【正文】 //置亂度為 times，即循環(huán)置亂 times 次 for(i=0。 /刪除臨時(shí)存儲(chǔ)空間 } 水印置亂變換函數(shù) 1. Arnold置亂變換函數(shù) 函數(shù)功能： 該函數(shù)對(duì)水印圖像進(jìn)行置亂操作，以打亂水印圖像數(shù)據(jù)的分布，增強(qiáng)水印的抗切割攻擊性。 //存儲(chǔ)奇數(shù)行 picLineTemp[value2] = Data[(both + 1) * picWidth + m]。 //中間變量 for(m=0。小波列變換就是完成小波變換第二步運(yùn)算。 //差分變換并將結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，完成小波行變換 picRowTemp[value1 + nWidth] = ( picRowTemp[value1 + nWidth] picRowTemp[value1] + 256 ) % 256。 iheight。 } //計(jì)算水印分辨率層的像素值 }//提取位平面 ??? } 小波變換函數(shù) 1. 小波行變換函數(shù) 函數(shù)功能 ：小波變換分為行變換和列變換兩個(gè)運(yùn)算步驟，行變換函數(shù)完成小波變換的行變換操作，如原始掩體圖像經(jīng)小波行變換后的效果如圖 24左所示。 i++) { for(j=0。 }//for1 }//for2 }//elseif ??? } 2. 水印位平面信息提取函數(shù) 函數(shù)功能： 將嵌入到原始圖像中的水印位平面信息提取出來，并由提取的位平面分別計(jì)算出水印的3個(gè)分辨率層，作為水印重構(gòu)的信息。 j++) { //picHeight是原圖像塊的位置 PictureData[ (picHeight + (line * wmHeight) + i) * width + (position * wmWidth) + j] += WaterData[i * wmWidth + j]。 函數(shù)部分代碼： void InsertWaterBits(unsigned char *PictureData,unsigned char *WaterData,unsigned int width,unsigned int height,unsigned int w_width,unsigned int w_height,unsigned int m,unsigned int n,unsigned int time, int picBits, int wmBits) 打開原始掩體圖像 是否為原始圖像 輸出提示信息 三層離散小波變換 多分辨率層原始掩體圖像 否 是 開始 嵌有水印的原始圖像 輸出提示信息 BMP 圖像 三層離散小波變換 水印位平面信息提取 高、中、低頻水印信息 逆置亂處理 插值運(yùn)算 水印圖像 結(jié)束 否 是 原始圖像處理 14 { ??? //number為原圖像能嵌入水印的塊數(shù) int number = (int)( (picWidth * picHeight) / (wmWidth * wmHeight) )。打開嵌有水印信息的圖像和原始圖像，分別作 3層離散小波變換，按公式（ 2－ 9）分別提取 G L1和 L2的位平面信息，構(gòu)造水印圖像的多分辨率層，重構(gòu)水印圖像。 １ .水印圖像處理模塊首先檢測(cè)水印圖像的格式，如果為 BMP 格式圖像，則計(jì)算出原始圖像所能嵌入的最大信息量，并判斷該信息量是否大于或等于水印圖像信息量（字節(jié)數(shù)），如果小于水印圖像的字節(jié)數(shù)，則輸出提示信息，用戶重新選擇水印圖像。 BMP 圖像格式分析 對(duì)一幅 BMP格式圖像進(jìn)行處理， 要得到一些圖像信息，如：圖像所占字節(jié)數(shù)、 文件開始到位圖數(shù)據(jù)之間的偏移量 、圖像的高度和寬度以及像素位數(shù)。如圖 210 所示，（ a）圖為原始 Lenna 圖像， （ a′）為嵌有水印的 Lenna 圖像，（ b）為水印圖像， （ b′）為提取出的水印圖像。水印處理過程及嵌入位置如圖 28所示，嵌入過程如圖 29所示。 2. 對(duì)置亂后水印分辨率層進(jìn)行位分解 對(duì)一幅大小為 MN、灰度級(jí)為 2L的圖像 X， Xp (m， n)是圖像的一個(gè)像素值。 （ a）原圖像 （ b）三層小波變換 圖 25 圖像的三層小波 變換 3. 小波逆變換 逆小波變換剛好與小波變換過程相反，即先進(jìn)行列變換，將上半部分行的值加上下半部分行的值，采用公式（ 25）對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果存儲(chǔ)到圖像的上半部分。 1. 小波行變換實(shí)現(xiàn) 小波行變換 [4]的方法是先將圖像的偶數(shù)列存儲(chǔ)在圖像緩存的左半部分，將圖像的奇數(shù)列存儲(chǔ)在圖像右半部分，其結(jié)果是 原圖像被平分成左右兩部分。 ??????????????????????????????????? NyxNyxyx ? （ 23） 其中， ),( yx 是原圖像的象素點(diǎn)， )39。為了使嵌入的水印滿足不可見性，水印信息應(yīng)適應(yīng)于原始圖像。 水印信息的生成 1. 插值運(yùn)算 本小節(jié)用實(shí)例簡(jiǎn)單介紹一下二次線性插值算法。每一次通 過隔行隔列采樣，圖像被分解為 4個(gè)大小為原來尺寸四分之一的子頻帶區(qū)域。比較常見的變換技術(shù)有離散傅立葉變換、離散余弦變換（ DCT）、哈達(dá)馬變換、 KL 變換、小波變換以及分形變換等。另外，要求嵌入的水印具有較好的透明性和穩(wěn)健性，嵌入的水印信息量較當(dāng)前的水印算法有很大的改進(jìn)。 當(dāng)前研究存在的問題 目前對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的熱情很高，從 1994年開始，國(guó)際學(xué)術(shù)界陸續(xù)發(fā)表有關(guān)數(shù)字水印的文章，且文章數(shù)量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前，已支持或開展數(shù)字水印研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門，也有大學(xué)和知名企業(yè)，它們包括美國(guó)財(cái)政部、美國(guó)版權(quán)工作組、美國(guó)空軍研究院、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)國(guó)家信息技術(shù)研究中心、日本 NTT信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙 Vigo 大學(xué)、 IBM公司 Watson研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、 CA公司、 Sony公司、 NEC研究所以及荷蘭菲利浦公司等。 數(shù)字水印研究意義 信息媒體的數(shù)字化為信息的存儲(chǔ)提供了極大的便利，同時(shí)也顯著提高了信息表達(dá)的效率與準(zhǔn)確度。水印圖像經(jīng)過插值運(yùn)算分別得到高、中、低頻信息，分別對(duì)三部分進(jìn)行置亂處理和位分解操作，將得到的位平面分別嵌入到原始圖像三層小波變換后的相對(duì)應(yīng)分辨率層。 Discrete Wavelet Transform。近幾年發(fā)展的數(shù)字水印為版權(quán)保護(hù)和信息 安全等問題提供了一個(gè)潛在的解決方案，因而引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界，工業(yè)界和政府有關(guān)部門的廣泛關(guān)注。 我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非?？?，已經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織也對(duì)數(shù)字水印技術(shù)深感興趣，例如數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn) MPEG4（ ISO/IEC 14496） ， 提供了一個(gè)框架允許結(jié)合簡(jiǎn) 單的加密方法和數(shù)字水印嵌入。水印圖像經(jīng)過插值運(yùn)算分別得到高、中、低頻信息，分別對(duì)三部分進(jìn)行置亂處理和位分解操作，將得到 3 的位平面分別嵌入到原始圖像三層小波變換后的相對(duì)應(yīng)分辨率層。 離散小波變換簡(jiǎn)述 離散小波變換是將一幅圖像分解為大小、位置和方向都不同的分量。其結(jié)果就是該層變換所要求的四個(gè) )2/()2/( NN ? 的數(shù)組。我們這里假定先計(jì)算水平方向，而在算垂直方向的插值的時(shí)候，因?yàn)?ab 和 cd 已經(jīng)在前面算好了，所以 abcd 的計(jì)算也和計(jì)算 ac 和 bd 沒有任何區(qū)別了。圖中， G0（ 128128）為原始水印圖像， G1（ 6464）為 G0（ 128128）作一層離散小波變換后得到的低頻信息， G2（ 3232）為 G0（ 128128）作兩層離散小波變換后得到的低頻信息。 根據(jù) Arnold正變換公式，孔濤、張亶 [ 1]提出了一種新的 Arnold反變換算法。行變換結(jié)果如圖 24左所示。右半部分作為奇數(shù)列，左半部分作為偶數(shù)列，按列號(hào)進(jìn)行調(diào)整。 12 10 89 4 原始圖像 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 b7 b6 b5 b4 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 b3 b2 b1 b0 圖 27 一個(gè) 8bit圖像位分解圖 采用上述位分解算法，對(duì)步驟一中水印多分辨率層 G L1 和 L0 經(jīng)置亂處理的結(jié)果 進(jìn)行位分解操作，將得到的位平面作為水印信息。 4. 獲取嵌有水印圖像 對(duì)第三步中得到的嵌有水印位平面信息的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行逆 3 層逆離散小波變換，其算法過程如，就可以得到嵌有水印的圖像。 密 鑰 原始掩體對(duì)象 隱藏對(duì)象昂 水印提取算法 水印信息ｉ 11 3 程序?qū)崿F(xiàn) 水印系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，水印嵌入子系統(tǒng)和水印提取子系統(tǒng)（包含水印檢測(cè)）。 //圖像顯示所必需的機(jī)構(gòu)信息 BitmapInfo = (LPBITMAPINFO) new BYTE [Offset 14]。若水印圖像不為 BMP格式圖像，輸出提示信息并返回。 （ a） （ b） 圖 31 水印嵌入系統(tǒng)流程圖 水印提取流程圖，如圖 32所示，其中圖 a為水印提取流程圖，圖 b為原始圖像處理流程圖。 //time為將要嵌入的位平面序號(hào) unsigned int position = time line * (picWidth / wmWidth)。 //水印圖像嵌入的寬度上的位置 for(i=0。提取的位平面順序?yàn)閺牡臀坏礁呶?，?jì)算層數(shù)據(jù)值可描述為 ,Y=Y+x*pow (2,n)，（ 0≤ n≤ 7）其中 Y 為水印層分辨率數(shù)據(jù)值， x為位平面值， pow為求冪函數(shù)， n為位平面在 8個(gè) 15 位平面中的序號(hào)。 } //位 平面點(diǎn)的位置 else { value1 = picWidth / m + (unsigned int((n % 4) / 2) * height + i) * picWidth。 函數(shù)代碼如下： void CPictureDWT::PicRowDWT(unsigned int picWidth, unsigned int width, unsigned int height, unsigned char *Data) { LPBYTE picRowTemp = new BYTE[width * height]。 j++) { //列數(shù) unsigned int both = 2 * j。 i++) { for(j=0。 參數(shù)說明： picWidth 為原始圖像的寬度， width、 height 為每層小波變換的區(qū)域， Data 存儲(chǔ)小波變換圖像數(shù)據(jù)。 nnHeight。 mwidth。 函數(shù)代碼如下： void CPicArnold::Arnold(unsigned char *Data, unsigned int width, unsigned int height, int times) 18 { //圖象置亂變換函數(shù) unsigned int n = width。 jheight。 i++) { //更新圖像數(shù)據(jù)值 for(j=0。該算法假設(shè)了兩個(gè)變量 p 和 q，由 Arnold 正變換算法導(dǎo)出了四個(gè)方程組，然后再 根據(jù)像素值的取值范圍，計(jì)算出 p 和 q的可能取值，針對(duì) p 和 q的取值組合，計(jì)算出各方程組的解，那么在所有方程組解中滿足像素值取值范圍的即為逆置亂的解。 int k = 0。amp。amp。amp。amp。 }//for1 //將求得的解位置的數(shù)據(jù)暫粗存在臨時(shí)存儲(chǔ)緩存中 20 }//for2 for(i=0。 } 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用 VC 實(shí)現(xiàn)，建立的為單文檔工程。 B、水印提取過程，由于水印提取仍需 原始掩體圖像的參與，故設(shè)定在左視圖打開嵌有水印的圖像，在右視圖打開原始掩體圖像，提取的水印圖像顯示在右視圖。這種攻擊一般是通過圖像的集合操作 完成的，如圖像放大、空間位移、旋轉(zhuǎn)、圖像裁減、重采樣以及一些幾何變形等。由提取出的水印圖像可以看出，該算法對(duì)一般的噪聲攻擊有一定的魯棒 性。水印預(yù)處理方法主要有：基于 Arnold 變換、幻方、 Hilbert 曲線、 Conway游戲、廣義 Gray碼變換、仿射變換、正交拉丁方變換等方法，在本文中主要應(yīng)用的置亂方法是 Arnold