(kuò)頻通信原理，將1bit水印分布在圖像水印分布在圖像的多個(gè)感知重要頻域系數(shù)（的多個(gè)感知重要頻域系數(shù)（DCT變換域的變換域的AC低頻系數(shù)）低頻系數(shù)）中，加在每個(gè)頻域系數(shù)

8、上的信號(hào)能量很小且不可隨意中，加在每個(gè)頻域系數(shù)上的信號(hào)能量很小且不可隨意檢測(cè)；水印檢測(cè)時(shí)，需要知道水印的位置和內(nèi)容，將檢測(cè)；水印檢測(cè)時(shí)，需要知道水印的位置和內(nèi)容，將許多虛弱的信號(hào)集中起來得到水印。許多虛弱的信號(hào)集中起來得到水印。 水印的產(chǎn)生水印的產(chǎn)生 將將1bit水印擴(kuò)展成能量小的水印序列水印擴(kuò)展成能量小的水印序列 產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為N的隨機(jī)序列的隨機(jī)序列W作為水印信息作為水印信息 水印的嵌入水印的嵌入 對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二維對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二維DCT變換變換 尋找最大的尋找最大的N個(gè)個(gè)DCT系數(shù)系數(shù)X用來攜帶水印信息用來攜帶水印信息 根據(jù)下式得到含水印的根據(jù)下式得到含水印的DCT系數(shù)系數(shù)

9、S Si=Xi (1+Wi)，其中，其中W是水印，是水印， 是尺度因子，用于控制是尺度因子，用于控制水印的嵌入強(qiáng)度水印的嵌入強(qiáng)度 嵌入強(qiáng)度越大，水印魯棒性越強(qiáng)，但不可見性越差嵌入強(qiáng)度越大，水印魯棒性越強(qiáng)，但不可見性越差 進(jìn)行二維逆進(jìn)行二維逆DCT變換，并將像素灰度值進(jìn)行截?cái)嗍棺儞Q，并將像素灰度值進(jìn)行截?cái)嗍蛊渲滴挥谄渲滴挥?,255之間，從而得到含水印圖像之間，從而得到含水印圖像 NEC算法流程算法流程水印嵌入水印嵌入DCTDCT低頻系低頻系數(shù)數(shù)水印嵌入強(qiáng)度固定水印嵌入強(qiáng)度固定Si=Xi (1+Si=Xi (1+Wi)Wi) 水印的提取水印的提取 對(duì)接收到的可能含有水印的圖像和原始圖像做對(duì)接收到

10、的可能含有水印的圖像和原始圖像做DCT變換變換 找到可能含有水印信息的找到可能含有水印信息的N個(gè)個(gè)DCT系數(shù)，根據(jù)下式系數(shù)，根據(jù)下式提取水印信息提取水印信息W Wi =(Yi-Xi) /Xi，其中，其中Y是可能含有水印信息的是可能含有水印信息的n個(gè)個(gè)DCT系數(shù)系數(shù) 水印的檢測(cè)水印的檢測(cè) 通過下式計(jì)算原始水印通過下式計(jì)算原始水印W與提取水印與提取水印W之間的相似之間的相似程度程度sim(W,W) 然后將然后將sim(W,W)與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷水印的存在與否。閾值可以通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得，水印的存在與否。閾值可以通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得，也可以通過一些統(tǒng)計(jì)和假設(shè)的

11、方法獲得也可以通過一些統(tǒng)計(jì)和假設(shè)的方法獲得WWWWWWsim) ,( %文件名文件名:COX_Embed.m %函數(shù)功能：將均勻分布的隨機(jī)序列函數(shù)功能：將均勻分布的隨機(jī)序列(水印信號(hào)水印信號(hào))按照按照cox擴(kuò)頻方法嵌入到載體圖像的擴(kuò)頻方法嵌入到載體圖像的DCT系數(shù)中系數(shù)中 %格式格式:J = COX_Embed (I, W, alpha, N) %參數(shù)說明：參數(shù)說明： %I: 原始圖像矩陣原始圖像矩陣 %W:水印信息水印信息 %alpha: 水印強(qiáng)度水印強(qiáng)度 %N :嵌入水印長(zhǎng)度嵌入水印長(zhǎng)度 %J:嵌入水印圖像矩陣嵌入水印圖像矩陣index = FindNLargest (A, N);%ind

12、ex尋找到的尋找到的A中最大中最大N個(gè)值的坐標(biāo)個(gè)值的坐標(biāo),index(1,:),行坐標(biāo)行坐標(biāo);index(2,:),列坐標(biāo)列坐標(biāo)function J = Cox_Embed (I, W, alpha, N)m, n = size(I);If (m*n 0 1 0 0 - 1 0 0 1 - 1 1 0 1 - 1 0 1 0 - 1 1 1 0 - 0 0 1 1 - 0 1 1 1 - 0 假設(shè)開始只有一個(gè)細(xì)胞狀態(tài)為1，下面給出這個(gè)串隨時(shí)間的變化情況，這里“.”表示0。 細(xì)胞自動(dòng)機(jī)有很多好的特性，包括自組織性、行為像人性等。 基于投票規(guī)則的細(xì)胞自動(dòng)機(jī): 狀態(tài)狀態(tài): 0 或 1 鄰居鄰居: 中心的3*3 鄰居 規(guī)則規(guī)則: 計(jì)數(shù)p表示中心的3*3 鄰居中1 的個(gè)數(shù)（包括中心本身）, if P5, 中心設(shè)置為0, 否則設(shè)置為 1 種子：種子：3.4 自動(dòng)產(chǎn)生的灰度圖像自動(dòng)產(chǎn)生的灰度圖像 對(duì)初值敏感對(duì)初值敏感 具有不可逆性具有不可逆