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首页DCT域二值图像鲁棒数字水印算法:增强抗攻击性能
本文档介绍了一种基于离散余弦变换(DCT)域的鲁棒数字水印算法,发表于2011年,由黄西娟和王冰两位作者来自西北大学信息科学与技术学院。研究者针对二值图像设计了这个算法,其核心思想是利用Arnold置乱技术和分块DCT嵌入策略来增强数字水印的鲁棒性。 首先,算法的关键步骤包括将水印图像通过Arnold置乱处理,这种方法增加了水印的复杂度和不确定性,使得攻击者难以识别或破坏。置乱次数作为提取水印时的密钥,提高了安全性。接着,将置乱后的水印图像和载体图像进行分块DCT处理,这样可以更好地分散水印信息,提高抗干扰能力。 为了增强鲁棒性,作者特别设计了一个策略,即把水印的每个子块同时嵌入到载体图像的多个子块中,且根据子块的奇偶性,将水印的子块分别嵌入到直流分量和交流分量的中频系数中。这种嵌入方式确保了即使部分区域被篡改,水印也能在其他位置部分保留,从而实现了水印的完全嵌入。 实验结果显示,这个算法具有显著的鲁棒性,能够抵抗诸如有损压缩、剪切、随机涂改以及白噪声等多种常见的数字媒体攻击。同时,由于采用了二值图像和置乱技术,算法还具有良好的不可见性,即嵌入的水印不易察觉,不会影响原始图像的质量。 关键词主要包括分块离散余弦变换(Block Discrete Cosine Transform)、鲁棒性(Robustness)、数字水印(Digital Watermarking)和Arnold置乱(Arnold Scrambling),这些词汇准确概括了论文的核心内容和研究方法。这篇论文提供了一种有效的数字版权保护手段,对于数字媒体的安全管理和版权追踪具有重要的实际应用价值。
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一种
一种一种
一种
DCT
变换域的鲁棒数字水印
变换域的鲁棒数字水印变换域的鲁棒数字水印
变换域的鲁棒数字水印
黄西娟
黄西娟黄西娟
黄西娟,
,,
,王
王王
王
冰
冰冰
冰
(西北大学信息科学与技术学院,西安 710127)
摘
摘摘
摘 要
要要
要:
::
:提出一种以二值图像为水印的离散余弦变换(DCT)域数字水印算法,对水印图像进行 Arnold 置乱,用置乱次数作为提取时的密钥,
将置乱后的水印图像和载体图像分别进行分块 DCT。为了使嵌入的水印具有较强的鲁棒性,把水印的每个子块同时嵌入到多个载体图像的
子块中,按照奇数块和偶数块分别将水印嵌入到直流分量和交流分量的中频系数中,实现水印的完全嵌入。实验结果证明,该算法具有良
好的鲁棒性和不可见性,能够抵抗有损压缩、剪切、随机涂改和白噪声等攻击。
关键词
关键词关键词
关键词:
::
:分块离散余弦变换;鲁棒性;数字水印;Arnold 置乱;不可见性
Robust Digital Watermark on DCT Transform Domain
HUANG Xi-juan, WANG Bing
(College of Information Science and Technology, Northwest University, Xi’an 710127, China)
【
【【
【Abstract】
】】
】After taking binary image as watermark, this paper proposes a robust digital watermark arithmetic based on Discrete Cosine
Transform(DCT) transformation domain. The watermark image is scrambled, and scramble number is used as the key when extracting watermark,
then the watermark image and initial image respectively in block DCT transform are transformed. Each block of the watermark image is embedded
into a plurality of the blocks of the initial image in order to make the embedded watermark have strong robustness. Experimental results prove that
the arithmetic is of better robustness, invisibility, and resistance the attack to loss compression, cropping, randomly altered, white noise and so on.
【
【【
【Key words】
】】
】block Discrete Cosine Transform(DCT); robustness; digital watermark; Arnold scramble; invisibility
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.20.050
计 算 机 工 程
Computer Engineering
第 37 卷 第 20 期
Vol.37 No.20
2011 年 10 月
October 2011
·
··
·安全技术
安全技术安全技术
安全技术·
··
·
文章编号
文章编号文章编号
文章编号:
::
:1000—
——
—3428(2011)20—
——
—0145—
——
—04
文献标识码
文献标识码文献标识码
文献标识码:
::
:A
中图分类号
中图分类号中图分类号
中图分类号:
::
:TP391
1
概述
概述概述
概述
数字水印技术是 一种版权保护和安全性认证的 重要手
段,通过一定的算法将具有标志性的秘密信息
-
水印嵌入到多
媒体内容中,但不影响原信息的商用价值和使用价值。这种
被嵌入的水印可以是一段文字、商品的序列号、生产日期或
者标识号等,而且这种水印是不可见的或者不易被察觉。一
个比较好的数字水印系统应该具备
3
个基本特性:安全性,
鲁棒性和不可见性。但是不可见性和鲁棒性本身存在矛盾,
影响这种矛盾的主要因素是水印的结构和嵌入策略。
文献
[1]
指出,因为加载在图像视觉比较敏感部分的水印
具有良好的鲁棒性,所以将满足正态分布的伪随机序列加入
到离散余弦变换
(Discrete Cosine Transform, DCT)
后的视觉最
重要的系数中,也就是将水印叠加到幅值最大的前
K
个系数
中,即为低频分量,结果表明该算法有较好的不可见性。文
献[
2
]提出一个
DCT
域隐形水印的嵌入对策。根据图像
DCT
系数振幅的定量分析,指出直流
(DC)
分量比任何交流
(AC)
分
量有更大的感觉容量。从稳健性考虑,将水印嵌入到
DC
分
量中,提出一个把视觉系统纹理掩蔽特性结合到水印编码过
程的自适应水印算法。文献
[3]
将水印嵌入在载体图像经
DCT
变换后纹理复杂度较高的系数中,这样可以抵抗各种有意或
者无意的水印攻击。文献
[4]
基于
DCT
域的中频分量,提出
一种结合人类视觉系统纹理掩蔽特性的自适应水印,计算原
始图像经
DCT
变换后的相邻块的中频系数的极性,最后嵌入
经
Arnold
置乱的水印图像。目前,在小波域中也有相应的水
印算法被研究。文献
[5]
将离散小波变换域的低频系数进行中
值滤波,然后将变换后的系数与原始的变换系数进行比较,
体现出新算法在水印不可见性、压缩、剪切等方面有较强的
抗攻击性。文献
[6-7]
提出
DCT
变换域的数字水印算法,对载
体图像进行
DCT
变换后,选择一些频率块按加法准则进行
水印嵌入,并对其进行鲁棒性攻击实验。文献
[8]
依据
DCT
变换的
DC
系数和
AC
系数能量分布特点,给出了
2
种图像
置乱评估方法,表明在不同图像的同程度置乱时,
Arnold
变
换比骑士巡游变换的效果好,而且置乱度也相对大一些。
本文综合上述算法,提出一种新的水印算法,选择二值
图像作为水印信息,将水印分别嵌入到
DC
分量和
AC
分量
中,综合考虑了视觉感觉容量、鲁棒性和不可见性的要求。
然后用相反的方法提取水印,在嵌入和提取过程中都需要密
钥进行控制,使得算法具有安全性。最后通过
Matlab
仿真实
验进行检测。
2
变换域的水印技术
变换域的水印技术变换域的水印技术
变换域的水印技术
按照水印嵌入的位置可将数字水印划分为空域水印和变
换域水印。空域水印是直接在原始信号空间叠加水印信息,
如将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位上
(LSB
算法
)
。变换域水印通过对原始信号进行
FFT
、
DCT
、
DWT
等变换改变变换域的系数来嵌入水印信息。与空域相
比,变换域方法具有如下优点:
(1)
在变换域中嵌入的水印信号能量可以分布在空域的
所有像素上,有利于保证水印的不可见性。
(2)
在变换域中,人类视觉系统的某些特性
(
纹理掩蔽特性
)
基金项目
基金项目基金项目
基金项目:
::
:陕西省科技攻关计划基金资助项目(200405-G25)
作者简介
作者简介作者简介
作者简介:
::
:黄西娟(1985-),女,硕士研究生,主研方向:图像处理,
数字水印,信息隐藏;王 冰,教授
收稿日期
收稿日期收稿日期
收稿日期:
::
:2011-04-01 E-mail:
::
:xijuan.huang@gmail.com
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