基于文檔圖像的抗打印—掃描數字水印技術

摘要：針對文檔圖像的特點提出了一種基于文檔圖像的盲檢測水印算法。該算法能抵抗打印—掃描的攻擊。首先對文檔圖像進行字符分割，使每塊只包含一個字符；然后對每塊進行線性規范化規范塊大小，對規范的塊進行三級離散小波變換（DWT），通過調整細節子帶系數的正負號的數量來嵌入水印信息。實驗結果表明，該算法適用于文檔圖像，能抵抗打印—掃描攻擊。

關鍵詞：數字水印； 文檔圖像； 打印—掃描

中圖分類號：TP391文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2007)12-0199-02

隨著信息數字化的發展，大批重要的文檔資料如證書、契約、醫療記錄和賬單等已掃描成數字化文檔圖像備存，需要加入水印信息來保護其完整性和真實性。在很多場合文檔圖像需要打印成白紙黑字的印刷品，所以又要求水印能抵抗打印—掃描的攻擊。打印—掃描涉及D/A（數/模轉換）和A/D（模/數轉換）兩次轉換，帶來旋轉、縮放、剪切(RSC)^[1]等一系列的幾何變換。這就要求數字水印算法的魯棒性非常強。目前主要的算法有加入同步模板法^[2]或利用傅里葉(Fourier)對旋轉的不敏感性在Fourier變換域中嵌入水印^[3]。Zamani等人^[4]在分析Fourier變換不能抵抗剪切攻擊的基礎上提出在對數極坐標(log－polar)小波變換域中加入水印信息。但log－polar變換中插值將降低圖像質量。牛少彰等人^[5]提出通過調整DCT中頻系數大小關系嵌入數字水印。這些算法主要是針對普通圖像，文檔圖像的冗余度低。所以對文檔圖像的抗打印—掃描數字水印算法的研究具有重要的研究意義與實用價值。

1水印嵌入域的選擇

文檔圖像有一個顯著特點就是存在大面積的平坦背景區，通常是全白或近似于全白。采用基于分塊的DCT時背景塊的中、高頻分量少，沒有足夠的冗余空間可供水印嵌入。小波變換把整幅圖像分解成多頻段的圖像，能適應人眼的視覺特性，使得水印的嵌入和檢測可以分多個層次進行，且不會帶來塊效應，所以本文選用DWT^[6]。

目前打印機多為激光打印機。它使用半色調化技術用黑白點陣打印灰度圖像，對空域上的像素值的改變較大。為了尋找在打印—掃描過程中不變的數字特征，本文對一幅128×128 bit的文檔圖像“新”(圖1)進行三級DWT分解；然后對該圖像打印—掃描后得到新的圖像也進行三級DWT分解，得到打印—掃描前后該圖像的細節分量。發現打印—掃描對圖像DWT的細節分量變化的影響較小。圖2給出了HH3系數在打印—掃描前后變化的比較圖。

5結束語

本文針對文檔圖像的特點提出了一種基于文檔圖像的抗打印—掃描數字水印算法。在對文檔圖像進行分塊的基礎上進行三級DWT分解，通過調整細節子帶系數的正負號的數量來嵌入水印信息，提取信息時采取最大隸屬度原則來提取水印信息。該算法對重要文檔的印刷品的保護具有重要意義。進一步提高本文算法的水印容量和魯棒性是今后的研究方向。

參考文獻：

[1]LIN Ching－yang， CHANG Shih－fu. Distortion modeling and invariant extraction for digital image print－and－scan process[C]//Proc of Int’ Symposium on Multimedia Inf’ Processing(ISMIP). Taipei:[s.n.]， 1999.

[2]LEFEBVRE F， GUELUY D， DELANNAY D， et al. A print and scan optimized watermarking scheme[C]//Proc of IEEE Multimedia Signal Processing. Cannes， France:[s.n.]， 2001:511-516.

[3]SOLANKI K， MADHOW U， MANJUNATH B S， et al. Estimating and undoing rotation for print－scan resilient data hiding[C]//Proc of IEEE International Conference on Image Processing. Singapore:[s.n.]， 2004:39-42.

[4]ZMANI H， RABIEE H R. FMR water－marking: a new multi－resolution semi－fragile method for authentication applications[C]//Proc of the 4th IEEE Workshop on Multimedia Signal Processing. Cannes， France:[s.n.]， 2001:511-516.

[5]牛少彰，鈕心忻，楊義先，等.半色調圖像中數據隱藏算法[J].電子學報，2004，32(7):1180－1183.

[6]劉九芳，黃達人，胡軍全.數字水印中的正交小波基[J].電子與信息學報，2003，25(4):453-459.

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”