【文章內(nèi)容簡介】 逆變換為： f(x,y)=2/N*∑∑ C(u)C(v)F(u,v)cos[(2x+1)uπ /2N]cos[(2y+1)vπ /2N] 式中 C(u)={1 其他 , C(v)={ 且 x,y,u,v=0,1,? ,N1。 m 序列的定義及產(chǎn)生 本文使用偽隨機二值序列作為水印，比較常見的偽隨機二值序列是 m 序列 ,此列是利用二進制線性移位寄存器產(chǎn)生的 ,m 序列具有類似白噪聲的性質(zhì) ,相關(guān)函數(shù)具有尖銳特性 ,因此易于從其它信號或干擾中分離出來 ,具有優(yōu)良的抗干擾特性 ,它是最常用的性能優(yōu)良的偽隨機序列 ,因此可以直接作為水印信號。 m序列定義 :如果 2k一 1 是一個素數(shù) ,則所有 k次不可約多項式產(chǎn)生的線性移位寄存器序列都是 m序列。產(chǎn)生 m序列的不可約多項式稱為本原多項式。 m 序列發(fā)生 器由帶反饋的 k 級移位寄存器構(gòu)成。 k 級移位寄存器經(jīng)過模 2 加后反饋到第一個寄存器作為輸入 ,第 k 個寄存器的輸出即為 m 序列。它產(chǎn)生的序列最大長度是2k1 位 ,共有 2k種不同的狀態(tài) ,其中一種是全“ 039。39。狀態(tài)。故通常也把 m 序列叫做最大長度線性移位寄存器序列 ,又稱最大移位寄存器序列。 基于 DCT 變換和 m 序列的水印算法 x=0 N1 y=0 N1 u=0 N1 v=0 N1 1/ 2 u=0 1/ 2 v=0 1 其他 4 DCT 變換域數(shù)字水印算法的主要思想是 :在 DCT 變換域上選擇中、低頻系數(shù)疊加水印信息 ,因為人眼的感覺主要集中在中、低頻段 ,既能減少嵌入信息對圖像主觀視覺的影響 ,又可避免有損壓縮對水印信息可能帶來的損失 。此外 ,DCT 變換域系數(shù)的統(tǒng)計分布有比較好的數(shù)學模型 ,可以從理論上估計水印的信息量。基于 DCT 變換的數(shù)字水印在逆變換時會散布在整個圖像空間中 ,故水印不像空間域技術(shù)那樣易受到裁剪、低通濾波等攻擊的影響 ,具有魯棒性高、隱蔽性好的特點。由于以上的種種優(yōu)點 ,目前基于 DCT 變換得圖像數(shù)字水印算法是目前國內(nèi)外研究的熱門方向之一。 Ⅰ .基于 DCT變換和 m序列水印算法： （ 1）嵌入水印時 ,首先要把圖像進行分塊 ,然后進行 DCT 變換 ,變換后所得的 DCT 系數(shù)按照 Zig— Zig 次序從低頻到高頻進行排列。 （ 2）利用二 進制線性移位寄存器產(chǎn)生長度為 1000 的偽隨機 m序列 （ 3）在 DCT 域中 ,感覺上最重要的分量集中在低頻部分 ,是圖像信號的主要成分 。中低頻部分包含了圖像的大部分能量 ,人的視覺對中低頻部分比較敏感 。高頻部分代表著圖像的噪聲部分 ,這些部分容易通過有損壓縮或者濾波等信號處理而被去掉，所以現(xiàn)有基于 DCT 的水印算法大多數(shù)都將水印嵌入中低頻部分。因此跳過前 L個較大值系數(shù)對從 L+1～ L+m的系數(shù)進行修改。 （ 4）系數(shù)修改采用公式： Dw(L+i)=D(L+i)+aW(i)， D為圖像的 DCT 系數(shù) ， a 為水印嵌入強度， W(i)為水印信息比特， Dw 為嵌入水印后的 DCT 系數(shù)， i=1,2,? ,m。 （ 5）對包含部分修改后 DCT 系數(shù)的所有頻率域做 DCT 反變換，就得到了包含水印的圖像。 Ⅱ .提取水?。? （ 1）對含有水印的圖像作 DCT 變換，得到 DCT 系數(shù) Dw′ (i)。 （ 2） 再 采用下面的公式計算水印信息 W′ (i): W′ (i)=[ Dw′ (L+i)D(L+i)]/a 第四章 水印的攻擊及檢測 常見的水印攻擊 表 常見的水印攻擊方法： 攻擊方法 常見方式 信號增強 銳化、飩化、改變圖像的對比度、 G校正、圖像恢復等 加性和乘性噪聲 高斯白噪聲、均勻噪聲、椒鹽噪聲等 局部或全局仿射變換 平移、旋轉(zhuǎn)、剪切、縮放、翻轉(zhuǎn)、尺度變換、行或列刪除 濾波 低通濾波、高通濾波、中值濾波、高斯濾波、均值濾波等 檢測水印質(zhì)量的標準 5 在圖像處理中 ,通常采用峰值信噪比 PSNR 來定量評價含水印圖像的質(zhì)量。而無意義水印的生成函數(shù)基于偽隨機發(fā)生器、加密系統(tǒng)或混沌系統(tǒng)的，這些水印既然無意義就不會被直觀理解，一般是利用相關(guān)檢測也就是用相似系數(shù)確定這類水印存在與否。 （ 1）含水印圖像質(zhì)量的檢測標準峰值信噪比 PSNR，即： PSNR=10*㏒ 10(255/ MSE ) （ 11） 式中的 MSE 是圖像的均方差。 在實際的表示中 ,一般用分貝表示 ,即 : 峰值噪聲比的典型值一般在 25dB和 45dB之間 ,不同的計算方法得出的值可能不同。就一般而言 ,圖像質(zhì)量的好壞大體上與 PSNR 值的大小是對應的，當然在水印系統(tǒng)中，我們都希望嵌入水印的載體圖像質(zhì)量很好，這就需要我們能夠得到一個很大的 PSNR 值。 PSNR 值越大 ,圖像質(zhì)量保持就越好。 （ 2）水印的相似系數(shù) 為了評價初始水印和抽取出的水印的相似程度 ,相似系數(shù)被定義為 : sim(W,W′ )=W*W′ / W*W39。 （ 12） 其中 ,W 和 W′分別為初始水印向量和抽取出的水印向量。對于堅固性不可見水印來說 ,相似系數(shù)越大越好。 第五章 程序?qū)崿F(xiàn)及結(jié)果分析 水印的嵌入 、提取 及攻擊程序 見附錄 攻擊后的結(jié)果分析及相關(guān)數(shù)據(jù) 表 相關(guān)數(shù)據(jù) 攻擊類型 閾值 嵌入強度 攻擊強度 相似系數(shù) sim 峰值信噪比 PSNR 1 500 1000 3 1000 6 1000 8 1000 1000 10 1000 1000 12 1000 13 1000 一、結(jié)果分析： （ 1）根據(jù)攻擊類型 1 可以發(fā)現(xiàn)，其他值不變，閾值越大嵌入效果越好，嵌入水印后的圖像越接近原圖像，水印對原圖像影響越小，而水印相似度有所提高，峰值信噪比也都在典型值的范圍內(nèi)。如圖一所示。 （ 2）根據(jù)攻擊類型 8 可以看出，當保持其他值不變，嵌入強度增大時，水印序列對原 6 圖像影響加大，圖像越不接近原圖，水印相似度減小， PSNR 也大幅減小，水印圖像質(zhì)量越差。如圖二所示。 （ 3）根據(jù)攻擊類型 10，即對圖像的裁剪發(fā)現(xiàn)，攻擊強度的增大對此類型的水印相似系數(shù)并無太大影響，可能是因為此類攻擊影響的是圖像的高頻部分。 如圖三所示。 （ 4）攻擊 1 13分別是高斯噪聲和圖像壓縮，所用的攻擊強度都較小，當攻擊強度過大時，水印圖像失真較嚴重。如圖四所示。原始圖像見圖五。 二、相關(guān)圖像： 圖一 圖二 （閾值 500） 印的圖像（閾值 1000） （ ） 7 圖三 圖四 （ ） 3． 1嵌入水印的圖像（ ） （ ） （ 12） 8 圖五 第六章 小結(jié) 數(shù)字水印技術(shù)是一門新興的多學科交叉的應用技術(shù) ,它涉及了不同科學領(lǐng)域的思想 和理論 , 近幾年來 ,在理論和應用中取得了很大的發(fā)展 ,但是到目前 ,還沒有形成一個理論體系 ,特別是沒有一個統(tǒng)一的判斷標準 ,仍有許多尚未解決的問題?？梢哉f ,數(shù)字水印技術(shù)是一個充