基于小波變換的數字水印技術的研究

周美麗，劉川

（延安大學陜西延安716000）

數字水印技術從正式提出到現在只有短短幾十年的歷史，但其在數字產品的隱蔽標識、知識產權保護、防偽等方面具有廣泛的應用前景。在美國，以麻省理工學院媒體實驗室為代表的一批研究機構和企業已經申請了數字水印方面的專利。1998年，美國政府報告中出現了第一份有關圖像數據隱藏的AD報告[1]。我國學術界對數字水印技術的研究也相當重視，已經有相當一批有實力的科研機構投入到這一領域的研究中，但大多研究成果依然局限在初始階段，目前沒有商品化的軟件推出，實際領域中的應用也還十分有限。目前研制更安全的數字水印算法是水印研究的重點之一，此外根據不同的數字產品內容分等級插入水印：即對重要的、安全性要求高的內容插入安全性好的水印，而對安全性要求不高的內容插入安全性一般的水印，這種分安全等級的水印方案有助于提高效率，也間接增強了水印的安全性[2]。

數字水印技術是一種新型的信息隱藏技術，它是實現在數字產品中加入保護產品版權或證明產品可靠性的數字水印。它彌補了傳統的密碼技術和數字簽名技術的缺陷，因此數字水印技術是當前多媒體信息隱藏領域發展最快的技術之一。而小波變換是信號處理領域的一個熱點研究，基于小波理論的研究成果應用非常廣泛，如數字水印、特征提取、信號濾噪、數據融合等，幾乎所有涉及信號處理的問題都會有小波的身影。小波理論應用之所以廣泛，在于小波變換可以獲得信號的多分辨率表征符合人類觀察世界的一般規律。本文仿真實現了基于小波變換為基礎的數字圖像水印嵌入和提取技術，為數字圖像安全性提供了技術支持[3-4]。

1 數字圖像水印技術實現

基于小波變換數字技術使得圖像的壓縮、傳輸和分析變得更為便捷[4]。小波變換在數字水印中的應用近幾年發展也非常快速。小波變換將輸入信號分解為低分辨率參考信號以及一系列細節信號。在每一個尺度下，參考信號和細節信號包含了完全恢復上一尺度下信號的全部信息。由于小波變換與人類視覺系統對圖像的認知有著相似的過程，所以被認為是一種很有前途的圖像處理工具。小波變換將原始圖像分解為一系列的高頻分量和低頻分量，因為人類視覺系統對圖像低頻分量的改變非常敏感，而對圖像的紋理等高頻部分的改變敏感性要小的多，文中正是利用這一點進行水印信息的嵌入[5-6]。

文中實現了小波域上對灰度圖像水印的嵌入與提取，取灰度源數字圖像X，水印圖像W，如圖1為數字水印圖像嵌入流程圖，圖2為數字水印圖像水印提取流程圖：

圖1 數字水印嵌入流程圖Fig.1 The flow chart for digital watermarking

圖2 數字水印提取流程圖Fig.2 The flow chart for digital watermarking embedding

比較其他數字水印技術，基于小波域的數字水印技術優點在于：首先小波變換可以對人眼視覺系統進行更好的模擬，它把信號分成獨立的子帶并獨立地進行處理，這種方式比離散余弦變換更接近人眼視覺系統[7-8]；其次在小波域進行信息隱藏，利用了小波變換的層次分級和時頻局部化的特性，可以在圖像信號重要分解系數中嵌入盡可能多的水印信號；此外小波域中的低頻子帶刻畫了圖像的平滑部分，而小波域中的高頻子帶描述了圖像的特征信息，如圖像的紋理區域和圖像變化的邊緣區域等等。水印算法可以選擇加入到不同的小波域系數中，從而影響圖像的平滑部分、紋理區域及邊緣區域的目的，基于以上3點文中選擇以小波分解為基礎來進行數字圖像的水印嵌入與提取[9-10]。

2 實驗仿真

根據上述流程圖對源數字圖像’tire’進行嵌入水印，基于小波變換的數字水印的仿真結果如下，圖3所示，為原始圖像和小波變換后的圖像；圖4所示，為水印圖像；圖5所示，為水印嵌入圖像與原圖像的檢測響應。

圖3 原始圖像和小波變換后的圖像Fig.3 The original image and the wavelet transformimage

圖4 水印嵌入圖像Fig.4 The watermarking embedded image

圖5 水印嵌入圖像的檢測響應Fig.5 The detection response of watermarking embedded image

上述實驗是基于小波變換的灰度圖像水印技術的仿真。將圖像信號進行小波變換后，根據小波系數的特點，將灰度圖像水印嵌入到圖像載體小波分解的低頻系數和部分中高頻系數上。實驗結果表明，該技術在數字圖像隱蔽通、防偽等方面可以可靠應用，在數字水印技術應用中中具有良好的魯棒性。

3 結論

由于篇幅局限本文只對數字圖像水印嵌入技術得以實像跟蹤系統。系統采用高速圖像傳感器作為圖像采集裝置，改善了低速圖像跟蹤系統對高速運動目標跟蹤誤差大、精度低等問題，具有單芯片集成、低功耗、小型化、便攜化等優點，有良好的應用前景。

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